DE19813881C2 - Vorrichtung zur Ermittlung einer Unwucht eines mit einer Antriebseinrichtung in Drehung versetzten Rotors einer Zentrifuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht eines mit einer Antriebseinrichtung in Drehung versetzten Rotors einer Zentrifuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie aus DE 195 39 633 A1 bekannt.

Aus der genannten DE 195 39 633 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht eines mittels Antriebseinrichtung in Drehung versetzten Zentrifugen-Rotors bekannt, wobei durch Unwucht hervorgerufene Auslenkungen oder Beschleunigungen einer gegenüber dem Zentrifugen-Gehäuse federnd befestigten Rotor-Antriebseinrichtung von einem damit me­ chanisch verbundenen Sensor erfaßt und als elektrisches Signal an eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet werden. Das Signal wird in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors mittels ei­ nes adaptiven Bandfilters bewertet, wobei ein der Drehzahl entsprechendes Signal dem adapti­ ven Bandfilter als Signal für die Mittenfrequenz zugeführt wird.

Als problematisch erweist es sich, dass bei Auftreten von Unwucht besondere Erfahrungen notwendig sind, um Position und Größe der Unwucht zu ermitteln, um die erforderlichen Kor­ rekturen durchzuführen.

Weiterhin ist aus der US 5 412 985 A 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 a­ daptiven 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.

Weiterhin ist aus der US 3 678 761 eine Auswuchtvorrichtung mit einem Phasen-Vergleichs- Verfahren bekannt, womit Größe und Position einer Unwucht an einem sich drehenden Kraft­ fahrzeug-Rad ohne dessen Demontage ermittelt werden können. Dabei ist das Rad mit einer Markierung und einem bekannten Probe-Gewicht versehen. Mit Hilfe von zwei kalibrierten Sen­ soren wird die Größe des die Unwucht kompensierenden Gewichts und dessen winkelmäßige Positionierung zur Rad-Markierung angezeigt.

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik - wie aus der DE 195 39 633 A1 bekannt - liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, wonach im Falle von unwuchtiger Beladung dem Anwender Maßnahmen zur Beseitigung der Unwucht angegeben werden und wobei eine möglichst hohe Bedienungsfreundlichkeit erzielt werden soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß der Anwender eine Unwucht verhältnismäßig einfach beseitigen und gleichzeitig auf das eventuelle Auswiegen von Ausgleichsmassekörpern verzichten kann.

Falls nach Wiederinbetriebnahme eine erneute Unwucht des Zentrifugen-Rotors auftritt, können präzisere Korrekturwerte bezüglich Masseausgleichskörper und ggf. Rotorposition ausgegeben werden. Hier erweist es sich als vorteilhaft, daß das zugehörige Vorrichtungs-Programm bzw. Zentrifugen-Programm eine Art Lerneffekt aufweist.

Vorzugsweise wird zur Erfassung von Rotor-Drehwinkel und Rotor-Drehzahl ein digitaler Win­ kelencoder eingesetzt.

Als vorteilhaft erweist sich die übersichtliche Angabe der Korrekturposition für den Rotor sowie der Größe der zur Korrektur der Unwucht vorgesehenen Ausgleichsmasse.

Hierbei erweist sich die besonders einfache Handhabung in der Praxis als vorteilhaft.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt ausschnittsweise eine schematische Darstellung einer Zentrifuge mit Rotor, wo­ bei die Vorrichtung anhand schematisch dargestellter Sensor-, Anzeige- und Schaltungsele­ mente näher erläutert ist.

Gemäß der Figur sind Rotor 1, die mit der Rotorwelle 2 verbundene Antriebseinrichtung 3 zu­ sammen mit Drehzahlsensor 4, einem Unwuchtsensor 5 und einem Rotordrehwinkel-Sensor 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 Zentrifugengehäuse 7 verbunden; die entlang der Rotorwelle 2 laufende Rotorachse ist als unterbrochene Linie dargestellt und mit Ziffer 8 bezeichnet.

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 Unwucht­ sensor 5 verbundene Eingang 29 ist mit einem adaptiven Bandpaßfilter 11 verbunden, das über Eingang 31 ein Signal über die Drehzahl der Antriebseinrichtung 3 erhält; es ist somit möglich, ähnlich wie es bereits aus der DE 195 39 633 A1 bekannt ist, die Unwucht in Form einer Funk­ tion der Verstärkung A des Filters bzw. das Amplitudenverhältnis Ausgangs- zu Eingangsamp­ litude als Funktion der Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit ω aufzutragen; die variable Mit­ tenfrequenz ist mit fm (fm = ω/2π) bezeichnet.

Rotordrehwinkel-Sensor 6 und Bandpaßfilter 11 sind jeweils mit einem Eingang 37, 38 eines Phasenverschiebungs-Detektors 35 verbunden, während dessen Ausgang mit einer Anzeige­ vorrichtung 40 versehen ist, welche die Winkelposition 41 der Unwucht bezüglich des Rotors und eine Anzeige der Ausgleichsmasse ausgibt.

Es ist auch möglich, den Rotordrehwinkel-Sensor 6 gleichzeitig zur Ermittlung der Drehzahl einzusetzen, so daß Drehzahlsensor 4 und Rotordrehwinkel-Sensor 6 ein einziges Bauelement bilden; vorzugsweise wird ein digitaler Winkelencoder eingesetzt.

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 ausgegeben 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.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht eines mit einer Antriebseinrichtung in Drehung ver­ setzten Rotors einer Zentrifuge mit einem Sensor zur Abgabe eines elektrischen Signals aufgrund der Unwucht des Rotors und mit einer Auswerteeinheit für das elektrische Signal zur Erzeugung eines Auslösesignals für eine Warn- und/oder Abschaltvorrichtung, wobei ein Drehzahlsensor zur Bestimmung der Drehzahl des Rotors vorgesehen ist und die Drehzahl als elektrisches Steuersignal einem zwischen dem Sensor und der Auswerteeinheit ge­ schalteten 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 Differenzierglied zur Ermittlung der zeit­ lichen Änderungen des vom Gleichrichter abgegebenen Gleichspannungswerts verbunden ist, wobei die Änderungen als Auslösesignal für eine Warn- und Abschaltvorrichtung dienen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotordrehwinkel-Sensor (6) und ein Phasenverschiebungs- Detektor (35) vorgesehen sind, der Ausgang des Bandpassfilters (11) und der Ausgang des Rotordrehwinkel-Sensors (6) jeweils mit dem Eingang des Phasenverschiebungs-Detektors (35) verbunden sind, an dessen Ausgang ein programmgesteuerter digitaler Rechner zur Ermittlung der Unwucht angeschlossen ist und dass im Sichtbereich des Benutzers eine Anzeigevorrichtung (40) für die zur Korrektur der Unwucht vorgesehene Rotorposition und die Größe der Ausgleichsmasse angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung von Ro­ tor-Drehwinkel und Rotor-Drehzahl ein digitaler Winkelencoder vorgesehen ist.