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Device for a contactless out-of-balance measurement

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EP0082956A1
EP0082956A1 EP19820110802 EP82110802A EP0082956A1 EP 0082956 A1 EP0082956 A1 EP 0082956A1 EP 19820110802 EP19820110802 EP 19820110802 EP 82110802 A EP82110802 A EP 82110802A EP 0082956 A1 EP0082956 A1 EP 0082956A1
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EP
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contactless
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balance
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EP19820110802
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German (de)
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EP0082956B1 (en )
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Gerhard Wicki
Rolf Näff
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CESSIONE;KONTRON INSTRUMENTS HOLDING N.V.
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Kontron Holding AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B9/00Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
    • B04B9/14Balancing rotary bowls ; Schrappers
    • B04B9/146Unbalance detection devices

Abstract

Auf der feststehenden Seite eines ringförmigen Spalts zwischen dem feststehenden Teil, dh im allgemeinen dem Gehäuse einer Zentrifuge und dem Rotor, ist ein Magnetfeldfühler angeordnet, mit dem Veränderungen der Geometrie des Spalts erfasst werden. On the fixed side of an annular gap between the fixed part, that is generally the housing of a centrifuge and the rotor, a magnetic field sensor is arranged to be detected by the changes in the geometry of the gap. Diese Einrichtung arbeitet im 'Gegensatz zu den herkömmlichen berührungslos und ist mechanisch weit weniger aufwendig. This device operates without contact in the 'Unlike the conventional and is mechanically far less costly. Ausserdem besitzt sie den Vorteil, dass sie ein analoges, zur Auslenkung des Rotors proportionales, Signal abgibt und damit eine Aenderung der Empfindlichkeit ermöglicht. In addition, it has the advantage of being an analog signal proportional to the deflection of the rotor, write signal, thus enabling a change in the sensitivity. Dies ist für Ultrazentrifugen von Bedeutung, da bei diesen bei höheren Drehzellen geringere Rotorunwucht tolerabel ist als bei niedrigen. This is for Ultracentrifuges important because in these cells at higher engine lower rotor imbalance is tolerable than at low. Als Fühler besonders bevorzugt ist ein Differentialfühler mit zwei auf einem Permanentmagneten angeordneten magnetfeldabhängigen Widerständen. As a particularly preferred sensor is a differential sensor arranged with two on a permanent magnet magnetic field-dependent resistors.

Description

  • [0001] [0001]
    Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur berührungslosen Unwuchtmessung an Zentrifugen und dergleichen, insbesondere an Ultrazentrifugen. The invention relates to a device for contactless measurement of unbalance of centrifuges and the like, in particular on ultracentrifuge.
  • [0002] [0002]
    Bisher übliche Einrichtungen zur Unwuchtmessung an Ultrazentrifugen beruhen beispielsweise auf dem Prinzip, dass die Rotorwelle der Zentrifuge bei Auslenkung durch Unwucht einen sie in einem bestimmten Abstand umgebenden Ring berührt, der drehbar gelagert ist und durch die Berührung mitgenommen wird und dessen Bewegung überwacht wird. conventional means previously for unbalance measurement on ultracentrifuge, for example, based on the principle that the rotor shaft of the centrifuge when deflected by unbalance contacts a surrounding at a certain distance ring which is rotatably mounted and is driven by the contact and its movement is monitored. Dieses System ist jedoch mechanisch verhältnismässig aufwendig, so dass schon seit geraumer Zeit das Bedürfnis nach einer nicht-mechanischen Lösung bestand. However, this system is mechanically relatively complicated, so that for some time the need for a non-mechanical solution was.
  • [0003] [0003]
    Es wurden auch bereits Versuche durchgeführt, die Unwucht optisch zu messen. There have also been performed experiments to measure the imbalance visually. Dies hat sich jedoch kaum bewährt, da die Sensoren im Umfeld von Ultrazentrifugen sehr störanfällig sind. However, this has hardly proven, since the sensors in the field of ultra-centrifuges are very susceptible to interference. Somit bestand also nach wie vor das Bedürfnis nach einer möglichst vollelektronischen Lösung zur Feststellung der Unwucht einer Zentrifuge, insbesondere einer Ultrazentrifuge. So thus still existed a need for a fully electronic solution as possible to determine the imbalance of a centrifuge, in particular an ultracentrifuge.
  • [0004] [0004]
    Die Aufgabe der Erfindung bestand demnach darin, eine oerührungslose Unwuchtmessung an Zentrifugen bereitzustellen, die wenig störanfällig ist und verhältnismässig geringen Material- und Arbeitsaufwand bei der Herstellung erfordert. The object of the invention was therefore to provide a oerührungslose unbalance measurement on centrifuges, which is little susceptible to trouble and comparatively low material and labor costs in the manufacture requires.
  • [0005] [0005]
    Erfindungsgemäss wird dies dadurch gelöst, dass am feststehenden Teil der Zentrifuge in der Nähe eines ringförmigen Teil des Rotors ein Magnetfeldfühler angeordnet ist, der durch Auslenkungs- und/oder Präzessionsbewegungen der Rotorwelle entstehende Veränderungen der Geometrie des Spalts zwischen dem ringförmigen Teil und dem Fühler erfasst. According to the invention this is achieved in that a magnetic field sensor is arranged on the stationary part of the centrifuge near an annular part of the rotor of the detected resulting from Auslenkungs- and / or precession of the rotor shaft changes in the geometry of the gap between the annular part and the sensor.
  • [0006] [0006]
    Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist der Rotor einen koaxial angeordneten flanschförmiges Teil auf, gegenüber dessen Stirnseite der Fühler angeordnet ist. According to a particular embodiment of the invention, the rotor has a coaxially arranged flange-shaped portion, opposite the end face of the sensor is located. Als Fühler kommt vorzugsweise ein magnetfeldabhängiger Widerstand oder ein Hallgenerator in Frage. As a probe preferably a magnetic-field-dependent resistor or a Hall generator out of the question. Der flanschförmige Teil ist vorzugsweise aus Weicheisen. The flange-shaped part is preferably made of soft iron. Nach einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist der Fühler ein Differentialfühler. According to a further preferred embodiment of the invention, the sensor is a differential sensor.
  • [0007] [0007]
    Nachfolgend wird anhand der beiliegenden Zeichnung eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
  • [0008] [0008]
    Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung der wesentlichen Teile des Rotors und des feststehenden Teils einer Ultrazentrifuge mit einer Einrichtung zur Unwuchtmessung nach der Erfindung. The single figure shows a schematic representation of the essential parts of the rotor and the fixed part an ultracentrifuge with a device for unbalance measurement according to the invention.
  • [0009] [0009]
    In der oberen Hälfte der Figur sind die für die erfindungsgemässe Unwuchtmessung wesentlichen Teile einer Ultrazentrifuge schematisch im Schnitt dargestellt. In the upper half of the figure which are essential for the inventive unbalance measuring parts of an ultracentrifuge are schematically shown in section. An der Rotorwelle 1 ist ein üblicherweise als Adapter 2 bezeichneter Aufnahmekopf für den Zentrifugenrotor angebracht. On the rotor shaft 1 a, commonly referred to as an adapter 2 pick-up head for the centrifuge rotor is attached. An diesem Adapter 2 ist ein ring- oder flanschförniger Teil 3 aus Weicheisen ausgebildet, der nachfolgend als M essflansch bezeichnet wird. At this adapter 2, a ring or flanschförniger part 3 is formed of soft iron, which is hereinafter referred to as M essflansch. Anstelle der direkten Verbindung mit der Rotorwelle oder dem Adapter kann der M essflansch auch am (nicht gezeigten) Rotor 5 angeordnet sein. Instead of the direct connection with the rotor shaft or the adapter of M can also be arranged at the (not shown) rotor 5 essflansch. Der Messflansch 3 weist eine ringförmige Stirnfläche 4 auf, die eine zur Rotorachse senkrechte Ebene definiert. The flange 3 has an annular end face 4 which defines an axis perpendicular to the rotor axis plane.
  • [0010] [0010]
    In einem geringen Abstand von der ebenen Stirnfläche des Messflansches 3 ist am feststehenden Teil der Zentrifuge ein Magnetfeldfühler 6 angeordnet. At a small distance from the flat end surface of the measuring flange 3 on the stationary part of the centrifuge, a magnetic field sensor 6 is arranged. Der Fühler ist ein Differentialfühler, bestehend aus zwei magnetfeldabhängigen Widerständen 7, 8, die auf einem gemeinsamen Permanentmagneten 9 befestigt sind. The sensor is a differential sensor consisting of two magnetic field dependent resistances 7, 8, which are mounted on a common permanent magnet. 9 Solche Differentialfühler sind handelsübliche Bauelemente und beispielsweise unter der Typenbezeichnung FP 210 L 100 von der Firma Siemens erhältlich. Such differential sensors are commercially available components and, for example under the type designation FP 210 100 L from the company Siemens available. Selbstverständlich sind auch andere Differentialfühler aus magnetfeldabhängigen Widerständen, sowie auch einzelne Feldplatten oder Anordnungen aus Hallgeneratoren verwendbar. Of course, other differential sensor of magnetic field-dependent resistors, as well as individual field plates or arrays of Hall generators are used.
  • [0011] [0011]
    Neben dieser bevorzugten Ausführungsform ist es natürlich auch möglich, den Messflansch 3 aus permanentmagnetischem Material auszubilden. In addition to this preferred embodiment, it is of course also possible to form the flange 3 of permanent magnetic material. Dafür würde der Permanentmagnet 9, auf dem die beiden Feldplatten montiert sind, wegfallen bzw. durch ein Weicheisenplättchen ersetzt werden. For this would the permanent magnet 9, on which the two field plates are mounted, omitted or be replaced by a soft iron plates.
  • [0012] [0012]
    Der zum Zweck dieser Beschreibung als Spalt bezeichnete Abstand zwischen der Stirnfläche 4 des Messflansches 3 und dem Differentialfühler 6 liegt vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,7 mm. The purpose of this description referred to as the gap distance between the end surface 4 of the measuring flange 3 and the differential sensor 6 is preferably between 0.2 and 0.7 mm. Selbstverständlich sind diese Werte für die Funktion der Erfindung keine absoluten Grenzwerte. Of course, these values ​​for the function of the invention are not absolute limits.
  • [0013] [0013]
    Bei der vorgegebenen Geometrie des Spalts zwischen dem Messflansch 3 und dem Fühler 6 besteht ein bestimmtes konstantes Magnetfeld, was einen bestimmten Widerstandswert in den beiden Feldplatten zur Folge hat. With the given geometry of the gap between the flange 3 and the sensor 6, there is a certain constant magnetic field, which has a specific resistance value in the two field plates result. Die Geometrie des Spalts, wie sie bei stillstehendem Rotor besteht, ändert sich auch bei laufender Zentrifuge nicht, solange keine Unwucht besteht, so dass die Achse der Welle ruhig steht. The geometry of the gap, as it is with a stationary rotor, will not change even while the centrifuge, as long as no imbalance exists, so that the axis of the shaft is standing still. Im Fall einer Unwucht jedoch bewegt sich die Achse aus ihrer Ruhelage heraus. In the case of an imbalance, however, the axis moves out of its rest position. Dies führt zu einer Veränderung der Geometrie des Spalts und damit zu einer Aenderung des im Spalt bestehenden Magnetfelds. This leads to a change in the geometry of the gap and thus to a change in the existing magnetic field in the gap. Diese Feldänderung hat wiederum eine Widerstandsänderung in den Feldplatten zur Folge. In turn, these field change has a resistance change in the field plates result.
  • [0014] [0014]
    Da die Verschiebung des Messflansches 3 relativ zum D ifferentialfühler 6 in der Richtung senkrecht zur Achse erfolgt, ist der Fühler so angeordnet, dass die beiden Feldplatten 7, 8 in zur Achse radialer Richtung hintereinander liegen. Since the displacement of the measuring flange 3 takes place relative to D ifferentialfühler 6 in the direction perpendicular to the axis, the sensor is arranged so that the two field plates 7 lying one behind the other in the radial direction to the axis. 8
  • [0015] [0015]
    Wenn die Achse schräg steht, entsteht beim Zentrifugieren zusätzlich zur Auslenkung, bzw. auf Grund der Auslenkung eine Präzessionsbewegung der Achse, was zu einer zeitlichen Aenderung der Auslenkung an der Stelle des Fühlers 6 und damit zu einer zeitlichen Aenderung der Widerstandswerte führt. When the axis is inclined is created during centrifugation in addition to the deflection, or due to the deflection of a precession movement of the axis, resulting in a temporal change of the deflection at the location of the sensor 6, and thus leads to a temporal change of the resistance values.
  • [0016] [0016]
    Eine schrägstehende Rotorachse kann dadurch entstehen, dass das Gerät nicht absolut waagrecht steht oder auch dadurch, dass der Rotor ungleich gefüllt ist. An inclined rotor axle can arise because the unit is not absolutely horizontal, or characterized in that the rotor is filled unequal.
  • [0017] [0017]
    Zur Erfassung der Widerstandswerte der Feldplatten sind die beiden magnetfeldabhängigen Widerstände in eine Brückenschaltung 10 eingeordnet, aus der in bekannter Weise mit Hilfe eines geeigneten Verstärkers 11 ein Aus- g angssignal erzeugt wird. For detecting the resistance values of the field plates, the two magnetic field dependent resistances in a bridge circuit 10 are arranged, in a known manner from a training generated angssignal g using a suitable amplifier. 11
  • [0018] [0018]
    Das Ausgangssignal besteht in einer Spannung, die zur Auslenkung in radialer Richtung zur Rotorachse proportional ist. The output signal consists of a voltage which is proportional to the deflection in the radial direction to the rotor axis. Es handelt sich also um ein analoges Signal, was einen erheblichen Vorteil der erfindungsgemässen Einrichtung ausmacht. It is an analog signal, which represents a significant advantage of the inventive device. Die herkömmlichen Einrichtungen zur Bestimmung der Unwucht bei einer Zentrifuge, die auf dem Prinzip der Berührung eines kugelgelagerten Rings durch die Achse beruhten stellen digitale Sensoren dar: Bei einer bestimmten kritischen Auslenkung wird ein Signal abgegeben. The conventional devices for determining the unbalance in a centrifuge, which were based on the principle of touch of a ball-bearing ring through the axis represent digital sensors: In a certain critical deflection of a signal is emitted. Durch die mechanische Konstruktion war es nicht möglich die Empfindlichkeit, dh die Ansprechschwelle der Auslenkung zu variieren, insbesondere nicht während des Betriebs. By the mechanical design did not allow the sensitivity to vary ie the threshold of displacement, especially during operation.
  • [0019] [0019]
    Durch das erfindungsgemässe System, bei dem ein analoges Signal erzeugt wird, ist nun eine Aenderung der Empfindlichkeit ohne weiteres möglich, auch während des Betriebs. The inventive system in which an analog signal is generated, a variation in the sensitivity readily is now possible, during operation. Dies stellt einen erheblichen Vorteil dar, weil dadurch die Möglichkeit besteht, die Empfindlichkeit bei niedrigeren Drehzahlen, bei denen erfahrungsgemäss grössere Auslenkungen vorkommen, die aber bei diesen Drehzahlen den Rotor nicht gefährden, kleiner zu wählen und sie bei höheren Drehzahlen, wenn die Selbststabilisierung des Rotors vollzogen ist, höher zu schalten. This represents a significant advantage because it is possible to choose the sensitivity at lower speeds, which experience shows occur larger deflections, although not endanger the rotor at these speeds, smaller and at higher speeds when the self-stabilization of the rotor has been completed, to switch higher. Dadurch wird erreicht, dass in all den Fällen, in denen früher eine Zentrifuge abgeschaltet hat, weil bei relativ niedrigen Drehzahlen infolge kritischer Schwingungen Auslenkungen aufgetreten sind, die bei grösseren Drehzahlen den Rotor gefährden würden, die Zentrifuge weiterlaufen kann, sofern sich der Rotor oberhalb der kritischen Drehzahl wieder stabilisiert. This ensures that in all the cases in which earlier has shut down a centrifuge, because at relatively low speeds due to critical vibration displacements have occurred that would jeopardize the rotor at greater speeds, can continue to operate the centrifuge if the rotor above the critical speed stabilized.
  • [0020] [0020]
    Zur Umschaltung der Ansprechempfindlichkeit der Unwuchtmessung sind in der Schaltung folgende Massnahmen vorgesehen: Dem Verstärker 11 ist ein Komparator 12 nachgeschaltet, dem das Ausgangssignal des Verstärkers zugeführt wird und dessen Referenzeingang drehzahlabhängig verändert werden kann. The following measures are for switching the sensitivity of the measurement of unbalance is provided in the circuit: the amplifier 11, a comparator 12 is connected downstream, to which the output signal of the amplifier is fed, and whose reference input can be changed depends on the speed. Sobald das Umwuchtmessignal die Referenzspannung V R übersteigt, wird am Signalausgang 13 ein Warnsignal abgegeben. Once the Umwuchtmessignal exceeds the reference voltage V R, the signal output 13, a warning signal is emitted.
  • [0021] [0021]
    Alternativ kann das am Ausgang des Verstärkers 11 zur Verfügung stehende Signal auch über einen Mikroprozessor weiterverarbeitet werden. Alternatively, the available at the output of amplifier 11 signal may also be further processed by a microprocessor.

Claims (4)

1. Einrichtung zur berührungslosen Unwuchtmessung an Zentrifugen und dergleichen, insbesondere an Ultrazentrifugen, gekennzeichnet durch einen am feststehenden Teil der Zentrifuge in der Nähe eines sich mit dem Rotor (5) drehenden ringförmigen Teils (3) angeordneten Magnetfeldfühler (6) zur Erfassung der durch Auslenkungs-und/oder Präzessionsbewegungen der Rotorachse entstehenden Veränderungen der Geometrie des Spalts zwischen dem ringförmigen Teil (5) und dem Fühler (6). 1. Device for contactless measurement of unbalance of centrifuges and the like, in particular on ultracentrifuge, characterized by a rotating on the fixed part of the centrifuge near one with the rotor (5) ring-shaped part (3) arranged magnetic field sensor (6) for detecting the by deflection the resulting changes in the geometry of the gap between the annular part (5) and the sensor (6) -and / or precession movements of the rotor axis.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rotorwelle (1), dem Adapter (2) oder dem Rotor (5) ein koaxial angeordneter flanschförmiger Teil (3) aus Weicheisen vorgesehen ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that on the rotor shaft (1), the adapter (2) or the rotor (5) coaxially arranged flange-shaped part (3) made of soft iron.
3. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldfühler (6) ein magnetfeldabhängiger Widerstand oder eine Hallsonde ist. 3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic field sensor (6) is a magnetic field dependent resistance or a Hall probe.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler (6) ein Differentialfühler mit zwei auf einem Permanentmagneten (9) angeordneten magnetfeldabhängiger Widerständen (7,8) ist. 4. A device according to claim 3, characterized in that the sensor (6) is a differential sensor with two to a permanent magnet (9) arranged magnetic-field-dependent resistors (7,8).
EP19820110802 1981-12-24 1982-11-23 Device for a contactless out-of-balance measurement Expired EP0082956B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH828481 1981-12-24
CH8284/81 1981-12-24

Publications (2)

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EP0082956A1 true true EP0082956A1 (en) 1983-07-06
EP0082956B1 EP0082956B1 (en) 1986-02-12

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EP19820110802 Expired EP0082956B1 (en) 1981-12-24 1982-11-23 Device for a contactless out-of-balance measurement

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JP (2) JPS58118938A (en)
CA (1) CA1194709A (en)
DE (1) DE3269101D1 (en)
DK (1) DK571382A (en)
EP (1) EP0082956B1 (en)
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