DE3115590A1

DE3115590A1 - "verfahren und vorrichtung zum feststellen von vibrationen eines rotierenden koerpers"

Info

Publication number: DE3115590A1
Application number: DE19813115590
Authority: DE
Inventors: Peter Leonard Wimbledon London Dunn
Original assignee: Fisons Ltd
Current assignee: Fisons Ltd
Priority date: 1980-04-22
Filing date: 1981-04-16
Publication date: 1982-02-25

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen von
Vibrationen eines rotierenden Körpers Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen, wenn ein rotierender Körper nicht hxrekt rotiert und eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens.
Bei mit hohen Drehzahlen rotierenden Körpern, wie es beispielsweise bei einem Zentrifugen-Rotor der Fall ist, verursachen Unwuchten des Körpers, zum Beispiel infolge ungleicher Belastungen des Zentrifugen-Rotors mit Probenröhrchen bzw. Reagenzgläsern, Vibrationen des Körpers während der Rotation. Dies ist unervtlnacht und kann zu Überlastung der Vorrichtung und Versagen z.B. der Antriebswelle, auf welche der Körper gelagert ist, führen. Es sind bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden um die Vibration eines rotierenden Körpers zu überwachen, wie etwa das Abschalten des Rotationsantriebs, wenn die Vibration einen vorgegebenen Wert überschreitet. Diese Verfahren beruhten Jedoch auf physischem Kontakt zwischen dem Körper und einem Sensor zum Erfassen der Vibration.
Dies erfordert individuelle Einstellung des Sensors für Jeden Rotor und kann zu Schwierigkeiten führen infolge Erosion der Kontaktstelle zwischen dem Körper und dem Sensor.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung von Vibrationen eines rotierenden Körpers zu schaffen, bei dem diese Schwierigkeiten infolge physischen Kontakts vermindert werden können; ferner eine Vorrichtung, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Verfahren zum überwachen der Vibrationen eines rotierenden Körpers gelöst, beidem ein Strahlenbündel auf eine Oberfläche auf dem Körper gerichtet und die Reflexionsrichtung dieser Strahlung von dieser Oberfläche überwacht wird.
Weiterentwicklungen der Erfindung sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung eignet sich ganz besonders zur Überwachung der Vibrationen eines Zentrifugen-Rotors und wird daher der Einfachheit halber nachstehend für ein solches Anwendungsbeispiel beschrieben.
Eine solche bevorzugte Anwendungsform der Erfindung ist nachstehend beispielsweise anhand der Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigen Figur 1 schematisch eine Seitenansicht einer Zentrifuge mit Anwendung der Erfindung; und Figur 2 ein typisches Signal, wie es von einer Vorrichtung gemäß Figur 1 erzeugt wird.
Ein Zcntrifugen-Rotor 1 ist auf einer Antriebswelle 2 innerhalb einer Rotorkammer 3 gelagert. Eine Strahlenquelle 4 ist angeordnet um ein Strahlenbündel auf eine reflektierende Oberfläche 5 des Rotors 1 zu richten.
Infrarote oder ultraviolette Strahlungsquellen können verwendet werden. Vorzugsweise wird Jedoch als Strahlenquelle eine Lichtquelle, z.B. eine Lampe oder eine Licht ausstrahlende Diode mit einem Parallelatrahlenbündel oder einem Strahlenbündel mit kleinem Divergenzwinkel, z.B.
zwischen 0 und 600, verwendet. Statt dessen kann das Lichtbündel auch auf die reflektierende Oberfläche 5 bei kxrekt rotierendem Rotor 1 fokussiert sein. Das Strahlenbündel ist auf die reflektierende Oberfläche 5 unter beliebigem geeignetem Winkel gerichtet, typisch unter einem Einfallswinkel von 10 - 800, z.B. 30 - 600, zur Ebene der reflektierenden Oberfläche 5.
Die reflektierende Oberfläche 5 auf dem Rotor 1 ist eine ebene Fläche, die an Jedem geeigneten Teil des Rotors vorgesehen werden kann, der einen im wesentlichen einheitlichen kreisförmigen Querschnitt koaxial zur Rotationsachse des Rotors hat. So kann die Strahlung von einem Band um den Hals des Rotors reflektiert werden. Rotoren haben Jedoch verschiedene unterschiedliche Gestalten und Größen, und es ist daher bevorzugt, einen reflektierenden Teil des Rotors zu verwenden, welcher der Mehrzahl der Rotoren gemeinsam ist, um so beim Auswechseln von Rotoren die erforderliche Neueinstellung der Ausrichtung von Strahlungsquelle/-sensor möglichst gering zu halten. Die Basis vieler Rotoren ist mit einer reflektierenden Scheibe bzw.
Ringbahn, im wesentlichen koaxial ait der Rotationsachse, zu Zwecken der Drehzahlkcntrolle versehen, und diese können praktischerweise auch zum Reflektieren der Strahlung von der Quelle 4 Verwendung finden. Statt dessen kann eine reflektierende ringförmige Bahn 5 auf der Antriebswelle 2 im wesentlichen koaxial zur Rotationsachse angeordnet werden.
Das von der reflektierenden Oberfläche 5 reflektierte Strahlenbündel wird von einem geeigneten Sensor 6 getastet.
Wo ein sichtbarer Lichtstrahl verwendet wird, erhält der Sensor zweckmäßigerweise die Form einer photoelektrischen Zelle. Der Sensor 6 ist so angeordnet, daß er ein im wesentlichen gleichförmiges von'der Oberfläche 5 reflektiertes Signal erhält, wenn der Rotor 1 hPsekt läuft.
Wenn der Rotor vibriert, ändert sich die Einstellung der Oberfläche 5 bezüglich des Sensors 6, und die Oberfläche 3 lenkt den Lichtstrahl ab, wie gestrichelt in Figur 1 gezeigt ist. Daraus resultiert ein Ansteigen und Abfallen des von dem Sensor 6 erzeugten Signals, wenn der Lichtstrahl infolge Taumeln des Rotors während seiner Vibration über den Sensor 6 hin- und herschwingt. Eine typische Folge von Signalen von einem Sensor mit Verwendung einer sektorartigen, reflektierenden Scheibe als Oberfläche 5 ist in Figur 2 gezeigt. Die Wellenkurve zeigt die Schwankung des Signals während der Vibration an. Die zulässige Schwankung des Signals um denJenigen Wert, den es bei hosekt rotierendem Rotor hat kann gewählt werden, und die Energiezufuhr zum Motor wird mit üblichen Mitteln unterbrochen, z.B.
indem eine Vergleichsschaltung verwendet wird, um festzustellen, wenn das vom Sensor abgegebene Signal einen zulässigen Wert überschreitet, wobei die Vergleichs schaltung dann ein Relais betätigt, das die Stromzufuhr zum Motor abschaltet.
Durch Anwendung der Erfindung wird Erosion der Taste in richtung vermieden ebenso wie andere mechanische Probleme, und durch Verwendung einer reflektierenden Scheibe an der Basis des Rotors läßt sich die Erfindung auf einen weiten Bereich von Formen und Größen des Rotors verwenden, ohne daß die Außrichtung Li¢htquelle/-sensor geändert zu werden braucht.
Die Erfindung sieht auch eine Vorrichtung vor, die einen um eine Achse rotierenden Körper aufweist, der mit einem reflektierenden Teil versehen ist, wobei weiter eine Strahlungsquelle zum Riohten eines Strahlungsbündels auf die reflektierende Oberfläche und ein Strahlungssensor zur Aufnahme von dem reflektierenden Teil reflektierter Strahlung vorgesehen ist.
Die Erfindung umfaßt weiter als spezifische Anwendungsform eine Zentrifuge mit einem über einen elektrischen Motor drehbaren Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor 1 im wesentlichen koaxial zu seiner Rotationsachse eine ringförmige reflektierende Oberfläche 5 aufweist; daß eine Lichtquelle 4 vorgesehen ist, von der aus unter einem Einfallswinkel von 10 - 800 ein Lichtstrahl auf die reflektierende Oberfläche 5 gerichtet werden kann; weiter ein von der reflektierenden Oberfläche 5 reflektiertes Licht aufnehmender Lichtsensor 6; eine Einrichtung zum Vergleichen des auf den Sensor 6 fallenden Lichts mit einem Bezugswert für Licht, das bei hosekt rotierendem Rotor auf den Sensor 6 fällt; und eine Einrichtung zum Abschalten des elektrischen Motors, wenn die Differenz zwischen dem auf den Sensor fallenden Licht und dem Bezugawert einen vorgegebenen Wert überschreitet.

Claims

Patentansprüche: 5) Verfahren zum Feststellen der Vibrationen eines rotierenden Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlenbündel auf eine Oberfläche am Körper gerichtet und die Richtung der Reflexion dieser Strahlung von dem Körper überwacht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einem Zentrifugen-Rotor als Körper angewendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexion von einer Scheibe oder ringförmigen Bahn im wesentlichen koaxial mit der Rotationsachse des Rotors erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden AnsprUche, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle eine Lichtquelle und zur Uberwachung eine photoelektrische Zelle verwendet wird.
5. Vorrichtung zum Feststellen von Vibrationen eines Körpers, der um eine Achse rotiert und einen reflektierenden Teil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlenquelle (4) vorgesehen ist, von der aus ein Strahlenbündel auf den reflektierenden Teil (5) richtbar ist sowie ein vom reflektierenden Teil (5) reflektierte Strahlung aufnehmender Strahlensensor (6).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper ein Zentrifugen-Rotor (1) ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Rotors (1) eine reflektierende Scheibe (5) oder ringförmige Bahn im wesentlichen koaxial mit der Rotationsachse des Rotors (1) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der AnsprUche 5 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle (4) eine Lichtquelle und der Strahlungssensor (6) eine photoelektrische Zelle ist.
9. Zentrifuge mit einem über einen elektrischen Motor drehbaren Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) im wesentlichen koaxial zu seiner Rotationsachse eine ringförmige reflektierende Oberfläche (5) aufweist; daß eine Lichtquelle (4) vorgesehen ist, von der aus unter einem Einfallswinkel von 10 - 800 ein Lichtstrahl auf die reflektierende Oberfläche (5) gerichtet werden kann; weiter ein von der reflektierenden Oberfläche (5) reflektiertes Licht aufnehmender Lichtsensor (6); eine Einrichtung zum Vergleichen des auf den Sensor (6) fallenden Lichts mit einem Bezugswert für Licht, das bei korrekt rotierendem Rotor auf den Sensor (6) fällt; und eine Einrichtung zum Abschalten des elektrischen Motors, wenn die Differenz zwischen dem auf den Sensor Sallenden Licht und dem Bezugswert einen vorgegebenen Wert überschreitet.