DE19813881A1 - Verfahren zur Ermittlung einer Unwucht sowie Vorrichtung - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Als vorteilhaft erweist sich hierbei die besonders einfache Korrektur einer Unwucht.

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.

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.

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.

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

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

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.

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 das Verfahren anhand schematisch dargestellter Sensor-, Anzeige- und Schaltungselemen­ te 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 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.

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.

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.

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.

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.

Claims (7)

1. Verfahren zur Ermittlung einer Unwucht eines mittels Antriebseinrichtung in Drehung ver­ setzten Rotors, insbesondere eines Zentrifugen-Rotors, wobei dessen Unwucht durch ei­ nen mit der Antriebseinrichtung mechanisch verbundenen Sensor bei Überschreiten einer vorgegebenen Bewegung der Antriebseinrichtung ermittelt und zur Auswertung weiterge­ leitet wird, wobei durch Unwucht hervorgerufene Auslenkungen oder Beschleunigungen der Antriebseinrichtung von einem Sensor erfaßt werden und als elektrisches Signal an eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet werden, in der das Signal in Abhängigkeit von der Drehzahl bewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten einer vorgege­ benen Amplitude des vom Sensor erfaßten Signals zwecks Ermittlung der Position der Unwucht die Phasenlage des vom Sensor erfaßten elektrischen Signals in bezug 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 die Größe der Ausgleichsmasse für die Korrektur der Unwucht sowie die zur Korrektur der Unwucht vorgesehene Rotor-Position angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor mit Hilfe der Aus­ werteeinrichtung so abgebremst wird, daß die zur Korrektur der Unwucht vorgesehene Rotor-Position im Frontbereich einer Zentrifuge zum Stillstand kommt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Anzeige für die Größe der Ausgleichsmasse zur Korrektur der Unwucht auch die Position zum Einset­ zen von Masseausgleichskörpern in den Rotor als Anzeige ausgegeben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzei­ ge(n) wenigsten bis zu einem Neustart der Rotordrehung erhalten bleiben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten einer Rest-Unwucht nach einer Wieder-Inbetriebnahme der Rotordrehung von der Aus­ werteeinheit die positionsmäßige und masseabhängige Abweichung gegenüber einem Idealzustand berechnet und ausgegeben wird, wobei diese Information bei nachfolgenden Berechnungen berücksichtigt wird.

6. Vorrichtung mit einer Antriebseinrichtung 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 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 Sen­ sor und der Auswerteeinheit geschalteten adaptiven Bandpaßfilter zuführbar ist, die Aus­ werteeinheit einen Gleichrichter zur Umwandlung des vom Sensor abgegebenen Signals in einen Gleichspannungswert aufweist, der Ausgang des Gleichrichters mit einem Diffe­ renzierglied zur Ermittlung der zeitlichen Änderungen des vom Gleichrichter abgegebe­ nen Gleichspannungswerts verbunden ist, wobei die Änderungen als Auslösesignal für die Warn- und Abschaltvorrichtung dienen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Unwucht ein programmgesteuerter digitaler Rechner vorgesehen ist, wobei die Vor­ richtung im Sichtbereich des Benutzers eine Anzeige der zur Korrektur der Unwucht vor­ gesehenen Rotorposition und der Größe der Ausgleichsmasse aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung von Rotor-Drehwinkel und Rotor-Drehzahl ein digitaler Winkelencoder eingesetzt ist.