DE102004024935A1

DE102004024935A1 - Motor-Drehmomentsteuerung zur Verringerung der Unfallgefahr bei Zentrifugenrotoren

Info

Publication number: DE102004024935A1
Application number: DE102004024935A
Authority: DE
Inventors: David Newtown Carson
Original assignee: Kendro Laboratory Products LP
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Inc
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2004-05-20
Publication date: 2005-09-22
Also published as: JP2004337851A; US6747427B1; JP3902195B2

Abstract

Steuern des Drehmoments eines Motors durch Antreiben eines mit dem Motor verbundenen Zentrifugenrotors, Steigern eines Motordrehmoments des Motors auf einen bestimmten Wert, Feststellen von Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors, Einstellen des Motordrehmoments auf Basis der festgestellten Umdrehungen pro Minute, Herabsetzen des Motordrehmoments über einen Bereich von Umdrehungen pro Minute auf ein konstantes Drehmoment und Steigern des Motordrehmoments, wenn die festgestellten Umdrehungen pro Minute außerhalb des Bereichs liegen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft die Steuerung von Motoren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Steuerung des Motordrehmoments eines Motors.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In Zentrifugensystemen wird ein Motor dazu verwendet, einen Zentrifugenrotor anzutreiben oder in Rotation zu versetzen. Die maximale Drehzahl des Zentrifugenrotors wird durch das Drehmoment begrenzt, das der Motor erzeugen kann, und durch den Wirbelungs- oder Luftwiderstandsverlust, der erzeugt wird, wenn der Zentrifugenrotor in der Luft rotiert. Um die Möglichkeit von Zentrifugenrotorunfällen zu vermeiden oder zu reduzieren, entspricht der Wirbelungs- oder Luftwiderstandsverlust, der zum Betreiben des Zentrifugenrotors erforderlich ist, dem Motordrehmoment, und der Zentrifugenrotor kann nicht schneller betrieben werden. An diesem Punkt wird die maximale kinetische Energie des Zentrifugenrotors berechnet. Das Zentrifugenschutzgehäusesystem ist deshalb so konzipiert, dass an diesem Punkt maximaler kinetischer Energie ein Versagen des Zentrifugenrotors sicher aufgefangen wird.

Die verbesserte Motortechnologie ermöglicht ein höheres Motordrehmoment, das es dem Zentrifugenrotor erlauben würde, auf einer höheren luftreibbegrenzten Drehzahl betrieben zu werden. Bei dieser höheren luftreibbegrenzten Drehzahl kann die kinetische Energie des Zentrifugenrotors das nachgewiesene Energiesicherheitslimit der Zentrifuge überschreiten und den Benutzer einer gefährlichen Situation aussetzen. Dies könnte zu einem Ausfall des Zentrifugenrotors und der Möglichkeit von Zentrifugenrotorunfällen führen.

Es ist deshalb wünschenswert, eine Erfindung zu schaffen, die einen Zentrifugenrotorausfall vermeidet, der den nachgewiesenen Sicherheitsbereich der Zentrifuge überschreiten würde.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die voranstehend genannten Bedürfnisse werden von der vorliegenden Erfindung in hohem Ausmaß erfüllt, wobei in einem Aspekt eine Vorrichtung geschaffen wird, die in einem Ausführungsbeispiel eine Steuereinheit besitzt, die das Motordrehmoment so einstellt, dass es dem Luftreibmomentlimit eines Zentrifugenrotors entspricht und damit den Zentrifugenrotor daran hindert, auf eine höhere Drehzahl angetrieben zu werden, welche den nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitswert der Zentrifuge überschreiten würde.

Im Einklang mit einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Steuerung des Drehmoments eines Motors die Schritte des Antreibens eines mit dem Motor verbundenen Zentrifugenrotors, des Steigerns eines Motordrehmoments des Motors auf einen bestimmten Wert und des Einstellens des Motordrehmoments, so dass dieses dem Luftreibmoment eines Zentrifugenrotors entspricht und damit die kinetische Energie des Rotors begrenzt wird.

Das Motordrehmoment kann so eingestellt werden, dass es ein bestimmtes Luftreibmomentlimit nicht überschreitet und in einigen Fällen so herabgesetzt, dass das geringere Motordrehmoment ein niedrigeres Luftreibmomentlimit und damit eine geringere kinetische Energie ergibt.

Das Verfahren kann des weiteren die Bestimmung der Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors einschließen. Das Motordrehmoment kann auf Basis der festgestellten Umdrehungen pro Minute gesteigert oder sonstwie angepasst werden. In einigen Fällen kann der Motor bei bestimmten Umdrehungen pro Minute über einen festgestellten Drehzahlbereich auf ein konstantes Drehmoment reduziert und sodann gesteigert oder weiter herabgesetzt werden.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein System zur Steuerung des Drehmoments eines Motors ein Mittel zum Betreiben eines mit dem Motor verbundenen Zentrifugenrotors, ein Mittel zur Anhebung eines Motordrehmoments des Motors auf einen bestimmten Wert und ein Mittel zur Einstellung des Motordrehmoments gemäß einem vorher festgelegten Luftreibmomentlimit des Zentrifugenrotors oder eines anderen vorher festgelegten Drehmomentbereichs.

Das Mittel zur Einstellung des Motordrehmoments kann das Motordrehmoment so einstellen, dass es ein bestimmtes Zentrifugenrotor-Luftreibmomentlimit nicht überschreitet. In einigen Fällen kann das Motordrehmoment so verringert werden, dass das Zentrifugenrotor-Luftreiblimit herabgesetzt und damit die kinetische Energie des Zentrifugenrotors verringert wird.

Das System kann auch ein Mittel zur Feststellung der Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors umfassen. Das Motordrehmoment kann in einigen Fällen auf der Grundlage der festgestellten Umdrehungen pro Minute gesenkt werden. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Motordrehmoment auf der Grundlage der festgestellten Umdrehungen pro Minute eingestellt werden. Beispielsweise kann in einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung das Motordrehmoment über einen Bereich festgestellter Drehzahlen auf ein konstantes Drehmoment verringert und dann gesteigert oder bei nachfolgenden höheren Drehzahlen pro Minute weiter gesenkt werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Vorrichtung, die das Drehmoment eines Motors steuert bzw. ein Regler. Die Vorrichtung umfasst eine mit dem Motor verbundene Welle. An die Welle ist ein Zentrifugenrotor gekoppelt. Der Motor treibt die Welle an und bewegt damit den Zentrifugenrotor. Eine Steuerungseinheit bzw. ein Regler ist in Verbindung mit dem Motor. Die Steuerungseinheit erhöht ein Motordrehmoment des Motors auf einen bestimmten Wert und stellt das Motordrehmoment gemäß einer festgelegten Drehmomentkurve ein.

Die Steuerungseinheit kann das Motordrehmoment so einstellen, dass es ein festgelegtes Luftreibmomentlimit des ausgewählten Zentrifugenrotors nicht überschreitet. Die Steuerungseinheit kann auch das Motordrehmoment so herabsetzen, dass es eine Zentrifugenrotor-Höchstgeschwindigkeit begrenzt, um die maximale kinetische Energie des Zentrifugenrotors zu begrenzen.

Die Steuerungseinheit kann das Motordrehmoment einstellen, um das Motordrehmoment über einen bestimmten Drehzahlbereich zu senken, um große Zentrifugenrotoren mit hohem Luftreibmoment daran zu hindern, diesen Drehzahlbereich zu überschreiten. Kleinere Zentrifugenrotoren mit niedrigerem Luftreibmoment können über diesen reduzierten Motordrehmoment-Drehzahlbereich hinweg beschleunigt werden. Jenseits dieses UpM-Bereichs des niedrigeren Motordrehmoments kann das Motordrehmoment erhöht werden, um die Beschleunigungsleistung der kleineren Zentrifugenrotoren zu steigern.

Auch ein Detektor in Kommunikation mit der Steuerungseinheit kann vorgesehen sein. Der Detektor kann dazu verwendet werden, die Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors festzustellen und das Motordrehmoment auf der Grundlage der vom Detektor festgestellten Umdrehungen pro Minute herabzusetzen. In einigen Fällen kann die Steuerungseinheit das Motordrehmoment auf Basis der vom Detektor festgestellten Umdrehungen pro Minute steigern.

Die Steuerungseinheit kann in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors bestimmen und auf der Grundlage der festgestellten Umdrehungen pro Minute das Motordrehmoment einstellen. Das Motordrehmoment kann in einigen Fällen über einen festgestellten Drehzahlbereich hinweg auf ein konstantes Drehmoment verringert werden. Oder der Motordrehmomentausgang kann an jede Art von mathematischer Kurve angepasst werden, wie beispielsweise an eine konstante PS-Kurve.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Steuerung des Drehmoment eines Motors die Schritte des Antreibens eines mit dem Motor verbundenen Zentrifugenrotors, des Steigerns eines Motordrehmoments des Motors auf einen festgelegten Wert, des Feststellens der Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors, des Einstellens des Motordrehmoments auf der Grundlage der festgestellten Umdrehungen pro Minute, des Herabsetzens des Motordrehmoments über einen Drehzahlbereich auf ein konstantes Drehmoment und des Steigerns des Motordrehmoments, wenn die festgestellten Umdrehungen pro Minute außerhalb des Bereichs liegen.

Somit wurden einigermaßen ausführlich bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung vorgestellt, damit deren detaillierte Beschreibung besser verständlich sei und damit der vorliegende Beitrag zum Stand der Technik besser anerkannt werde. Es gibt natürlich zusätzliche Ausführungsbeispiele der Erfindung, die weiter unten beschrieben werden und den Gegenstand der angehängten Patentansprüche bilden.

In diesem Zusammenhang und vor der Erörterung von mindestens einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail ist festzuhalten, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktions- und Anordnungsdetails der Komponenten beschränkt ist, wie sie in der folgenden Beschreibung ausgeführt oder in den Zeichnungen illustriert sind. Die Erfindung ist zu zusätzlichen als den beschriebenen Ausführungsbeispielen fähig und kann auf unterschiedliche Weisen praktiziert und ausgeführt werden. Es ist zudem darauf hinzuweisen, dass die hier und in der Zusammenfassung benützte Phraseologie und Terminologie nur beschreibenden Zweck haben und nicht einschränkend interpretiert werden dürfen.

Einschlägige Fachpersonen werden mithin erkennen, dass die Konzeption, auf der diese Offenbarung basiert, ohne Probleme als Grundlage für den Entwurf anderer Strukturen, Verfahren und Systeme zur Verwirklichung der unterschiedlichen Ziele der vorliegenden Erfindung dienen kann. Es ist deshalb wichtig, dass die Ansprüche so interpretiert werden, dass solche äquivalenten Konstruktionen einbezogen sind, sofern sie nicht vom Geist und Geltungsumfang der vorliegenden Erfindung abweichen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung einer Zentrifuge.
2 ist eine Darstellung mehrerer Motordrehmoment- und mehrerer Zentrifugenrotor-Luftreibkurven.
3 ist eine Darstellung einer einzelnen Motordrehmomentkurve und einer einzelnen Zentrifugenrotor-Luftreibkurve.
4 ist ein Fließdiagramm, in dem die Schritte der vorliegenden Erfindung dargestellt sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen sich gleiche Bezugszeichen durchgehend auf gleiche Bauteile beziehen. Ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung schafft eine Steuerungseinheit, welche das Motordrehmoment gemäß einem Luftreibmomentlimit eines Zentrifugenrotors einstellt. Durch die Einstellung des Motordrehmoments, so dass das Luftreibmomentlimit nicht überschritten wird, wird die Möglichkeit von Zentrifugenrotorunfällen reduziert.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt. 1 ist eine Illustration einer Zentrifuge 10. Die Zentrifuge 10 besitzt eine Verkleidung 12 und einen Behälter 14 in der Verkleidung 12. Das Gyro- oder Antriebswellengehäuse 18 hat eine Welle 16, die sich durch das Gehäuse erstreckt und über eine Kopplung 17 mit dem Motor 30 verbunden ist.
Ein Antriebskegel oder Vorsatzelement 20 ist auf der Spitze der Welle 16 vorgesehen, wo ein Zentrifugenrotor 22 angebracht und befestigt sein kann. Der Zentrifugenrotor 22 kann ein abnehmbarer Zentrifugenrotor sein, so dass am Halteelement 20 unterschiedlich große Zentrifugenrotore austauschbar montiert werden können. Die Konfiguration eines Zentrifugenrotors kann variieren und so ausgeführt sein, dass Reibungskräfte erzeugt werden, so dass der Luftwiderstands- oder Luftreibmoment bei jeder Drehzahl bekannt ist, allgemein bekannt unter der Bezeichnung Luftreibmomentkurve.
Die Welle 16 wird von geeigneten Lagern im Zentrifugenrotorantriebssystem 18 gehalten. Das Voranstehende ist nur ein Beispiel einer Konfiguration des Antriebsmechanismus, der zum Antrieb des Zentrifugenrotors 22 verwendet werden kann. Andere Mechanismen sind Fachleuten bekannt und können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Eine Steuerungseinheit 32 ist in Kommunikation mit dem Motor 30. Die Steuerungseinheit 32 dient der Überwachung und Steuerung des Ausgangs vom Motor 30. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 32 in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung das Drehmoment steuern, das der Motor 30 bei der Rotation des Zentrifugenrotors 22 generiert. Die Steuerungseinheit kann jede Art von digitalem oder analogem Prozessor sein.
Ein Detektor 34 ist in Kommunikation mit der Steuerungseinheit 32. Der Detektor 34 kann dazu verwendet werden, die Rotationsgeschwindigkeit oder andere Merkmale des Zentrifugenrotors festzustellen und diese Informationen auf die Steuerungseinheit 32 zu übertragen. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Detektor in einer Position zur direkten Bestimmung der Umdrehungen pro Minute (UpM) platziert werden, mit denen sich der Zentrifugenrotor 22 dreht. Diese Messung kann in einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung auch indirekt vorgenommen werden. Der Detektor 34 kann in einer Position platziert werden, in der er UpM-Messungen des Motors wie dargestellt oder der Welle 16 vornimmt. Der Detektor 34 kann auch andere Messungen vornehmen, die nützliche Informationen für die Übertragung auf die Steuerungseinheit 32 darstellen, wie etwa die kinetische Energie des Zentrifugenrotors und das Luftreibmoment des Zentrifugenrotors bei jeder Geschwindigkeit. Dies kann erreicht werden durch Messen der Beschleunigungs- und Verzögerungsraten des Zentrifugenrotors bei niedrigen Geschwindigkeiten oder mit Hilfe anderer bekannter Methoden. Es wird darauf hingewiesen, dass mehrere Detektoren anwesend sein können, um unterschiedliche Messungen vorzunehmen.
Der Detektor 34 und der Motor 30 können mittels festverdrahteter Verbindungen oder anderer, drahtloser Verbindungsarten, wie etwa Infrarot, in Kommunikation mit der Steuerungseinheit 32 sein.
Der Betrieb der Zentrifuge 10 erfolgt wie folgt. Der Motor 30 dient dazu, den Zentrifugenrotor 22 anzutreiben. Der Motor 30 legt über die Kopplung 17 ein Drehmoment an die Antriebswelle 16 an. Die Lager im Antriebssystem 18 ermöglichen der Welle 16 die Rotation und gleichzeitig den Halt durch das Zentrifugenrotorantriebssystem 18. Der Zentrifugenrotor 22, der am Halteelement 20 der Welle 16 befestigt ist, wird dann in Rotation versetzt.
Der Detektor 34 überwacht bestimmte Merkmale, wie die Umdrehungen pro Minute, der Welle 16 und/oder des Motors 30. Der Detektor 34 überträgt diese Merkmale dann auf die Steuerungseinheit 32. Unter Verwendung der vom Detektor 34 übertragenen Informationen stellt die Steuerungseinheit 32 das Drehmoment ein, das der Motor 30 auf den Zentrifugenrotor 22 aufbringt.
Für das unten gegebene Beispiel wird angenommen, dass die Zentrifuge einen nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitswert von 150.000 ft-Ibs Energie hat. Jede Zentrifuge wird so konzipiert und getestet, dass ein Energiewert eingehalten wird, der für die sichere Nutzung der Zentrifuge geeignet ist.
2 ist eine Darstellung eines Diagramms des Motordrehmoments im Vergleich zu den UpM. Die Kurve 36 ist eine erste Motorkennlinie, in der das Motordrehmoment im Vergleich zu den UpM dargestellt ist. Das Motordrehmoment des ersten Motors steigt auf etwa 9,5 in-Ibs und flacht ab bei etwa 9 in-Ibs. Wenn die UpM etwa 15.500 erreichen, nimmt das Motordrehmoment ständig ab.
Die Kurve 40 ist eine Luftreibkurve für einen ersten Zentrifugenrotor. Wenn der erste Zentrifugenrotor mit dem ersten Motor verwendet wird, wären die maximalen UpM bei etwa 11.800. Das ist das Luftreibmomentlimit des ersten Zentrifugenrotors mit dem ersten Motor. Bei dieser Drehzahl liegt die kinetische Energie des Rotors bei 123.586 ft-Ibs.
Die Kurve 42 ist eine Luftreibkurve für einen zweiten Zentrifugenrotor. Wenn der zweite Zentrifugenrotor mit dem ersten Motor verwendet wird, wären die maximalen UpM bei etwa 13.000. Das ist das Luftreibmomentlimit des zweiten Zentrifugenrotors mit dem ersten Motor. Bei dieser Drehzahl liegt die kinetische Energie des Rotors bei 100.000 ft-Ibs.
Die Kurve 44 ist eine Luftreibkurve für einen dritten Zentrifugenrotor. Wenn der dritte Zentrifugenrotor mit dem ersten Motor verwendet wird, wären die maximalen UpM bei etwa 15.300. Das ist das Luftreibmomentlimit des dritten Zentrifugenrotors mit dem ersten Motor. Bei dieser Drehzahl liegt die kinetische Energie des Rotors bei 90.000 ft-Ibs.
Die Kurve 46 ist eine Luftreibkurve für einen vierten Zentrifugenrotor. Wenn der vierte Zentrifugenrotor mit dem ersten Motor verwendet wird, wären die maximalen UpM bei etwa 16.800. Das ist das Luftreibmomentlimit des vierten Zentrifugenrotors mit dem ersten Motor. Bei dieser Drehzahl liegt die kinetische Energie des Rotors bei 70.000 ft-Ibs.
Die Kurve 48 ist eine Luftreibkurve für einen fünften Zentrifugenrotor. Wenn der fünfte Zentrifugenrotor mit dem ersten Motor verwendet wird, wären die maximalen UpM bei etwa 19.000. Das ist das Luftreibmomentlimit des fünften Zentrifugenrotors mit dem ersten Motor. Bei dieser Drehzahl liegt die kinetische Energie des Rotors bei 50.000 ft-Ibs.
Aus dem Voranstehenden geht hervor, dass die erste Motorkennlinie so beschaffen ist, dass die Luftreibkurven 40, 42, 44, 46 und 48 die Höchstgeschwindigkeit und damit die maximale kinetische Energie festlegen, die diese Zentrifugenrotoren unter Verwendung von Motor 1 erreichen können.
Mit fortschreitender Technologie produziert die Motortechnik Motoren mit höherem Drehmoment, und Motor 1 kann durch verbesserte Motoren ersetzt werden, wie von der zweiten Motorkennlinie 50 von Motor 2 veranschaulicht. Wie in 2 zu sehen, erhöht die zweite Motorkennlinie 50 im Vergleich zur ersten Motorkennlinie 36 das Motordrehmoment auf einen Maximalwert von 15 in-Ibs. Dieser Drehmomentzuwachs ist für einen Zentrifugenkunden wünschenswert, verkürzt er doch die Zeit, die zur Beschleunigung des Rotors auf seine Betriebsgeschwindigkeit nötig ist. Folglich verkürzt sich die Zeit, die zur Durchführung der erforderlichen Trennung erforderlich ist.
Das Drehmoment bleibt konstant bis etwa 10.500 UpM. An diesem Punkt ist der maximale PS-Nennwert von 2,5 PS für den zweiten Motor erreicht. Diese Rechnung kann unter Heranziehung der Formel PS = Drehmoment (in-Ibs)·UpM/63025 ausgeführt werden, Im vorliegenden Fall beträgt das Drehmoment bei 10.500 UpM gleich 15 in-Ibs. Nachdem der maximale PS-Nennwert bei 10.500 UpM erreicht wurde, geht das Drehmoment des Motors ständig zurück, so dass der 2,5-PS-Leistungseingang konstant ist.
Da die zweite Motorkennlinie 50 andere Merkmale aufweist als die erste Motorkennlinie 36, nimmt das Luftreibmomentlimit für jede der Zentrifugenrotorkurven zu und folglich steigt die kinetische Energie der einzelnen Zentrifugenrotoren. Die kinetische Energie erhöht sich mit dem Quadrat der Drehzahl. Wenn beispielsweise die kinetische Energie eines Zentrifugenrotors 30.000 ft-lb bei 17.000 UpM ist und die Drehzahl auf 20.000 UpM angestiegen ist, wäre seine kinetische Energie: 30.000·20.0002/17.0002 = 41.522 ft-lb
Aufgrund des Anstiegs der kinetischen Energie muss der Zentrifugenkonstrukteur darauf achten, den nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitswert der Zentrifuge nicht zu überschreiten. Wird der nachgewiesene Schutzgehäuse-Sicherheitswert überschritten, sind eine umfangreiches Neukonstruktion und Testprogramm erforderlich. Die vorliegende Erfindung schafft für dieses Problem eine Lösung, ohne den Kundenvorteil einer erhöhten Beschleunigung, ausgehend vom höheren Motordrehmoment, preiszugeben. Dies wird durch Fortführung des obigen Beispiels weiter erläutert.
Wenn der zweite Zentrifugenrotor mit dem zweiten Motor verwendet wird, zeigt die Luftreibkurve 42 an, dass die maximalen UpM bei etwa 14.500 liegen. Bei dieser Drehzahl beträgt die kinetische Energie dieses Rotors 124.400 ft-Ibs – nach wie vor weniger als der nachgewiesene Schutzgehäuse- Sicherheitsenergiewert von 150.000 ft-Ibs.
Wenn der dritte Zentrifugenrotor mit dem zweiten Motor verwendet wird, zeigt die Luftreibkurve 44 an, dass die maximalen UpM bei etwa 16.000 liegen. Bei dieser Drehzahl beträgt die kinetische Energie dieses Rotors 98.423 ft-Ibs – nach wie vor weniger als der nachgewiesene Schutzgehäuse-Sicherheitsenergiewert von 150.000 ft-Ibs.
Wenn der vierte Zentrifugenrotor mit dem zweiten Motor verwendet wird, zeigt die Luftreibkurve 46 an, dass die maximalen UpM bei etwa 17.500 liegen. Bei dieser Drehzahl beträgt die kinetische Energie dieses Rotors 75.954 ft-Ibs – nach wie vor weniger als der nachgewiesene Schutzgehäuse-Sicherheitsenergiewert von 150.000 ft-Ibs.
Wenn der fünfte Zentrifugenrotor mit dem zweiten Motor verwendet wird, zeigt die Luftreibkurve 48 an, dass die maximalen UpM bei etwa 20.000 liegen. Bei dieser Drehzahl beträgt die kinetische Energie dieses Rotors 55.402 ft-Ibs – nach wie vor weniger als der nachgewiesene Schutzgehäuse-Sicherheitsenergiewert von 150.000 ft-Ibs.
Wenn der erste Zentrifugenrotor mit dem zweiten Motor verwendet wird, zeigt die Luftreibkurve 40 an, dass die maximalen UpM bei etwa 13.700 liegen. 3 ist eine isolierte Darstellung der zweiten Motorkennlinie 50 und der zweiten Zentrifugenrotorkurve 40. Wie aus dieser Fig. zu ersehen ist, ist die Zentrifugenrotordrehzahl auf 13.700 begrenzt, wenn der Einker bungsabschnitt der Kurve fehlt. Bei 13.700 UpM liegt die kinetische Energie dieses Rotors bei 166.598 ft-Ibs, womit der nachgewiesene Schutzgehäuse-Sicherheitswert der Zentrifuge in diesem Beispiel um 11% überschritten wird. Das Problem für den Zentrifugenkonstrukteur liegt darin, wie ein sicherer Betrieb und dennoch eine optimale Beschleunigung sichergestellt werden können. In diesem Fall wird das Drehmoment eingestellt, indem in der Drehmomentkurve 50 des zweiten Motors eine Einkerbung vorgenommen wird. Diese Einkerbung verringert den Drehmomentausgang des zweiten Motors auf etwa 10 in-Ibs, womit die UpM von 12.200 auf 13.250 reduziert werden. Die Einkerbung begrenzt die Drehzahl des ersten Zentrifugenrotors auf 12.600 UpM und die kinetische Energie auf 140.911 ft-Ibs – unter den 150.000 ft-Ibs des nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitsenergiewerts. Die Einkerbung in der Drehmomentkurve begrenzt nur die Maximaldrehzahl des ersten Zentrifugenrotors. Der erste Zentrifugenrotor kann nicht schneller betrieben werden als die Einkerbungsdrehzahl, wenn der Luftreibmoment dem Motordrehmoment entspricht, ist kein zusätzliches Drehmoment für die Beschleunigung vorhanden. Der zweite, dritte, vierte und fünfte Zentrifugenrotor sind nicht durch die Einkerbung begrenzt, weil im Drehzahlbereich 12.200 bis 13.250 UpM der Luftreibmoment dieser Rotoren unter 10 in-Ibs liegt. Die Beschleunigungsleistung dieser Zentrifugenrotoren wird aufgrund des engen Drehzahlbereichs dieser Einkerbung nicht signifikant beeinträchtigt.
4 ist ein Fließdiagramm, in dem die Verfahrensschritte der vorliegenden Erfindung dargestellt sind. In Schritt 52 wird das Motordrehmoment des Motors 30 auf einen bestimmten Wert angehoben. Wie in 3 dargestellt, wird das Motordrehmoment des zweiten Motors auf ein Motordrehmoment von 15 in-Ibs erhöht.
In Schritt 54 überwacht der Detektor 34 die Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors 22 und überträgt diese Informationen auf die Steuerungseinheit 32. Wenn die Umdrehungen pro Minute einen bestimmten Bereich erreichen, in diesem Fall 12.200 bis 13.250 UpM, sendet die Steuerungseinheit 32 ein Signal an den Motor 30 zum Einstellen des Motordrehmoments des Motors (Schritt 56).
In Schritt 58 wird das Motordrehmoment über einen Bereich von Umdrehungen pro Minute auf eine Konstante herabgesetzt. Im vorliegenden Fall wird es über einen Bereich von annähernd 12.200 Umdrehungen pro Minute bis 13.250 Umdrehungen pro Minute auf 10 in-Ibs reduziert. Dies schafft eine einkerbungsähnliche Form, wie in 3 dargestellt, welche die Drehzahl des ersten Zentrifugenrotors auf 12.600 UpM begrenzt, was in eine kinetische Energie von 140.911 ft-lbs übersetzt wird. Dies hindert den Zentrifugenrotor an einer Überschreitung des nachgewiesenen Zentrifugensicherheitslimits. Auf diese Weise wird die Möglichkeit eines Zentrifugenrotorunfalls durch Überschreiten des nachgewiesenen Sicherheitslimits der Zentrifuge ausgeschaltet.
In Schritt 60 wird – nachdem der Detektor 34 eine Überschreitung von 13.250 UpM festgestellt hat – das Motordrehmoment auf etwa 11,9 in-Ibs erhöht, um anschließend der Kennlinie der zweiten Motorkennlinie 50 zu folgen.
Die zahlreichen Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der detaillierten Beschreibung hervor, und dem entsprechend wird mit den angehängten Ansprüchen das Ziel verfolgt, alle Merkmale und Vorteile der Erfindung zu erfassen, die in den Geist und Geltungsbereich der Erfindung fallen. Da sich für Fachleute zudem ohne Schwierigkeiten zahlreiche Modifikationen und Variationen ergeben, ist nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die exakte Konstruktion und Betriebsweise zu beschränken, wie dies illustriert und beschrieben wurde, und folglich können sämtliche geeigneten Modifikationen und Äquivalente einbezogen werden, die in den Geltungsbereich der Erfindung fallen.

Claims

Verfahren zur Steuerung des Drehmoments eines Motors, folgende Schritte umfassend: Antreiben eines mit dem Motor verbundenen Zentrifugenrotors, Erhöhen eines Motordrehmoments des Motors auf einen festgelegten Wert und Einstellen des Motordrehmoments gemäß einem Luftreibmomentlimit des Zentrifugenrotors zur Begrenzung der kinetischen Energie des Zentrifugenrotors.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Motordrehmoment so eingestellt wird, dass es dem Luftreibmoment eines Zentrifugenrotors bei einer Geschwindigkeit oder einem kinetischen Energiewert entspricht, der nicht die Überschreitung des nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitslimits der Zentrifuge bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Motordrehmoment so herabgesetzt wird, dass es dem Luftreibmoment eines Zentrifugenrotors bei einer Geschwindigkeit oder einem kinetischen Energiewert entspricht, der nicht die Überschreitung des nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitslimits der Zentrifuge bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 3, des weiteren den Schritt der Feststellung von Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors umfassend.
Verfahren nach Anspruch 4, des weiteren den Schritt der Anhebung des Motordrehmoments auf Basis der festgestellten Umdrehungen pro Minute umfassend.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Einstellung des Motordrehmoments des weiteren folgende Schritte umfasst: Feststellen der Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors und Einstellen des Motordrehmoments auf der Grundlage der festgestellten Umdrehungen pro Minute.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Motordrehmoment über einen Bereich festgestellter Umdrehungen pro Minute auf ein konstantes Drehmoment herabgesetzt wird.
System zur Steuerung des Drehmoments eines Motors, umfassend: Mittel zum Antrieb eines mit dem Motor verbundenen Zentrifugenrotors, Mittel zur Steigerung eines Motordrehmoments des Motors auf einen festgelegten Wert und Mittel zum Einstellen des Motordrehmoments, damit es dem Luftreibmomentlimit eines Zentrifugenrotors bei einer Geschwindigkeit oder einem kinetischen Energiewert entspricht, der nicht die Überschreitung des nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitslimits der Zentrifuge bewirkt.
System nach Anspruch 8, wobei das Mittel zur Einstellung des Motordrehmoments das Motordrehmoment so einstellt, dass es eine festgelegte Drehmomentkurve oder Drehmomenteinstellung nicht überschreitet.
System nach Anspruch 8, wobei das Mittel zur Einstellung des Motordrehmoments das Motordrehmoment so herabsetzt, dass es dem Luftreibmomentlimit eines Zentrifugenrotors bei einer Geschwindigkeit oder einem kinetischen Energiewert entspricht, der nicht die Überschreitung des nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitslimits der Zentrifuge bewirkt.
System nach Anspruch 10, des weiteren Mittel zur Feststellung von Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors umfassend.
System nach Anspruch 11, des weiteren Mittel zur Steigerung des Motordrehmoments auf Basis der festgestellten Umdrehungen pro Minute umfassend.
System nach Anspruch 8, wobei das Mittel zur Einstellung des Motordrehmoments des weiteren umfasst: Mittel zur Feststellung von Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors und Mittel zur Einstellung des Motordrehmoments auf Basis der festgestellten Umdrehungen pro Minute.
System nach Anspruch 13, wobei das Motordrehmoment über einen Bereich festgestellter Umdrehungen pro Minute auf ein konstantes Drehmoment reduziert wird.
Vorrichtung zur Steuerung des Drehmoment eines Motors, umfassend: eine mit dem Motor verbundene Welle, einen an die Welle gekoppelten Zentrifugenrotor, wobei der Motor die Welle antreibt und damit den Zentrifugenrotor bewegt, eine Steuerungseinheit in Kommunikation mit dem Motor, wobei die Steuerungseinheit ein Motordrehmoment des Motors auf einen bestimmten Wert steigert und wobei das Motordrehmoment so eingestellt wird, dass es dem Luftreibmomentlimit eines Zentrifugenrotors bei einer Geschwindigkeit entspricht, die nicht die Überschreitung des nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitslimits der Zentrifuge bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Steuerungseinheit das Motordrehmoment so einstellt, dass es dem Luftreibmomentlimit eines Zentrifugenrotors bei einer Geschwindigkeit entspricht, die nicht die Überschreitung des nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitslimits der Zentrifuge bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Steuerungseinheit das Motordrehmoment so herabsetzt, dass es dem Luftreibmomentlimit eines Zentrifugenrotors bei einer Geschwindigkeit oder einem kinetischen Energiewert entspricht, der nicht die Überschreitung des nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitslimits der Zentrifuge bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, des weiteren umfassend einen Detektor in Kommunikation mit der Steuerungseinheit, wobei der Detektor Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors feststellt und die Steuerungseinheit das Motordrehmoment auf Basis der vom Detektor festgestellten Umdrehungen pro Minute herabsetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Steuerungseinheit das Motordrehmoment auf Basis der vom Detektor festgestellten Umdrehungen pro Minute steigert.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Steuerungseinheit die Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors feststellt und das Motordrehmoment auf Basis der festgestellten Umdrehungen pro Minute einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Motordrehmoment über einen Bereich festgestellter Umdrehungen pro Minute auf ein konstantes Drehmoment herabgesetzt wird.
Verfahren zur Steuerung des Drehmoments eines Motors, folgende Schritte umfassend: Antreiben eines mit dem Motor verbundenen Zentrifugenrotors, Steigern eines Motordrehmoments des Motors auf einen bestimmten Wert, Feststellen von Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors, Einstellen des Motordrehmoments auf Basis der festgestellten Umdrehungen pro Minute, Herabsetzen des Motordrehmoments auf ein konstantes Drehmoment über einen Bereich von Umdrehungen pro Minute und Steigern des Motordrehmoments, wenn die festgestellten Umdrehungen pro Minute außerhalb des Bereichs liegen.