CN107206399A - 离心机和用于检测离心机不平衡的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心机(10)，包括：转子(12)；上面支撑有所述转子(12)的驱动轴(14)；通过所述驱动轴(14)驱动所述转子(12)的电机(18)；支撑单元(30)，所述支撑单元具有阻尼元件(36)，所述阻尼元件各自包括弹簧轴(36a)，所述支撑单元(30)支撑包括所述电机(18)、所述驱动轴(14)和所述转子(12)的旋转单元(19)；用于检测转速的传感器单元(82，84)；用于检测围绕旋转轴(14a)旋转的所述旋转单元(19)的不平衡的距离传感器(80)；用于检测所述旋转单元(19)的不平衡的加速度传感器(88)；以及评估所述传感器(80，82，88)的数据的控制和评估单元(90)，其中所述距离传感器(80)检测操作轴(36b)上距离的变化。本发明的特征在于，所述操作轴(36b)相对于所述旋转轴(14a)定向，使得至少在平行于所述操作轴(36b)并且穿过所述旋转轴(14a)的平面上的投影中，所述操作轴(36b)和所述旋转轴(14a)之间的角度小于90°，包括0°。

Description

离心机和用于检测离心机不平衡的方法

技术领域

本发明涉及一种权利要求1的前序部分所述类型的离心机，以及权利要求14的前序部分所述类型的用于检测离心机不平衡的方法。

背景技术

DE19539633A1公开了一种常见离心机，其具有用于检测旋转部件的不平衡的装置。所述装置具有速度传感器、距离传感器和加速度传感器。在这种情况下使用的加速度传感器是用于检测由不平衡引起的加速度的压电晶体传感器。此外，设置有控制和评估单元，由传感器检测到的与不平衡相关的信号以功率振荡/振幅的变化的形式传输到该控制和评估单元。比较器连接到评估单元，以将评估单元接收的信号与参考数据进行比较。如果振幅有变化，则会发出光学或声学警告，或者离心机将被关闭。压电传感器和距离传感器都在相同的水平方向上起作用。

该解决方案的一个缺点是使用的传感器将仅检测振幅的变化。它们不会提供，或者只提供有限的有关不平衡原因和起点的信息。由此难以根据振幅的变化，特别是考虑到速度，来产生诸如警告输出或关闭离心机之类的不同措施。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种根据权利要求1的前序部分所述类型的离心机，其避免了上述缺点，并且除了检测不平衡之外，还能够提供关于不平衡的原因和起点的信息。此外，进一步改进离心机，使其在检测到不平衡的情况下允许根据其转速采取不同的措施。

对于离心机，该目的通过权利要求1的限定特征结合其前序部分的特征来实现。对于该方法，该目的通过权利要求14的特征实现。

本发明基于以下发现：与当距离传感器的操作轴垂直于旋转轴延伸时相比，当距离传感器的操作轴相对于旋转轴平行地、或以小于90°的角度地、或以锐角地延伸时，距离传感器将提供关于不平衡及其原因/起点的更多信息数据。此外，本发明基于进一步发现：如果使用传感器提供的振幅信号，而不是该振幅的变化作为基础，则可以在不平衡的情况下采取不同措施。

根据本发明的离心机包括以下元件：壳体；用于接收容纳有待离心材料的容器的转子；上面安装有所述转子的驱动轴；通过所述驱动轴驱动所述转子的电机；支撑单元，所述支撑单元具有阻尼元件，所述阻尼元件各自包括弹簧轴，所述支撑单元支撑具有所述驱动轴和所述转子的电机；用于检测转速的传感器单元；用于检测旋转单元的不平衡的距离传感器，所述旋转单元由所述转子、所述电机和所述驱动轴一起形成；用于检测所述旋转单元的不平衡的加速度传感器；以及评估传感器数据的控制和评估单元。所述距离传感器检测一个操作轴上距离的变化。此外，操作轴相对于转子的旋转轴校正，使得至少在平行于操作轴并且穿过转子的旋转轴的平面上的投影中，所述操作轴和旋转轴在它们之间限定小于90°的角度，所述角度包括0°。这是有利的，因为它还允许检测旋转单元从其中心位置的歪斜运动/偏离，因此比在水平方向上检测这样的偏差产生更多的信息数据。

在优选实施方式中，距离传感器的操作轴平行于弹簧轴校正，因为悬架上的应力是不平衡及其大小的可靠指示，并且距离传感器与弹簧轴的平行布置允许精确测量。

当弹簧轴和距离传感器的操作轴相同时，可以实现特别精确的测量。这还简化了设计，因为距离传感器可以容易地集成到悬架中。

作为旋转传感器，可以使用例如磁性或电感传感器。但是，诸如叉式光栅之类的光栅被证明是特别合适的，因为与分段盘相结合，它们也可用于同时进行位置检测。这将在下面更详细地解释。

在另一个有利的实施方式中，设置有至少两个加速度传感器，以检测由三个相互垂直的空间轴所限定的空间中的不平衡，其中每个加速度传感器在与其它加速度传感器的空间轴不同的空间轴上有效。对于一个以上轴的加速度数据的评估允许更准确地检测不平衡，并且提供关于不平衡的原因的信息，在下文中将对此进行解释。

更具体地，其中加速度传感器工作的空间轴之一是垂直方向上的空间轴。由于与检测到的水平(即，沿着x和/或y空间轴)加速度(其仅允许测量旋转轴线的水平偏差)相比，另外检测到的垂直加速度还允许测量歪斜运动。此外，如果例如借助于具有绝对参考(0°位置)的速度传感器的分段盘，并借助于光栅，检测到关于初始位置/零位置的旋转和相应的旋转角度，则可以从中得出关于不平衡的原因和起点的结论。然后可以使用该数据来确定旋转单元内发生不平衡的确切位置。

根据本发明的一个方面，弹簧轴校正为以与旋转轴相交。以这种方式布置阻尼元件可以在技术上容易实现，并且距离传感器也可以容易集成到这种布置中。

优选地，操作轴和弹簧轴也是相同的。这使得将距离传感器集成到阻尼元件中并且直接检测阻尼元件的弹簧的范围变得更加容易，该值可以接下来用于确定转子与其中心位置的偏差。

在另一个有利的实施方式中，控制和评估单元中存储有第一特征，该第一特征根据转速限定用于加速度传感器和/或距离传感器检测的振幅的第一极限值，所述振幅描述旋转单元的不平衡。所述第一极限值被限定为如果它们被超出，则表示需要采取行动，而离心机或用户的安全不会立即有危险。因此，第一极限值用于在离心机内发生非安全关键相关问题的情况下启动警报级别，并且可以暂时避免进一步的行动。

在本发明的有利实施方式中，控制和评估单元中存储有第二特征，该第二特征根据转速限定用于加速度传感器和/或距离传感器检测的振幅的第二极限值，所述振幅描述旋转单元的不平衡。这些第二极限值被限定如果它们被超出，则发出危险信号，并且需要立即采取行动。这些第二极限值的目的是确保在离心机内发生安全相关问题时立即采取进一步措施，以保证离心机及其用户的安全。

一旦达到第一极限值，认为有利的是控制和评估单元启动声学和/或光学信号单元以及/或者显示单元，例如，后者可以集成在离心机的控制面板中，并且用于显示评估结果以及关于用户采取措施的指示。这样可以确保用户及时接收足够多的用于排除故障信息，并且离心机可以暂时保持运转。

为了确保离心机和用户在危急情况下的安全，限定一旦达到第二极限值，控制和评估单元将关闭旋转单元的电机或整个离心机。

一旦达到了第二极限值，有利的是控制和评估单元也启动声学和/或光学信号单元以及/或者位移装置，后者随后将显示评估结果以及用户采取措施的指令。这大大减少了危急情况下确认故障以及排除故障所需的时间，并显著提高了用户的舒适度。

此外还有利的是，在控制和评估单元中设置有数据记录器，其记录所有确定的数据。然后可以在离心机操作结束时例如通过USB端口读取数据，并可用于维护、故障排除、产品生命周期管理等。

根据本发明的一个方面，距离传感器用于在小于1000rpm的速度范围内检测不平衡。由此可以在较低速度下检测不平衡，在所述较低速度时，加速力还太小而不能被加速度传感器可靠地检测到。

根据本发明的另一个方面，加速度传感器用于在高于1000rpm的速度范围内检测不平衡。在这个更大的速度范围内，加速度传感器比距离传感器更适合，因为在该频率下，加速度测量提供比距离测量更准确的数据。

但是，距离传感器或加速度传感器提供更可靠数据的速度范围在很大程度上取决于离心机的设计，特别是其阻尼。因此，通过固件(firmware)使转速范围可配置(configurable)是有利的。

对于方法，其目的实现如下：根据连续旋转取得传感器测量值，并且根据所测量的值形成平均值，并将该平均值与其特征的对应值进行比较。如果平均值高于特征值，则将采取进一步的措施，例如关闭旋转单元的电机、降低转子的速度、触发声学和/或光学信号并且/或者在显示单元上输出信息等等。

本发明的装置和方法用于检测离心机的旋转单元的潜在不平衡，并且控制和评估单元以预定的方式响应于这种不平衡。此外，操作数据将被收集、存储并可用于评估，特别是可以得出关于离心机及其部件的负载和使用寿命的结论。为此，对于每个离心机操作循环，将在数据记录器中记录以下数据：离心步骤的持续时间、最大速度、最大不平衡振幅、最大不平衡振幅发生时的速度、不平衡角度、距离中心位置的偏移和系统状态指示(标志)。此外，如果需要，可以记录其他相关数据，如温度或噪音。

例如，作为确定的数据的结果，如果不平衡超过由特征定义的极限值，则可以关闭转子的电机或整个离心机。另外或替代地，可以提供关于阻尼元件(例如，在电机支座中使用的橡胶-金属元件)的维护或磨损状况的信息。也可以向用户提供关于转子的哪个容器引起不平衡的信息，可能是不正确装载引起的。此外，当需要维修时，显示装置还可以显示关于如何平衡转子的技术指导。

用于检测旋转的旋转传感器可以具有以下设计：安装在电机轴上的是具有30个均匀隔开的凹槽的分段盘，以及在0°位置(绝对基准)上的单个凸轮。光栅，例如叉式光栅，可以按6°步进，60乘以6°(等于360°)的速度检测当前旋转角度，同时考虑到边缘变化。第二叉式光栅检测旋转方向，所述第二叉式光栅被布置成提供与第一叉式光栅的信号偏移90°的信号。使用回射传感器检测0°位置。

如上所述，使用四个传感器检测与检测不平衡相关的任何数据，即旋转传感器、用于检测第一空间轴中的加速度的加速度传感器、用于检测第二空间轴中的加速度的加速度传感器以及距离传感器。此外，还可以设置另一个加速度传感器来检测第三空间轴中的加速度。

更具体地，三个加速度传感器被设计为三维的加速度传感器。所有三个加速度传感器因此组合在一个单元中。该单元优选地直接安装在电子板上，该电子板附接在电机座下方的区域中的轴附近。或者，该单元也可以布置在转子中。

距离传感器可以是感应式接近传感器的形式。测量范围特别是检测4mm，最好高达6mm范围内的变化。该测量检测支撑板和/或第二弹性凸耳与电机支座的固定板和/或第三弹性凸耳之间的距离的相对变化。可以使用简单的机械量规(mechanical gauge)来进行调整，并且调整不需要特别精确。

离心机的支撑板的垂直振动也受到离心机设计的影响，经验表明，它只能达到大约150至200rpm的特征最大值。该最大值只能由距离传感器检测，因为在这些速度下，对于加速度传感器的测量范围，加速力仍然会太小。由于不平衡的检测应尽可能快，即在低转速下检测到不平衡，为此将必须使用距离传感器。对于大于约1000rpm的速度，加速度传感器更适于可靠地检测不平衡。但是，与中心位置的任何偏离，即转子在高速下的升高，只能由距离传感器检测。

此外，可以设想在每个弹簧轴上，例如在阻尼元件上方，设置用于数据检测的距离传感器。基于获得的数据，评估单元将能够立即在离心机运行之前检测可能在离心过程中导致更高不平衡的任何不正确/非对称负载。然后显示单元将警告用户不要开始离心机操作，或者控制单元可以首先防止离心机启动。

更具体地，用于评估不平衡的值计算如下：

在9.6kHz的频率下，控制和评估单元在四个不同的通道上连续获得以下值：通过距离传感器获得支撑板和固定板之间的距离；通过加速度传感器获得沿着x轴的加速度；通过加速度传感器获得沿着y轴的加速度；并通过加速度传感器获得沿着z轴的加速度。因此，该测量使用四个传感器：距离传感器、x轴的加速度传感器、y轴的加速度传感器和z轴的加速度传感器。

由于测量值在四个不同的通道上传输，所以它们可以同时由控制和评估单元进行评估。然后使用在9.6kHz检测到的测量值，根据转速形成平均值。

如上所述，旋转传感器在与光栅配合的分段盘中具有凹槽。在凹槽的开始处，由于分段盘的旋转，在光束到达所述凹部的末端之前的这段时间内信号产生。在此期间，光栅的光线撞击相关联的光传感器，从而产生信号。在信号的开始和结束处，产生信号边沿。因此信号边沿在信号的开始和结束处改变。在分段盘旋转期间信号边沿变化时，控制和评估单元产生平均值。该平均值基于自上一个边沿变化后由传感器检测到的该传感器的所有测量值。60个测量点产生具有正弦波状外观的信号曲线。根据传感器，将获得不同的振幅和相位角。

对于每次旋转，每个传感器将产生由60个测量点组成的信号曲线。然后，该信号曲线被用于确定每个传感器的信号(RMS)和DC偏移的有效值。通过根据60个测量点的平均值获得的DC偏移校正信号曲线，以产生纯AC信号分量，后者因此对称于零。

然后将四个传感器的有效值在控制和评估单元中加权并相加，即每个有效值乘以可配置因子，然后将结果相加。在下文中，将结果称为传感器和。该传感器和主要用于通过将确定的值与可配置的极限值进行比较来执行对不平衡的评估，下面将对此进行解释。此外，传感器和还用于确定不平衡角度。

不平衡角度确定如下：测量传感器和的最大振幅的角度与最大不平衡实际位置的角度不对应，因为各种影响如转速、传感器的加重、不平衡的大小等将导致最大振幅的角度偏移。因此，不平衡的角度以及最终对转子的哪个容器受影响的确定将在低转速下确定，并且仅通过距离传感器确定。

例如，对于该精确的位置确定，距离传感器以恒定的转速(例如190rpm)检测不平衡，同时测量相对于转子的零点(0°位置)的旋转角度，在此距离传感器的正弦信号具有其最大值。

测量显示，距离传感器的正弦信号的相位取决于不平衡的重量。例如，2.5g和60g之间的不平衡将导致旋转角度偏移大约70°。在评估单元中，通过对数校正曲线校正该影响。该曲线由以下公式定义：

φ(不平衡)＝φ(距离传感器正弦最大值)×A1×In(不平衡振幅)+A2

校正因子A1(无单位)确定不平衡振幅的对数曲线的增益，因子A2(单位为°(in°))确定该曲线的位置。

因此，相应修正的数据表示转子中的不平衡的确切位置，从而表示转子中引起不平衡的容器的位置。评估单元然后在显示单元上将该位置传送给用户，以便用户可以采取适当的措施。

此外，使用距离传感器确定不平衡角度的另一个原因在于减速/降速期间不可避免地发生低转速旋转。不平衡角度仅在机器处于静止状态时才与用户相关，此时用户可以检查发现导致不平衡的容器。此外，不必对影响角度的可变因素(例如，转速、不平衡重量)进行复杂校正(建模)，因为这些因素在低转旋转时实际上是可以忽略的。

可以如下进行转子与其中心位置的偏差的确定/评估，其中首先要注意的是，回转力将导致旋转轴随着转速的增加而垂直校正，而不管是否不平衡。这导致从中心位置的偏移，旋转单元的大部分围绕所述中心位置摆动(swings)。中心位置的这种偏移可以由距离传感器以如下方式检测。

中心位置对应于根据转子一次旋转内的角度计算出的距离传感器的60个测量点的平均值，参见关于用于评估不平衡的值的计算的上述说明。它对应于纵坐标上的旋转振动的绝对位置。根据两个预定速度值(例如，500rpm和2500rpm)存储中心位置的值。然后对这些阈值时(at these thresholds)中心位置值的差进行加权(weighted)。将绝对差值与要定义的最大阈值进行比较。如果超过最大阈值(第一极限值)，将显示警告，但机器不会关闭。

过度偏差可能是由以下原因引起的：

机器未正确校正，例如，机器未水平校正。

阻尼元件中的缺陷，例如，转子轴承的橡胶金属元件。

优选地，可以如下检测最大允许不平衡。

用于检测不允许的不平衡并因此关闭机器的阈值通过所谓的关闭窗口来实施。每个关闭窗口由数据记录组成，在该数据记录中，配置有在哪些条件下机器满足用于启动关闭窗口的条件，即如果需要，检查相关联的阈值并关闭机器。如果当前速度在配置的速度限制内，并且当前加速度在配置的加速度限制内，并且对于配置的去抖动(debouncing)时间(即预定时段，在该预定时间内信号至少在控制和评估单元的一个输入端不得不存在，以由控制和评估单元检测和进一步处理)永久性地满足这些条件，则关闭窗口将启动。

数据记录条目优选用于限定离心机的各个工艺步骤，例如，沉淀、分离，在检测到不平衡的情况下，每个工艺步骤都规定有特定的程序。例如，在沉降步骤和分离步骤之间进行区分。通过在不同的关闭窗口中指定速度阈值进行区分。例如，超过1000rpm的速度可能与沉降步骤相关，并且小于1000rpm的速度可能与分离步骤相关。在这种情况下，关闭窗口被配置为使得控制和评估单元在分离期间不会关闭机器，从而提高生产率。每个离心机中提供的附加不平衡限位开关不受此影响，而是始终保持有效状态。

在平台阶段，即当恒定速度没有加速时，控制和评估单元不需要确定工艺步骤是否通过加速或减速过程达到，即该生产步骤此刻正在实施。

本发明的其他优点、特征和可能的应用可以从下面的描述中获得，其中参考了附图中所示的实施方式。

附图说明

在整个说明书中，权利要求书和附图，使用的这些术语和相关的附图标记在下面的附图标记列表中列出。在这些附图中：

图1是根据本发明的离心机的立体图，图1中的离心机具有支撑元件并且不包括该离心机的壳体，其中离心机的前部面向观察者观察时的右侧；

图1a是图1所示离心机的后视图；

图1b是图1所示离心机的左视图；

图2是处于已安装状态的图1，1a和1b所示距离传感器的示意性局部视图；

图3是图1，1a和1b所示控制和评估单元的示意性局部视图；以及

图4是用于检测根据本发明的离心机中的不平衡的流程图。

具体实施方式

图1，1a，1b分别是实验室离心机10的立体图(参见图1)、后视图(参见图1a)和左视图(参见图1b)。为了更好地观察本发明所必需的元件，这些图中省略了离心机壳体。

在电机18的纵轴和旋转轴14a(其同时也是离心机10的旋转轴)的顶端，设置有转子12，转子12接收容纳有待离心材料的容器。转子12安装在电机轴14上，电机轴14由位于它下面的电机18驱动。电机18被电机壳体24包围。以已知的方式，例如，通过此处未显示的花键轴，电机轴14不可旋转地连接到转子12。

在电机18的背离转子12的一侧，电机壳体24具有安装支脚20，所述安装支脚20彼此均匀间隔开，并将电机18牢固地连接到支撑单元30的上支撑板32上。支撑单元30用于支撑电机18以及抑制由转子12的旋转产生的力。

与电机壳体24相邻布置的是机械限位开关60，其通过常规螺纹连接件牢固地连接至离心机壳体(未示出)。更具体地说，机械限位开关60与电机壳体24隔开，由此在无故障运行时，在转子12的歪斜(tumbling)运动在正常公差范围内的情况下，机械限位开关60将不会与电机壳体24接触。如果转子12的歪斜运动如此强烈，使得支撑单元30不能再补偿它，并因此导致旋转轴14a以及因此电机18的水平偏移超过公差限制，则机械限位开关60将与电机壳体24接触。该接触将导致控制和评估单元90触发离心机10紧急断电，参照图3对此进行说明。

在支撑单元30的远离电机18的一侧，设置有下支撑板38。安装在下支撑板38上的是倾斜的橡胶金属元件36，其用作阻尼元件，并且通过以相同角度倾斜的支柱34牢固地连接至上支撑板32。通常考虑相对于纵轴14a大约10°和42°之间的角度作为橡胶金属元件36和与其连接的支柱36的安装角σ是有利的，因为基于不平衡的力将在转子12旋转期间在该角度范围内起作用。对于本实施方式的离心机10，已经证明安装角σ为21°是特别合适的。

另外，可以想到设计没有支柱34的支撑单元30，例如，并且将橡胶金属元件36直接连接至上支撑板32。然而，已经发现，支撑单元30底侧的直径增大产生了更高的稳定性并因此产生改善的阻尼效果。作为替代方案，例如，弹簧轴承，磁性轴承或液压轴承也可以用作阻尼元件。当使用本发明的离心机10所选择的橡胶金属元件36时，获得了特别好的性价比。

最后，在上支撑板32和下支撑板38之间设置有质量元件40，该质量元件40牢固地连接至支柱34和橡胶金属元件36。橡胶金属元件36的倾斜位置以及橡胶金属元件36通过支柱34和电机18隔开就已经确保了良好的阻尼效果，这意味着也可以省略质量元件40。但是，添加质量元件40将显著改善阻尼效果。

通过下支撑板38，离心机10不可旋转地安装在支撑元件54上。在上支撑板32上，在每对安装支脚20之间，可以看到第一弹性凸耳(lug)48，其可容纳支柱34的面向上支撑板32的末端，从而将相应的支柱34弹性地连接至上支撑板32。例如，第一弹性凸耳48也可以是焊接到上支撑板32上的单独的元件。但是，如果如所示实施方式中的第一弹性凸耳48与上支撑板32，例如，通过模具切割和弯曲成形，一体形成并由与上支撑板32相同的材料制成，则支撑单元30的稳定性增加。

支撑元件30的底端由下支撑板38形成，下支撑板38通过第二弹性凸耳50连接至橡胶金属元件36。在下支撑板38和上支撑板32之间布置有质量元件40。质量元件40由三个垂直堆叠的板组成。在中心处设置有固定板44，其通过第三弹性凸耳52弹性地连接至橡胶金属元件36和支柱34。在固定板44上方和下方分别有一个盘形的上质量板42和一个盘形的下质量板46，它们都牢固地连接至固定板44。在该实施方式中，类似于第一弹性凸耳48，第二弹性凸耳50和第三弹性凸耳52与各自相关联的下支撑板38和/或固定板44一体形成，并且由与相应的相关板相同的材料制成。

螺纹连接件56通过下支撑板38将支撑单元牢固地连接至支撑元件54。支撑元件54在其四角具有支撑腿58，并且与这些支撑腿59相邻设置有脚轮59，通过脚轮59将离心机10支撑在地面上。

图2是距离传感器80的布置的详细视图。距离传感器80被设计为感应传感器，并且包括传感器头80a，该传感器头80a容纳有感应线圈，为了清楚起见未示出感应线圈。传感器头80a设置在第三弹性凸耳52中，并且具有平行于弹簧轴36a延伸的操作轴36b。安装在与第三弹性凸耳52相关联的第二弹性凸耳50上的是与传感器头80a配合的金属头80c。金属头80c螺纹连接至第二弹性凸耳50。为此，金属头80c具有与第二弹性凸耳50中的孔接合的螺纹销，并且与螺纹销上设置的螺母80b固定。在由于不平衡而导致转子12垂直振动的情况下，支柱34将把这些振动传递给橡胶金属元件36以进行衰减，这将导致橡胶金属元件36沿着弹簧轴36a的纵向延伸发生改变。这还将改变第三弹性凸耳52和与其相关联的第二弹性凸耳50之间的距离。距离传感器80可精确地测量这些距离变化，并且可以基于测量数据来计算不平衡，特别是在离心机最多1000rpm的低速时。

图3是控制和评估单元90的示意图。如图1，1a和1b所示，控制和评估单元90与分段盘84、叉式光栅82、回射传感器86以及加速度传感器88作为一个单元设置在电机18下方。图2所示的距离传感器80、叉式光栅82，回射传感器86和加速度传感器88以及布置在具有集成显示单元的离心机壳体上的控制面板(未示出)连接至控制和评估单元90。另外，距离传感器88可以位于支柱34的区域中，例如位于第一凸耳50或第二凸耳52上。此外，控制单元90中设置有在故障的情况下关闭离心机10的电开关(未示出)。电开关是断路触点(breakcontact)的形式，并与机械限位开关60串联，机械限位开关60也是断路触点的形式，因此这两个开关之一的断开将导致离心机10关闭。

分段盘84不可旋转并同心地安装在图4中未示出的电机轴14上，使得其将在离心机10运行期间围绕旋转轴14a旋转。分段盘84具有周向布置在它上面、并且彼此均匀隔开的30个凹槽84a。安装在控制和评估单元90上并且部分地围绕分段盘84的叉式光栅82允许基于凹槽84a确定离心机10的速度。此外，盘85设置在包括凸轮85a的分段盘84的上方。所述凸轮85a作为0°位置的绝对基准，设置用于检测回射传感器86的设置。通过回射传感器86检测0°位置和通过叉式光栅82检测凹陷84a还允许在控制和评估单元90中确定旋转角度和旋转方向。布置在叉式光栅82附近的加速度传感器88在三个空间轴x，y和z上运行，并用于检测不平衡，特别是在速度大于1000rpm时。

图4是根据本发明的用于检测离心机10中的不平衡的方法的示意图。

在步骤100中，距离传感器80、与回射传感器86关联的叉式光栅82和加速度传感器88向控制和评估单元90提供测量数据，以检测不平衡。接下来在步骤102中，在控制和评估单元90中评估所述测量数据，然后在步骤104中与两个预定特征相比较。

在步骤106中，如果测量数据低于第一特征，则发现不平衡是无关紧要的，操作继续进行，不采取进一步措施。在步骤110中，如果测量数据高于第一特征但仍低于第二特征，启动显示单元108并输出相应的警告。但是，在步骤106，操作继续进行。然而，在测量数据也高于第二特征的情况下，启动显示单元108和电机18。在步骤110中，在显示单元上显示警告，并且接下来在步骤114中，关闭电机18。

附图标记列表

10 离心机

12 转子

14 电机轴

14a 旋转轴

18 电机

19 旋转单元

20 安装支脚

24 电机壳体

30 支撑单元

32 上支撑板

34 支柱

36 橡胶金属元件

36a 弹簧轴

36b 操作轴

38 下支撑板

40 质量元件

42 上质量板

44 固定板

46 下质量板

48 第一弹性凸耳

50 第二弹性凸耳

52 第三弹性凸耳

54 支撑元件

56 螺纹连接件

58 支撑腿

59 脚轮

60 机械限位开关

80 距离传感器

80a 传感器头

80b 螺母

80c 金属头

82 叉式光栅

84 分段盘

84a 凹槽

84b 凸轮

86 回射传感器

88 加速度传感器

90 控制和评估单元

σ 安装角

100 提供测量数据

102 评估测量数据

104 比较测量数据和预定特征

106 继续操作

108 启动显示单元

110 输出警告

112 启动显示单元和电机

114 关闭电机

Claims (19)

1.一种离心机(10)，该离心机(10)包括：转子(12)；上面安装有所述转子(12)的驱动轴(14)；通过所述驱动轴(14)驱动所述转子(12)的电机(18)；支撑单元(30)，所述支撑单元具有阻尼元件(36)，所述阻尼元件各自包括弹簧轴(36a)，所述支撑单元(30)支撑包括所述电机(18)、所述驱动轴(14)和所述转子(12)的旋转单元(19)；用于检测速度的传感器单元(82，84)；用于检测围绕旋转轴(14a)旋转的所述旋转单元(19)的不平衡的距离传感器(80)；用于检测所述旋转单元(19)的不平衡的加速度传感器(88)；评估所述传感器(80，82，88)的数据的控制和评估单元(90)，其中所述距离传感器(80)检测所述距离传感器(80)的操作轴(36b)上距离的变化，其特征在于，所述操作轴(36b)相对于所述旋转轴(14a)校正，使得至少在平行于所述操作轴(36b)并且穿过所述旋转轴(14a)的平面上的投影中，所述操作轴(36b)和所述旋转轴(14a)之间限定小于90°的角度，所述角度包括0°。

2.根据权利要求1所述的离心机，其特征在于，所述距离传感器(80)的所述操作轴(36b)平行于所述弹簧轴(36a)。

3.根据权利要求1或2所述的离心机，其特征在于，设置有至少两个加速度传感器(88)，以确定由三个相互垂直的空间轴(x，y，z)所限定的空间中的不平衡，每个加速度传感器(88)在与其它加速度传感器(88)的空间轴(x，y，z)不同的空间轴(x，y，z)上工作。

4.根据权利要求3所述的离心机，其特征在于，加速度传感器工作的所述空间轴(x，y，z)之一是垂直方向上的空间轴。

5.根据前述权利要求之一所述的离心机，其特征在于，所述弹簧轴(36a)校正为与所述旋转轴(14a)相交。

6.根据前述权利要求之一所述的离心机，其特征在于，所述操作轴(36b)与所述弹簧轴(36a)相同。

7.根据前述权利要求之一所述的离心机，其特征在于，所述控制和评估单元(90)中存储有第一特征，该第一特征根据速度限定用于所述加速度传感器(88)和/或距离传感器(80)检测的振幅的第一极限值，所述振幅描述所述旋转单元(19)的不平衡。

8.根据权利要求7所述的离心机，其特征在于，所述控制和评估单元(90)中存储有第二特征，该第二特征根据速度限定用于所述加速度传感器(88)和/或距离传感器(80)检测的振幅的第二极限值，所述振幅描述所述旋转单元(19)的不平衡。

9.根据权利要求7或8所述的离心机，其特征在于，在达到所述第一极限值时，所述控制和评估单元启动声学和/或视觉信号单元以及/或者显示单元，所述信号单元和/或显示单元用于显示评估结果以及关于用户采取措施的指示。

10.根据权利要求8或9所述的离心机，其特征在于，在达到所述第二极限值时，所述控制和评估单元关闭所述旋转单元的电机和/或所述离心机。

11.根据权利要求10所述的离心机，其特征在于，所述控制和评估单元启动声学和/或视觉信号单元以及/或者显示单元，所述单元用于显示评估结果以及关于用户采取措施的指示。

12.根据前述权利要求之一所述的离心机，其特征在于，所述距离传感器能够用于检测所述离心机低速范围内的不平衡。

13.根据前述权利要求之一所述的离心机，其特征在于，所述加速度传感器能够用于检测所述离心机高速范围内的不平衡。

14.一种使用根据前述权利要求中任一项所述装置检测不平衡的方法，其特征在于，根据连续旋转确定所述传感器的测量值，并且所述测量值用于形成平均值，该平均值与所述特征的相应值比较，当检测到平均值高于所述特征时采取进一步措施，例如关闭所述旋转单元的电机、降低所述转子的转速，启动所述声学和/或光学信号以及/或者在显示单元上的输出信息等。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，根据所述测量值确定所述不平衡相对于所述转子的零点的角度。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，根据所述距离传感器的测量值确定所述旋转单元相对于所述旋转单元的中心位置的偏离。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制和评估单元同时接收各个空间轴的所述距离传感器和加速度传感器的信号。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，每个传感器的信号各自通过单独的信号通道传输。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，其特征在于，输入数据记录以限定离心机的各个工艺步骤，例如，沉淀、分离，在不平衡的情况下，每个工艺步骤都规定有特定的措施。