DE19813881A1 - Method for determining an unbalance and device - Google Patents
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Abstract
Zur Ermittlung einer Unwucht eines mittels Antriebseinrichtung in Drehung versetzten Zentrifugen-Rotors, werden durch Unwucht hervorgerufene Auslenkungen oder Beschleunigungen der gegenüber einem Gehäuse federnd befestigten Antriebseinrichtung von einem damit mechanisch verbundenen Sensor erfaßt und als elektrisches Signal an eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet; bei Überschreiten einer vorgegebenen Amplitude des vom Sensor erfaßten Signals werden zwecks Ermittlung der Position der Unwucht die Phasenlage des vom Sensor erfaßten elektrischen Signals in bezug auf eine Referenzposition des Rotor-Drehwinkels ermittelt, wobei gleichzeitig die Größe der Unwucht aus dem Produkt der Amplitude und der Masse des Rotors errechnet, der Rotor zwecks Korrektur der Unwucht bis zum Stillstand abgebremst wird und die Größe der Ausgleichsmasse sowie die Position des Rotors für die Korrektur der Unwucht angezeigt wird. DOLLAR A In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Rotor mit Hilfe der Auswerteeinrichtung so abgebremst, daß die zur Korrektur der Unwucht vorgesehene Rotorposition im Frontbereich einer den Rotor aufweisenden Zentrifuge zum Stillstand kommt.In order to determine an imbalance of a centrifuge rotor set in rotation by means of a drive device, deflections or accelerations of the drive device, which is resiliently fastened relative to a housing, are detected by an sensor mechanically connected to it and transmitted as an electrical signal to an evaluation device; when a predetermined amplitude of the signal detected by the sensor is exceeded, the phase position of the electrical signal detected by the sensor is determined with respect to a reference position of the rotor angle of rotation in order to determine the position of the unbalance, the size of the unbalance being simultaneously the product of the amplitude and the mass of the rotor is calculated, the rotor is braked to a standstill in order to correct the unbalance, and the size of the balancing mass and the position of the rotor for correcting the unbalance are displayed. DOLLAR A In a preferred embodiment, the rotor is braked with the aid of the evaluation device so that the rotor position provided for correcting the unbalance comes to a standstill in the front area of a centrifuge having the rotor.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Unwucht eines mittels Antriebseinrich tung in Drehung versetzten Rotors, insbesondere eines Zentrifugen-Rotors, wobei dessen Un wucht durch einen mit der Antriebseinrichtung mechanisch verbundenen Sensor bei Über schreiten einer vorgegebenen Bewegung der Antriebseinrichtung ermittelt und zur Auswertung weitergeleitet wird, wobei durch Unwucht hervorgerufene Auslenkungen oder Beschleunigun gen der Antriebseinrichtung von einem Sensor erfaßt werden und als elektrisches Signal an ei ne Auswerteeinrichtung weitergeleitet werden, in der das Signal in Abhängigkeit von der Dreh zahl bewertet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining an unbalance by means of a drive device tion rotated rotor, in particular a centrifuge rotor, the Un balanced by a sensor mechanically connected to the drive device if over a predetermined movement of the drive device determined and for evaluation is forwarded, with deflections or accelerations caused by imbalance gene of the drive device can be detected by a sensor and as an electrical signal to egg ne evaluation device are forwarded in which the signal depending on the rotation number is evaluated, and a device for performing the method.
Aus der DE 195 39 633 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Unwucht eines mittels An triebseinrichtung in Drehung versetzten Zentrifugen-Rotors bekannt, wobei durch Unwucht her vorgerufene Auslenkungen oder Beschleunigungen einer gegenüber dem Zentrifugen-Gehäuse federnd befestigten Rotor-Antriebseinrichtung von einem damit mechanisch verbundenen Sen sor erfaßt und als elektrisches Signal an eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet werden. Das Signal wird in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors mittels eines adaptiven Bandfilters be wertet, wobei ein der Drehzahl entsprechendes Signal dem adaptiven Bandfilter als Signal für die Mittenfrequenz zugeführt wird.DE 195 39 633 A1 describes a method for determining an imbalance by means of An drive device set in rotation centrifuge rotor known, due to unbalance called deflections or accelerations of a relative to the centrifuge housing spring-mounted rotor drive device from a mechanically connected Sen sor detected and transmitted as an electrical signal to an evaluation device. The Signal is dependent on the speed of the rotor by means of an adaptive band filter evaluates, a signal corresponding to the speed of the adaptive band filter as a signal for the center frequency is fed.
Als problematisch erweist es sich, dass bei Auftreten von Unwucht besondere Erfahrungen not wendig sind, um Position und Größe der Unwucht zu ermitteln, um die erforderlichen Korrektu ren durchzuführen.It turns out to be problematic that special experiences are required when unbalance occurs are maneuverable to determine the position and size of the unbalance, to make the necessary corrections to carry out.
Weiterhin ist aus der US 54 12 985 die Überwachung von Vibrationen rotierender Vorrichtun gen mittels Nachlauffilter bzw. Trackingfilter bekannt, wobei Amplitude und relative Phase der Vibration des rotierenden Körpers mit Hilfe einer Sensorvorrichtung mit nachgeschaltetem ad aptiven Bandfilter auf der Basis der Drehgeschwindigkeit ermittelt werden; dabei werden durch gleichzeitige Verarbeitung von Vibrations- und Geschwindigkeitssignalen die absolute Amplitu de als auch die relative Phase der Vibration ermittelt. Auch hierbei sind besondere fachmänni sche Kenntnisse zur Beseitigung der Vibrationen erforderlich.Furthermore, from US 54 12 985 the monitoring of vibrations rotating devices gene known by means of a tracking filter or tracking filter, the amplitude and relative phase of the Vibration of the rotating body with the help of a sensor device with a downstream ad aptive bandpass filters can be determined based on the speed of rotation; be through simultaneous processing of vibration and speed signals the absolute amplitude de as well as the relative phase of the vibration. Here, too, are special experts required knowledge to eliminate the vibrations.
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik - wie aus der DE 195 39 633 A1 bekannt - liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, wonach im Falle von unwuchtiger Beladung dem Anwender Maßnahmen zur Beseitigung der Unwucht angegeben werden, wobei eine möglichst hohe Bedienungsfreundlichkeit erzielt werden soll; weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.Starting from the known prior art - as known from DE 195 39 633 A1 - the invention has for its object to provide a method according to which in the case of unbalanced load the user is given measures to eliminate the unbalance be, with the highest possible ease of use to be achieved; should continue a device for performing the method can be specified.
Die Aufgabe wird für das Verfahren dadurch gelöst, daß bei Überschreiten einer vorgegebenen Amplitude des vom Sensor erfaßten Signals zwecks Ermittlung der Position der Unwucht die Phasenlage des Signals in bezug auf auf eine Referenzposition des Rotor-Drehwinkels ermittelt wird, wobei gleichzeitig die Größe der Unwucht aus dem Produkt der Amplitude und der Masse des Rotors errechnet, der Rotor bis zum Stillstand abgebremst wird und ein Korrekturwert an gezeigt wird.The object is achieved for the method in that when a predetermined one is exceeded Amplitude of the signal detected by the sensor to determine the position of the unbalance Phase position of the signal with respect to a reference position of the rotor angle of rotation determined , the size of the unbalance being the product of the amplitude and the mass of the rotor is calculated, the rotor is braked to a standstill and a correction value is applied will be shown.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß der Anwender eine Unwucht verhältnismäßig ein fach beseitigen und gleichzeitig auf das eventuelle Auswiegen von Ausgleichsmassekörpern verzichten kann.It proves to be particularly advantageous that the user is relatively unbalanced Eliminate them professionally and, at the same time, check for possible weighing of compensating mass bodies can do without.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird mit Hilfe der Auswertevor richtung der Rotor so abgebremst, daß die Position zum Einsetzen von Masseausgleichskör pern direkt im Frontbereich der Zentrifuge liegt, so daß lediglich die Größe bzw. Anzahl von Masseausgleichskörpern zur Beseitigung der Unwucht in einer Anzeige ausgegeben wird.In a first preferred embodiment of the method, the evaluation is used direction of the rotor braked so that the position for inserting mass balancing pern is located directly in the front area of the centrifuge, so that only the size or number of Mass balancing bodies for eliminating the unbalance is output in a display.
Als vorteilhaft erweist sich hierbei die besonders einfache Korrektur einer Unwucht.The particularly simple correction of an unbalance proves to be advantageous here.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird neben der Größe des Masse ausgleichs bzw. der Anzahl von Masseausgleichskörpern zusätzlich die Winkelposition auf dem Rotor angegeben. Diese Art der Ausgabe erfordert vorteilhafterweise einen geringeren techni schen Aufwand, da keine Stillstands-Position des Rotors angesteuert werden muß; sie kann je doch auch zur Kontrolle des Abbremsvorgangs bei der Einsetzposition im Frontbereich verwen det werden. In a further preferred embodiment of the method, in addition to the size of the mass compensation or the number of mass balancing bodies also the angular position on the Rotor specified. This type of output advantageously requires less technology cal effort, since no standstill position of the rotor has to be controlled; she can ever but also to control the braking process in the front position be det.
Falls nach Wiederinbetriebnahme eine erneute Unwucht des Rotors bzw. Zentrifugen-Rotors auftritt, können präzisere Korrekturwerte bezüglich Masseausgleichskörper und ggf. Rotorposi tion ausgegeben werden. Hier erweist es sich als vorteilhaft, daß das zugehörige Vor richtungs-Programm bzw. Zentrifugen-Programm eine Art Lerneffekt aufweist.If the rotor or centrifuge rotor is out of balance again after restarting occurs, more precise correction values with regard to mass balancing bodies and possibly rotor posi can occur tion are issued. Here it proves to be advantageous that the associated front directional program or centrifuge program has a kind of learning effect.
Die Aufgabe wird für eine Vorrichtung mit einer Antriebseinrichtung (Elektromotor) zur Drehung eines Rotors, einem Sensor zur Abgabe eines elektrischen Signals aufgrund der Unwucht und mit einer Auswerteeinheit für das elektrische Signal zur Erzeugung eines Auslösesignals für ei ne Warn- und/oder Abschaltvorrichtung, wobei ein Drehzahlsensor zur Bestimmung der Dreh zahl des Rotors vorgesehen und die Drehzahl als elektrisches Steuersignal einem zwischen dem Sensor und der Auswerteeinheit geschalteten adaptiven Bandpaßfilter zuführbar ist, die Auswerteeinheit einen Gleichrichter zur Umwandlung des vom Sensor abgegebenen Signals in einen Gleichspannungswert aufweist, der Ausgang des Gleichrichters mit einem Differenzier glied zur Ermittlung der zeitlichen Änderungen des vom Gleichrichter abgegebenen Gleich spannungswerts verbunden ist, wobei die Änderungen als Auslösesignal für die Warn- und Ab schaltvorrichtung dienen, dadurch gelöst, daß zur Ermittlung der Unwucht ein programmgesteu erter digitaler Rechner vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung im Sichtbereich des Benutzers ei ne Anzeige der zur Korrektur der Unwucht vorgesehenen Rotorposition und der Größe der Aus gleichsmasse aufweist.The task is for a device with a drive device (electric motor) for rotation a rotor, a sensor for emitting an electrical signal due to the unbalance, and with an evaluation unit for the electrical signal for generating a trigger signal for egg ne warning and / or switch-off device, wherein a speed sensor for determining the rotation Number of the rotor provided and the speed as an electrical control signal between the sensor and the evaluation unit switched adaptive bandpass filter can be fed Evaluation unit a rectifier for converting the signal emitted by the sensor into has a DC voltage value, the output of the rectifier with a differentiator link to determine the changes over time in the rectifier output voltage value is connected, the changes being a trigger signal for the warning and down serve switching device, solved in that a program control to determine the unbalance erter digital computer is provided, the device in the field of view of the user ne Display of the rotor position intended for correction of the unbalance and the size of the off has the same mass.
Vorzugsweise wird zur Erfassung von Rotor-Drehwinkel und Rotor-Drehzahl ein digitaler Win kelencoder eingesetzt.A digital win is preferably used to record the rotor angle of rotation and rotor speed Kelencoder used.
Als vorteilhaft erweist sich die übersichtliche Ausgabe der Korrekturposition für den Rotor sowie der Größe der zur Korrektur der Unwucht vorgesehene Ausgleichsmasse.The clear output of the correction position for the rotor and also proves to be advantageous the size of the balancing mass intended to correct the unbalance.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung wird die Korrekturposition des Rotors da durch ausgegeben, daß diese beim Abbremsvorgang des Rotors im Frontbereich zum Still stand kommt.In a preferred embodiment of the device, the correction position of the rotor is there issued by that to the still during the braking process of the rotor in the front area stood comes.
Hierbei erweist sich die besonders einfache Handhabung in der Praxis als vorteilhaft.In this case, the particularly simple handling proves to be advantageous in practice.
Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figur näher erläutert. The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the figure.
Die Figur zeigt ausschnittsweise eine schematische Darstellung einer Zentrifuge mit Rotor, wo bei das Verfahren anhand schematisch dargestellter Sensor-, Anzeige- und Schaltungselemen te näher erläutert ist.The figure shows sections of a schematic representation of a centrifuge with a rotor, where in the process using schematically represented sensor, display and circuit elements te is explained in more detail.
Gemäß der Figur sind Rotor 1, die mit der Rotorwelle 2 verbundene Antriebseinrichtung 3 zu sammen mit Drehzahlsensor 4, einem Unwuchtsensor 5 und einem Rotordrehwinkelsensor 6 in einem hier nur teilweise bruchstückhaft dargestellten Zentrifugengehäuse 7 angeordnet, das auf einer ortsfesten Unterlage 9 ruht. Die schematisch dargestellte Schaltungsanordnung der Auswerteschaltung ist mit Ziffer 13 bezeichnet. Die Antriebseinrichtung 3 ist zur Halterung über hier nur schematisch dargestellte elastisch verformbare Trägerelemente 10 - beispielsweise Gummipuffer - mit dem Gehäuse 7 verbunden; die entlang der Rotorwelle 2 laufende Rotorach se ist als unterbrochene Linie dargestellt und mit Ziffer 8 bezeichnet.According to the figure, the rotor 1 , the drive device 3 connected to the rotor shaft 2 are arranged together with the speed sensor 4 , an unbalance sensor 5 and a rotor rotation angle sensor 6 in a centrifuge housing 7 , which is only partially shown here in fragmentary form and which rests on a stationary base 9 . The schematically illustrated circuit arrangement of the evaluation circuit is designated by number 13 . The drive device 3 is connected to the housing 7 for mounting via elastically deformable carrier elements 10 , for example rubber buffers, which are only shown schematically here; the rotor axis 2 running along the rotor shaft 2 is shown as a broken line and is designated by number 8 .
Zur Ermittlung einer eventuellen Unwucht im Bereich des Rotors 1 ist die Antriebseinrichtung 3 mechanisch fest mit dem Unwuchtsensor 5 verbunden, der beispielsweise als Piezokristall aus gebildet ist und auf ihn in radialer Richtung wirkende Kräfte in elektrische Signale umsetzt. Un wuchtsensor 5 ist über Verbindungsleitung 28 mit Eingang 29 der Auswerteschaltung 13 ver bunden; der Drehzahlsensor 4 weist einen Drehzahlgeber bzw. Tachogenerator auf und ist über Leitung 30 mit Eingang 31 der Auswerteschaltung verbunden, während Rotordrehwinkel sensor 6 über Leitung 32 mit Eingang 33 der Auswerteschaltung verbunden ist. Der mit dem Unwuchtsensor 5 verbundene Signaleingang 29 ist mit einem adaptiven Bandpaßfilter 11 ver bunden, das über Signaleingang 31 ein Signal über die Drehzahl des Antriebsmotors 3 erhält; es ist somit möglich, ähnlich wie es bereits aus der DE 195 39 633 A1 bekannt ist, die Unwucht in Form einer Funktion der Verstärkung A des Filters bzw. das Amplitudenverhältnis Ausgangs- zu Eingangsamplitude als Funktion der Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit ω aufzutragen; die variable Mittenfrequenz fm ist mit (fm = ω/2π) bezeichnet.To determine a possible imbalance in the area of the rotor 1 , the drive device 3 is mechanically firmly connected to the imbalance sensor 5 , which is formed, for example, as a piezo crystal and converts forces acting on it in the radial direction into electrical signals. Un balancing sensor 5 is connected via connecting line 28 to input 29 of evaluation circuit 13 ; The speed sensor 4 has a speed sensor or tachometer generator and is connected via line 30 to input 31 of the evaluation circuit, while rotor rotation angle sensor 6 is connected via line 32 to input 33 of the evaluation circuit. The connected to the unbalance sensor 5 signal input 29 is connected to an adaptive bandpass filter 11 connected to the signal input 31 receives a signal about the speed of the drive motor 3 ; It is thus possible, as is already known from DE 195 39 633 A1, to apply the unbalance in the form of a function of the gain A of the filter or the amplitude ratio of output to input amplitude as a function of the speed or angular velocity ω; the variable center frequency fm is denoted by (fm = ω / 2π).
Rotordrehwinkelsensor 6 und Bandpaßfilter 11 sind jeweils mit einem Eingang 37, 38 eines Phasenverschiebungs-Detektors 35 verbunden, während dessen Ausgang mit einer Anzeige 40 versehen ist, welche die Winkelposition 41 der Unwucht bezüglich des Rotors und eine Anzeige der Ausgleichsmasse ausgibt. Rotor rotation angle sensor 6 and bandpass filter 11 are each connected to an input 37 , 38 of a phase shift detector 35 , while the output thereof is provided with a display 40 which outputs the angular position 41 of the unbalance with respect to the rotor and an indication of the balancing mass.
Es ist auch möglich, den Drehwinkel-Sensor 6 gleichzeitig zur Ermittlung der Drehzahl einzu setzen, so daß Drehzahl-Sensor 4 und Drehwinkel-Sensor 6 ein einziges Bauelement bilden; vorzugsweise wird ein digitaler Winkelencoder eingesetzt.It is also possible to use the angle of rotation sensor 6 simultaneously to determine the speed, so that the speed sensor 4 and the angle of rotation sensor 6 form a single component; a digital angle encoder is preferably used.
Das Bedienungspersonal ist somit in der Lage nach Anlaufen der Zentrifuge und einem erneu ten Abbremsvorgang in Folge von Unwucht den Rotorbereich zu inspizieren, welcher direkt an der Frontseite des Gerätes zum Stehen kommt und an der Anzeigevorrichtung 40 abzulesen, in welchem Rotorbereich mit welchem Ausgleichsgewicht eine Korrektur zum sanften Rundlauf des Zentrifugenrotors vorzunehmen ist. Die Anzeige kann beispielsweise in codierter Form aus gegeben werden, wobei durch eine Vergleichstabelle an der Gehäusefrontwand die Bedie nungsperson exakt ablesen kann, wo und in welchem Ausmaß Korrekturen erforderlich sind; nach Abgleichen der Unwucht im Rotorbereich kann ein erneuter Start zur Ermittlung einer Restunwucht durchgeführt werden, die jedoch einen bestimmten Unwuchtpegel überschreiten muß, um einen erneuten Unwuchtkorrekturvorgang auszulösen.The operating personnel is thus able to inspect the rotor area after the centrifuge has started and a renewed braking process as a result of imbalance, which comes to a standstill on the front of the device and read off on the display device 40 in which rotor area with which counterweight a correction to ensure that the centrifuge rotor runs smoothly. The display can, for example, be output in coded form, with the operator being able to read exactly where and to what extent corrections are required by means of a comparison table on the front wall of the housing; After balancing the unbalance in the rotor area, a new start can be carried out to determine a residual unbalance, which must, however, exceed a certain unbalance level in order to trigger a new unbalance correction process.
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