特許 6596087 遠心分離機、及び遠心分離機における不均衡を感知するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6596087

(24)【登録日】2019年10月4日

(45)【発行日】2019年10月23日

(54)【発明の名称】遠心分離機、及び遠心分離機における不均衡を感知するための方法

(51)【国際特許分類】

   B04B 7/06 20060101AFI20191010BHJP

   B04B 5/02 20060101ALI20191010BHJP

【ＦＩ】

   B04B7/06 Z

   B04B5/02 Z

【請求項の数】14

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-525586(P2017-525586)

(86)(22)【出願日】2015年10月29日

(65)【公表番号】特表2017-536230(P2017-536230A)

(43)【公表日】2017年12月7日

(86)【国際出願番号】EP2015075163

(87)【国際公開番号】WO2016074944

(87)【国際公開日】20160519

【審査請求日】2017年9月26日

(31)【優先権主張番号】102014116527.6

(32)【優先日】2014年11月12日

(33)【優先権主張国】DE

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】508291836

【氏名又は名称】アンドレアス ヘティック ゲーエムベーハー アンド カンパニー カーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】110001586

【氏名又は名称】特許業務法人アイミー国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】クラウス−ギュンター エベルレ

(72)【発明者】

【氏名】クリストフ パブスト

(72)【発明者】

【氏名】マルセラス ゲイセルマン

(72)【発明者】

【氏名】セバスティアン ファーナー

(72)【発明者】

【氏名】アルミン ブレンドル

【審査官】 田中 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０５６５９１３６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１６９７４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０４Ｂ １／００−１５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータ（１２）と、前記ロータ（１２）が取付けられるドライブシャフト（１４）と、前記ドライブシャフト（１４）を介して前記ロータ（１２）を駆動させるモータ（１８）と、ばね軸（３６ａ）を各々備える減衰要素（３６）を有する支持ユニット（３０）であって、前記ドライブシャフト（１４）及び前記ロータ（１２）と共に、前記モータ（１８）を備える支持ユニット（３０）と、速度を検出するためのセンサユニット（８２，８４）と、回転軸（１４ａ）の回りを回転する回転ユニット（１９）の不均衡を検出するための距離センサ（８０）と、前記回転ユニット（１９）の不均衡を検出するための加速度センサ（８８）と、前記センサ（８０，８２，８８）のデータを評価する制御及び評価ユニット（９０）であって、そこで前記距離センサ（８０）が作動軸（３６ｂ）における距離の変化を検出する制御及び評価ユニット（９０）とを備える遠心分離機（１０）であって、
前記作動軸（３６ｂ）は前記回転軸（１４ａ）に対して整列し、それにより少なくとも前記作動軸（３６ｂ）に平行で、かつ前記回転軸（１４ａ）を通って延びる平面上への投影において、前記作動軸（３６ｂ）及び前記回転軸（１４ａ）が、それらの間で、０度を含む９０度より小さい角度を規定することを特徴とする、遠心分離機（１０）。

【請求項2】

前記距離センサ（８０）の前記作動軸（３６ｂ）は、前記ばね軸（３６ａ）に平行して整列されることを特徴とする、請求項１に記載の遠心分離機（１０）。

【請求項3】

少なくとも２つの加速度センサ（８８）が、３つの相互に垂直な空間軸（ｘ，ｙ，ｚ）によって規定される空間における不均衡を測定するために備えられ、一方の加速度センサ（８８）は、他方の加速度センサ（８８）とは異なる空間軸（ｘ，ｙ，ｚ）において作動することを特徴とする、請求項１又は２に記載の遠心分離機（１０）。

【請求項4】

加速度センサが作動する空間軸（ｘ，ｙ，ｚ）の１つは、垂直方向（ｚ）における空間軸であることを特徴とする、請求項３に記載の遠心分離機（１０）。

【請求項5】

前記ばね軸（３６ａ）は、前記回転軸（１４ａ）と交差するように整列されることを特徴とする、請求項３または４に記載の遠心分離機（１０）。

【請求項6】

前記作動軸（３６ｂ）及び前記ばね軸（３６ａ）は同一であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の遠心分離機（１０）。

【請求項7】

第一指標は前記制御及び評価ユニット（９０）内に格納され、前記加速度センサ（８８）及び／又は前記距離センサ（８０）によって探知される振幅のための速度に応じて第一限界値を規定し、振幅は前記回転ユニット（１９）の不均衡を特徴付けることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の遠心分離機（１０）。

【請求項8】

前記制御及び評価ユニット（９０）は、第二指標を格納し、前記加速度センサ（８８）及び／又は前記距離センサ（８０）によって探知された振幅のための速度に応じて第二限界値を規定し、振幅は前記回転ユニット（１９）の不均衡を特徴付けることを特徴とする、請求項７に記載の遠心分離機（１０）。

【請求項9】

前記制御及び評価ユニット（９０）は、前記第一限界値に達すると、聴覚及び／又は視覚の信号ユニット、及び／又は表示ユニットを作動させ、シグナル及び／又は表示ユニットは、採るべき手段のために、ユーザに対して、評価結果及び指示を表示するために使用されることを特徴とする、請求項７又は８に記載の遠心分離機（１０）。

【請求項10】

前記制御及び評価ユニット（９０）は、前記第二限界値に達すると、前記回転ユニットのモータ、及び／又は遠心分離機のスイッチを切ることを特徴とする、請求項８又は９に記載の遠心分離機（１０）。

【請求項11】

前記制御及び評価ユニット（９０）は、聴覚及び／又は視覚信号ユニット、及び／又は表示ユニットを作動させ、そのユニットは、採るべき手段のために、ユーザに対して、評価結果及び指示を表示するために使用されることを特徴とする、請求項１０に記載の遠心分離機（１０）。

【請求項12】

前記距離センサは、遠心分離機の１０００ｒｐｍより低い低速度範囲内で、不均衡を検出するために作動することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の遠心分離機（１０）。

【請求項13】

前記加速度センサは、遠心分離機の１０００ｒｐｍより高い高速度範囲内で、不均衡を検出するために作動することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の遠心分離機（１０）。

【請求項14】

請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置を使用して不均衡を検出するための方法であって、
前記センサで測定された値は、連続回転の関数として決定され、前記測定値は、前記対応する指標値と比較される平均値を形成するために使用され、前記平均値が前記指標を超えていると検出された場合は、前記回転ユニットのモータのスイッチを切ったり、前記ロータの回転速度を減じたり、前記音響及び／又は光学シグナルを作動させたり、及び／又は表示ユニットに情報を出力させるなどのような、さらなる手段が開始されることを特徴とする、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の前文において特定されるタイプの遠心分離機、及び遠心分離機における不均衡を感知するための、請求項１４の前文において特定されるタイプの方法に関する。

【背景技術】

【0002】

DE 195 39 633 A1において、回転部分の不均衡を感知するための装置を有する一般的な遠心分離機が開示されている。その装置は、速度センサ、距離センサ及び加速度センサを有する。この場合に使用される加速度センサは、不均衡により生じる加速度を探知するための圧電性のクリスタルセンサである。さらに、制御及び評価ユニットが備えられ、そこに、センサによって探知された、不均衡に関連するシグナルは、電力振動／振幅における変化の形式で送信される。コンパレータが評価ユニットに接続され、評価ユニットが受信したシグナルを、参照データと比較する。振幅に変化があれば、視覚又は聴覚の警告が発せられ、又は遠心分離機のスイッチが切られる。圧電センサ及び距離センサは共に、同じ水平方向に作動する。

【0003】

この解決策の１つの欠点は、使用されるセンサが、振幅における変化を探知するのみであることである。それらは情報を提供しないか、又は不均衡の原因及び発端に関する限られた情報のみを提供する。これにより、特に速度を考慮して、振幅における変化に基づいて、警告の出力、又は遠心分離機のスイッチを切るような、差別化された手段を行うことは困難になる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従って、本発明の目的は、請求項１の前文において特定されるタイプの遠心分離機を提供することであり、上述の欠点を防ぎ、単に不均衡を探知するのみでなく、不均衡の原因及び発端についての情報もまた提供可能にすることである。さらに、遠心分離機は、不均衡が探知された場合に、差別化された手段が、その回転速度に応じてなされることを許可するような方法で、開発されるべきである。

【0005】

本目的は、請求項１の特徴とその前文の特徴とを併せた、遠心分離機のために達成される。方法についての本目的は、請求項１４の特徴によって達成される。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、以下の知見に基づく。すなわち、距離センサは、その作動軸が回転軸に対して垂直方向に延びるときと比較して、その作動軸が回転軸に対して平行に、または９０度未満の角度で、または鋭角の角度で延びるときの方が、不均衡およびその原因／発端について遥かに多くの情報データを提供する。さらに、本発明は、以下の知見にも基づく。すなわち、センサにより提供されるシグナルの振幅を基礎として使用して不均衡となる場合に、この振幅の変化の代わりに、差別化された手段を取り得るという知見である。

【0007】

本発明に従う遠心分離機は、次の要素を備える。要素とは、ハウジング、遠心分離されるべき材料を含む容器を受けるロータ、ロータが取付けられるドライブシャフト、ドライブシャフトを介してロータを駆動させるモータ、ばね軸を各々備える減衰要素を有する支持ユニットである。支持ユニットは、ドライブシャフト及びロータを有するモータを支持する。さらに要素とは、回転速度を検出するためのセンサユニット、ドライブシャフトと共にロータ及びモータによって形成される回転ユニットの不均衡を検出するための距離センサ、回転ユニットの不均衡を検出するための加速度センサ、センサデータを評価する制御及び評価ユニットである。さらに、作動軸は、ロータの回転軸に対して整列する。すなわち、少なくとも作動軸に平行で、ロータの回転軸を通る平面上への投影において、作動軸及び回転軸が、それらの間で０度を含む９０度未満の角度を規定するようになる。これにより、タンブリング運動／回転ユニットの中央位置からの逸脱を検出することを可能にし、従って、そのような逸脱が水平に検出された場合よりも、より多くの情報データを作り出すという利点となる。

【0008】

好ましい実施形態において、距離センサの作動軸がばね軸に平行して整列されるのは、サスペンションにかかる圧力が、不均衡及びその大きさのための信頼性のある指標だからである。距離センサとばね軸が平行な配列であるため、正確な測定が可能となる。

【0009】

特に正確な測定が達成され得るのは、距離センサのばね軸及び作動軸が、同一である場合である。これはまた、距離センサが容易にサスペンション内に統合され得るため、設計を単純にする。

【0010】

回転センサとしては、例えば、磁気又は誘導センサが使用可能である。しかしながら、フォーク形光バリアのような光バリアが特に適切であることが判明している。なぜなら、セグメントディスクとの組合せで、それらは同時の位置探知のためにも使用され得るからである。これについては、以下により詳細に説明する。

【0011】

さらに有利な実施形態において、少なくとも２つの加速度センサが、３つの相互に垂直な空間軸によって規定される空間における不均衡を感知するために提供される。そこで、各加速度センサは、他方の加速度センサの空間軸とは異なって、空間軸において有効である。１を超える軸に関連した加速度データの評価により、不均衡のより正確な検出さえ可能になり、不均衡の原因についての情報が提供される。以下に説明する。

【0012】

より具体的には、加速度センサが作動する空間軸の１つは、垂直方向における空間軸である。検出された水平方向の加速、すなわちｘ及び／又はｙ空間軸に沿うのとは対照的に、それは回転軸の水平の逸脱の測定を可能にするのみで、さらに検出された垂直方向の加速はまた、タンブリング運動の測定も可能にする。さらに、この点から、不均衡の原因及び発端についての結論が導き出され得るのは、初期位置／ゼロ位置に関連した回転及び各々の回転角度が、例えば、絶対参照（０度位置）を有する速度センサのセグメントディスクによって、そして光バリアによって、検出されるときである。このデータは、不均衡が由来する回転ユニット内で、正確な位置を見極めるために使用され得る。

【0013】

本発明の１つの局面によれば、ばね軸は、回転軸と交差するように整列される。このように減衰要素を配置することは、容易に技術的に実施され得、そして距離センサもまた容易にこの配置内に統合され得る。

【0014】

好ましくは、作動軸とばね軸は、同一である。これにより、距離センサを減衰要素内に統合し、減衰要素の弾性範囲を直接検出することが容易になる。そして評価は、回転がその中央位置から逸脱するのを検出するために使用され得る。

【0015】

さらに有利な実施形態において、第一の指標が、制御及び評価ユニット内に格納され、加速度センサ及び／又は、回転ユニットの不均衡を評する距離センサによって検出された振幅のための回転速度に応じて、第一限界値を規定する。第一限界値は、超えられた場合には動作の必要性があることを示すように規定されるが、遠心分離機又はユーザの安全にとって緊急の危険はない。従って、第一限界値は、遠心分離機内の、安全でない重大に相当する問題が発生した場合に、警戒レベルを起動させる働きをする。そして、さらなる動作が当分の間、避けられ得る。

【0016】

本発明の有利な実施形態において、第二の指標は、制御及び評価ユニット内に格納され、加速度センサ及び／又は、回転ユニットの不均衡を評する距離センサによってたんち検出された振幅のための回転速度に応じて、第二限界値を規定する。これら第二限界値は、超えられた場合には、危険及び動作のための緊急の必要性を知らせるよう規定される。これら第二限界値の目的は、遠心分離機内の安全に関連する問題が発生した場合に、さらなる手段が即座に実施され、遠心分離機及びそのユーザの安全を保証することである。

【0017】

第一限界値に達すると、制御及び評価ユニットは、聴覚及び／又は視覚の信号ユニット及び／又は表示ユニットを作動させることが有利に考慮される。表示ユニットは、例えば遠心分離機のコントロールパネル内に統合されてもよく、実行される測定に関して、指示と共に評価結果をユーザに対して表示するよう使用される。これにより、ユーザは時間内に故障点検のための十分な情報を受取り、遠心分離機は当分の間、動作を継続することができる。

【0018】

重大な局面で、遠心分離機及びユーザの安全を保証するために、第二限界値に達すると、制御及び評価ユニットは、回転ユニットのモータ、又は遠心分離機全体のスイッチを切るよう規定されている。

【0019】

第二限界値に達すると、制御及び評価ユニットは、音響及び／又は光学の信号ユニット及び／又は表示装置も作動させる点が、有利な点である。表示装置はそして、実行される手段に関して、ユーザに対する指示と共に評価結果を表示する。これは、重大な局面における問題の起こりやすい場所、及び故障点検に要する時間を大幅に減らし、ユーザの快適さを大幅に改善する。

【0020】

データロガーが制御及び評価ユニット内にも備えられる場合はさらに有利であり、測定された全データを記録する。データは、例えばＵＳＢポートを介して、遠心分離機の動作の最後で出力され、メンテナンス、故障点検、製品ライフサイクル管理などのために利用可能にされ得る。

【0021】

本発明の一局面に従えば、距離センサは、1,000rpmに満たない速度範囲内の不均衡を検出するために使用される。これにより、既により遅い速度での不均衡を検出することが可能となり、その速度では、加速力は、加速度センサによって容易に検出されるにはまだ小さすぎる。

【0022】

本発明のさらに別の局面に従えば、加速度センサは、1,000rpmを超える速度範囲における不均衡を検出するために使用される。この高速度範囲では、加速度センサが距離センサよりも適しているのは、加速度の計測が、この振動数では距離測定よりもより正確なデータを提供するからである。

【0023】

しかしながら、距離センサ又は加速度センサのいずれかが、より信頼性のあるデータを提供する速度範囲は、遠心分離機の設計、特にその減衰次第である。従って、回転速度の範囲を、ファームウェアによって、設定可能にすることが有利である。

【0024】

本方法の目的は、センサの測定値が連続回転に応じて計られ、平均値は測定値から形成され、対応する指標値と比較されるようにすることで達成される。平均値が指標を超えると、回転ユニットのモータのスイッチを切ったり、ロータの速度を減じたり、音響及び／又は光学のシグナルを作動させたり、及び／又は表示ユニットに情報を出力するような、さらなる手段が開始される。

【0025】

本発明の器具及び方法が、遠心分離機の回転ユニットの潜在的な不均衡を検出するために使用され、制御及び評価ユニットは、規定の方法におけるそのような不均衡に応答する。さらに、特に、遠心分離機及びその要素の負荷及び耐用年数について、結論が導き出されることを許可するように、評価のために、動作データは収集され、格納され、そして利用可能にされる。この目的のために、次のデータが、遠心分離機の各循環運転のためにデータロガー内に記録される。遠心分離段階の間の、最大速度、最大不均衡振幅、最大不均衡振幅が発生する速度、不均衡角度、中央位置及びシステム状況測定器（フラグ）からの逸脱である。さらに、もし必要であれば、温度又はノイズのようなさらなる関連データが、記録され得る。

【0026】

例えば、測定されたデータの結果として、不均衡が指標によって規定された限界値を超えた場合、ロータのモータ、又は遠心分離機全体は、スイッチを切られてもよい。さらにあるいは代わりに、例えば、モータ台で使用されるゴム−金属要素のような、減衰要素のメンテナンス又は磨耗条件についての情報が、提供されてもよい。あるいは誤った負荷によって、ロータの容器が不均衡を発生させているかについての情報を、ユーザに提供することもまた可能である。さらに、修理が必要であれば、表示装置もまた、ロータのバランスをいかに保つかについて、技術的な案内を表示してもよい。

【0027】

回転を検出するための回転センサは、次の設計から成ってもよい。０度位置（絶対参照）での単一カムと同様に、均等に間隔をあけられた３０個の凹部を有するセグメントディスクが、モータアクセル上に取付けられる。例えばフォーク形光バリアのような光バリアが、エッジの変化も考慮して、６度ステップにおける回転の現在の角度を、６度×６０回＝３６０度、検出する。第二フォーク形光バリアは、第一フォーク形光バリアのシグナルから９０度補正されたシグナルを提供するよう設計され、回転方向を検出する。逆反射センサは、０度位置を検出するために使用される。

【0028】

上述のように、４つのセンサは、不均衡を感知するために、あらゆる関連するデータを検出するよう使用される。すなわち、回転センサ、第一空間軸における加速度を検出するための加速度センサ、第二空間軸における加速度検出のための加速度センサ、及び距離センサである。さらに、別の加速度センサが、第三空間軸における加速度を検出するために備えられてもよい。

【0029】

さらに具体的には、３つの加速度センサが、３軸の加速度センサとして設計される。従って、３つの加速度センサの全てが、単一のユニット内に結合される。このユニットは好ましくは、より低いモータのマウントの領域内のシャフト近くに取付けられる電子基盤上に直接取付けられる。代わりに、ユニットはまた、ロータ内に配置され得る。

【0030】

距離センサは、誘導の近接センサの形であってもよい。特に、測定領域は、４ミリ、好ましくは６ミリまでの変化を検出する。この測定は、モータースタンドの支持板及び／又は第二弾性突起と、固定板における相対的な変化を検出する。調節は、単一の機械式測定機器を使用することで可能であり、特に正確性は必要でない。

【0031】

遠心分離機の支持板の垂直振動もまた、遠心分離機の設計によって影響されるが、経験は最大約150〜200rpmの指標に達するのみであることを示す。この最大値は、距離センサによってのみ検出され得る。なぜなら、これらの速度では、加速力は、加速度センサの測定領域にとっては依然小さすぎるからである。不均衡は、可能な限り早く、すなわち、低い回転速度で検出されるべきであるので、距離センサがこの目的のために使用されなければならない。約1,000rpmを超える速度に対しては、加速度センサが、不均衡を確実に検出するためにより適している。しかしながら、中央位置からのあらゆる逸脱、すなわち高速度での回転の上昇は、距離センサによってのみ検出され得る。さらに、各ばね軸におけるデータ検出のために、例えば、減衰要素の上に、距離センサを提供することが考えられる。保存したデータに基づいて、評価ユニットは、あらゆる不完全な／不均整な荷重を検出することが可能であり、それは、遠心分離中、遠心分離機の動作直前の、より重大な不均衡をもたらす。表示ユニットはそして、ユーザに遠心分離機の動作を開始しないよう警告し、制御ユニットは、遠心分離機が、第一位置から開始されるのを妨げることが可能である。

【0032】

より具体的には、不均衡を評価するために使用される値は、次のように算出される。

【0033】

９．６キロヘルツの周波数で、制御及び評価ユニットは、４つの異なるチャンネル上の次の値を継続して捕らえる。距離センサによって、支持板と固定板との間の距離。加速度センサによって、ｘ軸に沿った加速度。加速度センサによって、ｙ軸に沿った加速度。そして、加速度センサによって、ｚ軸に沿った加速度である。従って、４つのセンサが、この測定のために使用される。距離センサ、ｘ軸のための加速度センサ、ｙ軸のための加速度センサ、そしてｚ軸のための加速度センサである。

【0034】

測定された値は、４つの異なるチャンネルで送信されるので、それらは、制御及び評価ユニットによる評価のために、同時に利用可能である。９．６キロヘルツで検出された測定値は、回転速度に応じて平均値を形成するために使用される。

【0035】

上述のように、回転センサは、光バリアと連携するセグメントディスクに凹部を有する。凹部の最初で、シグナルは、光線が凹部の末端に達するまでの間に、セグメントディスクの回転により、生成される。この間、光バリアの光は、関連する光センサを攻撃し、従ってシグナルを生成する。シグナルの最初と最後とで、シグナルエッジは生成される。従ってシグナルエッジは、シグナルの最初と最後とで変化する。セグメントディスクの回転中のシグナルエッジの変化で、制御及び評価ユニットは、平均値を生成する。この平均値は、最後のエッジが変化するため、このセンサにより探知されたセンサの全測定値に基づく。６０の測定点は、正弦波のような概観を有するシグナル曲線を生じさせる。センサ次第で、異なる振幅及び位相角が得られる。

【0036】

各回転のため、各センサは、６０の測定点から成るシグナル曲線を生み出す。このシグナル曲線は、各センサのシグナルの実効値（ＲＭＳ）、及びＤＣ補正を決定するために使用される。シグナル曲線は、ＤＣ補正によって補正され、純粋なＡＣ信号成分を産出するように、ＤＣ補正は６０の測定点の平均値から得られる。従って、後者は、ゼロに対して対称である。

【0037】

４つのセンサの実効値は、制御及び評価ユニットにおいて、重みをかけられて合計される。すなわち、実効値は、設定可能な要素により増加され、そして結果は追加される。以下で、結果はセンサ合計として言及される。このセンサの合計は第一に、以下に説明するように、決定値を設定可能な限界値と比較することで、不均衡を評価するために使用される。さらに、センサの合計はまた、不均衡の角度を決定するためにも必要とされる。

【0038】

不均衡な角度は次のように測定される。センサの合計の最大振幅が測定される角度は、最大不均衡が実際に位置付けされる角度と一致しない。なぜなら、回転速度、センサの重み付け、不均衡のマグニチュードなどのような各種不均衡が、最大振幅の角度の変化を生じさせるからである。この理由のため、不均衡の角度、そして従って最終的にロータのどの容器が影響されるのかの決定は、低い回転速度で、そして距離センサによって排他的に決定される。

【0039】

例えば、この正確な位置決定のために、距離センサは、例えば190rpmの一定の回転速度で不均衡を感知する。同時に、ロータのゼロ地点（ゼロ位置）に関連する回転角度は、距離センサの正弦波信号がその最大を有するところで測定される。

【0040】

距離センサの正弦波信号の位相は、不均衡の重量次第であることを、測定結果は示す。例えば、不均衡の2.5gから60gの間は、回転角度が約７０度変化させられる。評価ユニットにおいて、この影響は、対数の補正曲線によって補正される。この曲線は、次の数式によって規定される。

【0041】

【数1】

【0042】

補正要素Ａ１（無単位）は、不均衡振幅の対数曲線の増加を決定し、要素Ａ２（in°）はこの曲線の位置を決定する。

【0043】

結果的に補正されたデータは、回転における不均衡の正確な位置、従って、不均衡を生じさせているロータの中の容器の位置を示す。評価ユニットは、表示ユニット上で、ユーザにこの位置を伝え、そしてユーザは適切な手段を採ることができる。

【0044】

不均衡な角度を決定するために、距離センサを使用する別の理由はさらに、低い回転速度が、減速の間、必然的に発生するからである。不均衡な角度のみが、ユーザと、停止している機械とを関連づける。それにより、ユーザは、不均衡を生じさせていると発見された容器を確認することができる。さらに、回転速度、不均衡重量のような、角度における様々な影響の複雑な補正（モデリング）は、これらの要素が、実質的には低い回転速度では取るに足らないので、必要ではない。

【0045】

ロータのその中央位置からの逸脱の決定／評価は、次のように実行されてもよい。まず、不均衡に関係なく、ジャイロフォースが、回転速度を増加させて、回転軸を垂直に整列させることが注記される。これにより、回転ユニットの塊が動く近辺の中央位置からの変化が生じる。中央位置におけるこの変化は、次の方法で距離センサによって検出されてもよい。

【0046】

不均衡を評価するために使用される値の計算に関連した上述の説明を参照して、中央位置は、ロータの１回転内の、角度に応じて計算される距離センサの６０の測定点の平均値と一致する。それは、縦座標の回転振動の絶対位置と一致する。中央位置の値は、２つの規定の速度、例えば、500rpmと2,500rpmで、記憶される。これらの閾値での中央位置の値の差は、操作される。差の絶対値は、規定された最大閾値と比較される。最大閾値、第一限界値を超えた場合、警告が表示されるが、機械のスイッチは切られない。

【0047】

過度の逸脱が生じるかもしれない原因は、次の通りである。機械の誤った調整、例えば、機械が水平に調整されていない。減衰要素における不備、例えば、回転子軸受のゴム−金属要素、である。

【0048】

好ましくは、最大の許容できる不均衡は次のように検出されてもよい。

【0049】

許容できない不均衡を探知検出し、従って機械のスイッチを切るための閾値は、いわゆるスイッチオフウィンドウを介して実行される。各スイッチオフウィンドウは、データの記録から成る。その中で、機械がスイッチオフウィンドウの作動のための条件を満たす条件下でそれは設計され、すなわち、関連する閾値が確認され、必要であれば、機械のスイッチは切られる。スイッチオフウィンドウが始動されるのは、現在の速度が設定された速度限界内で、かつ現在の加速度が設定された加速度限界内である場合であり、これらの条件は、設定されたデバウンス時間、すなわち、シグナルが制御及び評価ユニットによって検出され、かつさらに処理されるために、少なくとも制御及び評価ユニットの出力で示される規定の時間、永久的に満たされる。

【0050】

データ記録の入力は好ましくは、遠心分離機の個々の処理ステップを規定するためである。例えば、不均衡が検出された場合に、特定の各処理が明記されるような沈殿、分離である。例えば、沈殿ステップと分離ステップとの間の区別がなされる。異なるスイッチオフウィンドウにおいて、速度閾値を明記することで、区別がなされる。例えば、1,000rpmを超える速度は、沈殿ステップと関連付けられてもよく、1,000rpm未満の速度は、分離ステップと関連付けられてもよい。この場合において、スイッチオフウィンドウは、制御及び評価ユニットが、分離の間、生産性を向上させるために、機械のスイッチを切らないように設計される。各遠心分離機に備えられる追加の不均衡限界スイッチは、これに作用されないが、常に作動する。

【0051】

安定局面において、すなわち、一定速度での加速がない場合、制御及び評価ユニットは、処理ステップが、加速又は減速処理によって達せられたかどうか、すなわち、生産ステップが目下実行されているかを検出できる必要はない。

【0052】

本発明のさらなる利点、特徴及び可能な適用は、以下の明細書から収集され得、参照は、図面中に例示された実施形態になされる。

【0053】

明細書、請求項及び図面を通して、それらの用語、及び関連する引用符号は、以下の符号の説明の一覧に記載のように使用されている。

【図面の簡単な説明】

【0054】

【図1】支持要素を備え、そのハウジングを有さない、本発明に従った遠心分離機の斜視図であり、遠心分離機の正面が、観察者から見て右に向いている。

【図1a】図１の遠心分離機の背面図である。

【図1b】図１の遠心分離機の左側面図である。

【図2】その取付け状態において、図１、１ａ及び１ｂに示されるような、距離センサの概略斜視図である。

【図3】図１、１ａ及び１ｂに示されるような、制御及び評価ユニットの概略斜視図である。

【図4】本発明に従った遠心分離機における、不均衡を探知するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0055】

図１は実験用遠心分離機１０の斜視図であり、図１ａは実験用遠心分離機１０の背面図であり、図１ｂは実験用遠心分離機１０の左側面図である。本発明にとって不可欠である構成要素をもっとよく見えるように、遠心分離機のハウジングは、これらの図面から削除している。

【0056】

モータ１８の縦の回転軸１４ａで、同時に遠心分離機１０の回転軸でもあるその上端に、ロータ１２は備えられ、ロータ１２は、遠心分離された材料を含む容器を受ける。ロータ１２はモータシャフト１４上に取付けられ、モータシャフト１４はその下に位置するモータ１８により駆動される。モータ１８は、モータハウジング２４に囲まれる。公知の方法で、モータシャフト１４は、ロータ１２に、例えば、ここでは図示しないスプライン軸によって、非回転に接続される。

【0057】

ロータ１２から外方に向いているモータ１８の側に、モータハウジング２４は、取付足２０と共に備えられる。取付足２０は、互いに均一に間隔をあけられて、モータ１８を、支持ユニット３０の上側支持板３２に強固に接続させる。支持ユニット３０は、ロータ１２の回転によって生じる減衰力と同様に、モータ１８を支持する。

【0058】

メカニカルリミットスイッチ６０は、モータハウジング２４に隣接して配置され、従来のねじ接続によって、遠心分離機ハウジング（図示しない）に強固に接続される。より具体的には、円滑な操作で、通常の公差限界内でのロータ１２のタンブリング運動の場合に、メカニカルリミットスイッチ６０が、モータハウジング２４と接触しないように、メカニカルリミットスイッチ６０は、モータハウジング２４から間隔をあけられる。もし、ロータ１２のタンブリング運動が大変強力で、支持ユニット３０がもはやそれを平衡させられず、回転軸１４ａ、及び公差限界を超えるモータ１８の水平移動を生じさせると、メカニカルリミットスイッチ６０は、モータハウジング２４と接触する。この接触は、制御及び評価ユニット９０によって引起される遠心分離機１０の緊急のスイッチオフをもたらし、図３を参照して説明する。

【0059】

モータ１８から外を向いた支持ユニット３０の側に、下側支持板３８が備えられる。傾いたゴム−金属要素３６は、下側支持板３８上に取付けられる。ゴム−金属要素３６は、減衰要素として、同じ角度で傾斜した支柱３４を介して、上側支持板３２に強固に接続される。縦軸１４ａに関連して、通常１０度と４２度との間の角度は、そこに接続されたゴム−金属要素３６と支柱３４のための取付角σとして有利に考慮されるのは、不均衡に基づく力が、ロータ１２の回転中、この角度の範囲で動作するからである。遠心分離機１０のこの実施形態において、２１度の取付角σが特に適していると判明している。

【0060】

さらに、支柱３４を備えずに支持ユニット３０を設計し、例えば、ゴム−金属要素３６を直接上側支持板３２に接続することも考えられる。しかしながら、支持ユニット３０の底部側で増加した直径は、高い安定性および減衰要素が改善されることが判明している。代わりに、例えば、ばね軸受、磁気軸受、又は水圧軸受もまた、減衰要素として使用され得る。本発明の遠心分離機１０に対して、ゴム−金属要素３６が選択された場合に、特に良好な価格／性能の比率が得られる。

【0061】

最後に、上側支持板３２と下側支持板３８との間に、質量要素４０が備えられ、支柱３４及びゴム−金属要素３６に強固に接続される。ゴム−金属要素３６の傾斜した位置、及び支柱３４により、ゴム−金属要素３６をモータ１８から間隔をあけることで、既に良い減衰効果を確実にし、質量要素４０もまた取り除かれ得る。しかしながら、質量要素４０を追加することにより、減衰要素はさらに明らかに改善される。

【0062】

下側支持板３８を介して、遠心分離機１０は、支持要素５４上に非回転に取付けられる。上側支持板３２上で、取付足２０の各組の間に、第一弾性突起４８は備えられ、上側支持板３２と直面する支柱３４の端を収容し、従って、上側支持板３２に弾性的に各支柱３４を接続させる。第一弾性突起４８はまた、上側支持板３２に例えば溶接される独立要素であってもよい。しかしながら、支持ユニット３０の安定性が増加されるのは、例示した実施形態のように、第一弾性突起４８が、上側支持板３２と統合して形成され、上側支持板３２と同様の材質で形成され、例えば、打抜き及び曲げ工程で形成される場合である。

【0063】

支持要素３０の下限は、第二弾性突起５０を介して、ゴム−金属要素３６に接続される下側支持板３８により形成される。質量要素４０は、下側支持板３８と上側支持板３２との間に配置される。質量要素４０は、垂直方向に重ねられた３つの板から成る。中心に固定板４４があり、第三弾性突起５２を介して、ゴム−金属要素３６と支柱３４とに弾性接続される。固定板４４の上及び下に、円盤状の上側質量板４２と、円盤状の下部質量板４６が各々あり、それらは共に、固定板４４に強固に接続される。この実施形態において、第一弾性突起４８に類似する第二弾性突起５０及び第三弾性突起５２は、各々関連する下側支持板３８及び／又は固定板４４に統合して形成され、そして各々関連する板と同じ材質で形成される。

【0064】

ねじ接続５６は、下側支持板３８を介して、質量要素を、支持ユニット５４に強固に接続させる。支持ユニット５４は、その４つの角に支持脚５８を有する。これらの支持脚５８に隣接して、遠心分離機が地面に支持されるところに、キャスタ５９が備えられる。

【0065】

図２は、距離センサ８０の配置を詳細に示した図である。距離センサ８０は、誘導センサとして設計され、センサヘッド８０ａを含む。センサヘッド８０ａは、誘導コイルを収納するが、明晰さのために図示しない。センサヘッド８０ａは、第三弾性突起５２内に配置され、作動軸３６ｂを有する。作動軸３６ｂは、ばね軸３６ａに平行して延びる。メタルヘッド８０ｃは、第三弾性突起５２と関連する第二弾性突起５０上に取付けられ、センサヘッド８０ａと提携する。メタルヘッド８０ｃは、第二弾性突起５０にねじ接続される。この目的のために、メタルヘッド８０ｃは、第二弾性突起５０内で穴と係合するねじ山が付けられたピンを有し、ねじ山が付けられたピン上に取付けられたナット８０ｂで固定される。不均衡によるロータ１２の垂直振動の場合には、支柱３４は、減衰のため、これらの振動を、ゴム−金属要素３６に伝達し、これにより、ばね軸３６ａに沿ったゴム−金属要素３６の縦方向の延びの変化をもたらす。これはまた、第三弾性突起５２とその関連する第二弾性突起５０との間の距離を変化させる。距離におけるこれらの変化は、距離センサ８０により正確に測定することが可能である。不均衡は、特に、遠心分離機の1,000rpmまでの低速度で、測定されたデータに基づいて、計算され得る。

【0066】

図３は、制御及び評価ユニット９０の概略図である。図１、１ａ及び１ｂからわかるように、制御及び評価ユニット９０は、モータ１８の下に、セグメントディスク８４、フォーク形光バリア８２、逆反射センサ８６及び加速度センサ８８を備えて、単一のユニットに配置されている。図２に示す距離センサ８０、フォーク形光バリア８２、逆反射センサ８６及び加速度センサ８８は、統合された表示ユニットを有する遠心分離機ハウジング上に配置されるコントロールパネル（図示しない）と同様に、制御及び評価ユニット９０に接続される。追加の距離センサ８８が、例えば、第一突起５０又は第二突起５２上の、支柱３４の領域内に位置してもよい。さらに、不具合が起こった場合に、遠心分離機１０のスイッチを切るための電気スイッチ（図示しない）が、制御ユニット９０内に備えられる。電気スイッチはブレイク接点の形式で、メカニカルリミットスイッチ６０と直列で接続される。メカニカルリミットスイッチ６０もまたブレイク接点の形式であるため、これら２つのスイッチの１つを開放することで、遠心分離機１０のスイッチが切られる。

【0067】

セグメントディスク８４は、図３で図示しないが、モータシャフト１４上に、非回転で同軸に取付けられ、遠心分離機１０の動作中、回転軸１４ａの回りを回転する。セグメントディスク８４は、その上に円周に配置された凹部８４ａを３０個有し、それらは互いに等間隔にスペースを置かれる。フォーク形光バリア８２は、制御及び評価ユニット９０上に取付けられ、セグメントディスク８４を部分的に取囲み、凹部８４ａに基づいて決定される遠心分離機１０の速度を許可する。さらに、ディスク８５は、セグメントディスク８４の上に備えられ、カム８５ａを含む。カム８５ａは、逆反射センサ８６が備えられる検出のための、０度位置に対する絶対参照となる。逆反射センサ８６による０度位置の検出、及びフォーク形光バリア８２による凹部８４ａの検出はまた、制御及び評価ユニット９０において決定される回転の角度、及び回転の方向を許可する。加速度センサ８８は、フォーク形光バリア８２に並んで配置され、３つの空間軸ｘ、ｙ及びｚにおいて作動し、特に1,000rpmを超える速度での不均衡を検出するのに役立つ。

【0068】

図４は、本発明に従った遠心分離機１０における不均衡を検出するための方法の概略図である。

【0069】

距離センサ８０、逆反射センサ８６に関連するフォーク形光バリア８２、及び加速度センサ８８は、ステップ１００で、不均衡を検出するために、測定されたデータを、制御及び評価ユニット９０に提供する。そのような測定データは、ステップ１０２で、制御及び評価ユニット９０において評価され、ステップ１０４で、２つの規定の指標と比較される。

【0070】

測定されたデータが第一指標より下であれば、不均衡は重要でないと判断され、動作は継続され、ステップ１０６で、さらなる手段は行われない。測定されたデータが第一指標より上であるが、第二指標より下である場合は、表示ユニット１０８が作動され、対応する警告が、ステップ１１０で出力される。しかしながら、ステップ１０６で、動作は継続する。しかし、測定されたデータが、第二指標よりも上であれば、表示ユニット１０８とモータ１８の両方が作動される。そして、ステップ１１０で、警告が表示ユニットに表示され、ステップ１１４で、モータ１８のスイッチが切られる。

【符号の説明】

【0071】

１０ 遠心分離機、１２ ロータ、１４ モータシャフト、１４ａ 回転軸、１８ モータ、１９ 回転ユニット、２０ 取付足、２４ モータハウジング、３０ 支持ユニット、３２ 上側支持板、３４ 支柱、３６ ゴム−金属要素、３６ａ ばね軸、３６ｂ 作動軸、３８ 下側支持板、４０ 質量要素、４２ 上側質量板、４４ 固定板、４６ 下側質量板、４８ 第一弾性突起、５０ 第二弾性突起、５２ 第三弾性突起、５４ 支持要素、５６ ねじ接続、５８ 支持脚、５９ キャスタ、６０ メカニカルリミットスイッチ、８０ 距離センサ、８０ａ センサヘッド、８０ｂ ナット、８０ｃ メタルヘッド、８２ フォーク形光バリア、８４ セグメントディスク、８４ａ 凹部、８４ｂ カム、８６ 逆反射センサ、８８ 加速度センサ、９０ 制御及び評価ユニット、σ 取付角、１００ 測定データの提供、１０２ 測定データの評価、１０４ 測定データと規定の指標との比較、１０６ 動作の継続、１０８ 表示ユニットを作動、１１０ 警告の出力、１１２ 表示ユニット及びモータを作動、１１４ モータの電源を切る。

【図1】

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3】

【図4】