DE1588066B2 - Schaltungsanordnung zur drehzahlueberwachung einer von einem elektromotor angetriebenen zentrifuge - Google Patents

Description

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schaltmittel eine Störungsschutzstufe zum Unter- gangssignal des Oszillators und erzeugt eine relativ brechen des dem Elektromotor zugeführten Antriebs- symmetrische Rechteckwelle mit einem Minimum an stromes bei Abwesenheit eines Drehzahlsignals von Oberwellen. den Abtastmitteln geschaltet ist. Ein Tiefpaßfilter 23 ist an den Überdrehzahl-De-

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 5 modulator 19 angeschlossen und ist so dimensioniert, wird der Arbeitspunkt, d. h. der Punkt, an dem der daß eine im Vergleich zu der Oszillatorfrequenz Abschaltvorgang einsetzt, in erster Linie von dem relativ niedrige Frequenz durchgelassen wird. Bei Tiefpaßfilter bestimmt, welches als passives Element einer Oszillatorfrequenz von 31 kHz (entsprechend eine nur geringe Störanfälligkeit aufweist..Die Ab- 15,5kHz bei Teilung durch 2), wurde z.B. der schaltfrequenz wird somit auch mit großer Genauig- io Durchlaßbereich des Filters 23 so ausgelegt, daß das keit eingehalten. In dem Fall, daß ein Drehkörper Filter bei etwa 40 kHz abschneidet, ohne Abtastmuster eingesetzt wird oder die Abtast- Ein gesteuerter Siliciurn-Gleichrichter (SCR) 24 ist

mittel aus irgend einem Grunde nicht ordnungs- mit seiner Steuerelektrode an den Ausgang des Tiefgemäß arbeiten und kein periodisches Abtastsignal paßfilters23 gekoppelt. Wenn die von dem Drehabgeben, ist die Zentrifuge dadurch abgesichert, daß _I5 zahlüberschreitungs-DemodulatorWkornmendeDiffedie Störungsschutzstufe die Versorgung des Zentri- renzfrequenz ein vorbestimmtes Minimum erreicht, fugenmotors mit Antriebsstrom sperrt. wird von dem Tiefpaß 23 ein Triggersignal erzeugt,

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungs- welches den Silicium-Gleichrichter 24 aufsteuert, wobeispieles im Zusammenhang mit den Zeichnungen durch ein Stromkreis mit Erde verbunden wird, was näher erläutert; in diesen bedeutet ao wiederum die Abschaltung der Zentrifuge bewirkt.

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Im einzelnen enthält das Antriebssystem der Zen-

erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und eine triftige einen Antriebsmotor 26, der mit einer Achse teilweise Draufsicht auf einen Zentrifugendreh- 12 verbunden ist und durch einen Antriebssteuerkreis behälter, 27, der an eine äußere Wechselstromquelle ange-

Fig. 2 einen teilweisen Querschnitt entlang der as schlossen ist, gesteuert wird. Die Bedienungsperson Linie 2-2 von Fig. 1, des Gerätes bestimmt die Drehzahl mit Hilfe der

Fig. 3 ein Schaltbild des schematischen Block- Drehzahlsteuerung28 und paßt die Drehzahlsteuediagramms von F i g. 1. rung in der Praxis an die für den besonderen gerade

Gemäß Fig. 1 enthält die Zentrifuge einen Dreh- verwendeten Drehkörper 11 geeignete Drehzahl an. behältern, der eine bestimmte maximale Drehzahl 30 Die Einschaltung des Antriebssteuerkreises wird hat und zwecks Rotation an einer Achse 12 inner- durch ein Relais (31, 32) bewirkt, das einen Relaishalb eines Gehäuses 13 (nur teilweise gezeigt) be- kontakt 31 aufweist, welcher normalerweise geöffnet festigt wird. Am Boden des Drehbehälters 11 ist ist und mit dem der Hauptstromkreis des Elektrokonzentrisch mit der Achse 12 eine Reflektorscheibe motors steuerbar ist. Der Relaiskontakt 31 wird 14 angebracht, die in F i g. 2 gezeigt wird und die ab- 35 durch Erregung einer Relaisspule 32 geschlossen, wechselnd reflektierende und nicht reflektierende welche an den Kollektor eines Transistors 33 ange-Sektoren 14 a und 146 aufweist. Die Anzahl der schlossen ist. Der Emitter des Transistors ist über Sektoren richtet sich nach der maximalen Drehzahl einen Widerstand 34 an eine positive Spannungsdes Drehbehälters. Derartige maximale Drehzahlen quelle +V angeschlossen, während seine Basis mit des Drehbehälters werden unten im einzelnen disku- 40 dem Signal-Demodulator 20 verbunden ist. tiert werden. ν Der Signal-Demodulator 20 erzeugt auf jedes peri-

Eine optische- Vorrichtung zum Abtasten der odische Ausgangssignal des Phototransistors 17 hin Drehzahl des Drehbehälters umfaßt eine lichtrefiek- ein Basissteuersignal für den Transistor 33, um den tierende Scheibe 14 und eine Lichtquelle 16, die so Relaiskontakt 31 zu schließen und den Antriebsangebracht ist, daß sie ein Lichtbündel in Richtung 45 motor im Betriebszustand zu halten. Ein Hilfsauf die Sektoren 14 a der Scheibe 14 richtet. Eine antriebskreis (nicht gezeigt) sorgt für die anfängliche Lichtempfangsvorrichtung für das reflektierte Licht Rotation des Drehkörpers 11, bis das Relais 31, 32 enthält einen Phototransistor 17, dessen einer Pol ge- geschlossen ist.

erdet ist, während der andere Pol mit einem Be- Die Anode des gesteuerten Silicium-Gleichrichters

grenzer-Verstärker 18 verbunden ist. Wenn auf die 50 (SCR) 24 ist mit dem Kollektor des Transistors 33 Empfangsfläche des Phototransistors Licht einge- verbunden und dient dazu den Kollektor zu erden, strahlt wird, wird der Stromkreis mit Erde verbun- wodurch das Relais 31, 32 stromlos wird und der den und dem Begrenzer-Verstärker 18 Energie zu- Antriebssteuerkreis geöffnet wird, sobald ein vom geführt. Auf diese Weise wird eine alternierende Tiefpaßfilter 23 kommendes Signal den Gleichrichter periodische Wellenform erzeugt, die der tatsäch- 55 24 auf Durchgang schaltet.

liehen Drehzahl der Reflektorscheibe 14 und des Beim praktischen Betrieb des Gerätes enthält

Drehbehälters 11 und der Anzahl von Sektoren auf jeder Drehkörper 11 als integralen Bestandteil eine der Reflektorscheibe entspricht. Der Begrenzer-Ver- Reflektorscheibe 14, die entsprechend seiner maxistärker 18 ist mit einem Überdrehzahl-Demodulator mal zulässigen Drehzahl eine bestimmte Anzahl von 19 und einem Signal-Demodulator 20 verbunden. 60 Sektoren aufweist. Die Anzahl von Sektoren wird Eine stabilisierte Standardfrequenz ist ebenfalls mit erstens durch die Maximaldrehzahl und zweitens dem Überdrehzahl-Demodulator 19 gekoppelt, um durch die Frequenz des Oszillators bestimmt, der ein Taktsignal oder Differenzfrequenz-Signal zu er- den Überdrehzahl-Demodulator 19 speist, zeugen. Ein derartiges Standardsignal wird zur Er- In einem Beispiel, in dem die Oszillatorfrequenz 15

zeugung eines sehr stabilen Frequenzsignals ver- 65 5 kHz beträgt, gibt die folgende Tabelle den Zuwandt, welches dann auf den Überdrehzahl-Demodu- sammenhang zwischen der Maximaldrehzahl und der Iatorl9 über einen Frequenzteiler 22 gegeben wird. Anzahl der reflektierenden Reflektoren 14 a auf der Der letztere beseitigt Unsymmetrien in dem Aus- zugehörigen Reflektorscheibe wieder.

Drehzahl in Umdrehungen pro Minute	Reflektierende Sektoren 14 a
65 000 50 000 40 000 19 000	14 18 22 47

Schaltbildes von F i g. 1 in ihren Einzelheiten dargestellt, und zwar insbesondere der Phototransistor 17, der Begrenzer-Verstärker 18 mit der Durchbruchsdiode D₁, der Überdrehzahl-Demodulator 19 mit dem 5 Transistor Q₁ und das daran angeschlossene Tiefpaßfilter 23 vom 2?C-Typ, das an den gesteuerten Siliciumgleichrichter 24 angeschlossen ist. Der Signaldemodulator 20 enthält einen Transistor Q₂, der Nachdem der Drehkörper eingesetzt worden ist an die Basis des Transistors 33 angeschlossen ist, und eine anfängliche Beschleunigung erfahren hat, io welcher seinerseits wieder mit dem Relais 29 verbunaktiviert ein vom Begrenzer-Verstärker 18 kommen- den ist. Schließlich enthält der Oszillator 21 Trandes Signal den Signal-Demodulator 20, so daß das sistoren Q₃ und ß₄, die an einen Quarzkristall 22 anRelais 31, 32 geschlossen wird und über den An- geschlossen sind, und der Teilerkreis 25 enthält Trantriebssteuerkreis 27 der Elektromotor eingeschaltet sistoren Q₅ und Q₆. Die Werte für Widerstand, Kapawird. Wenn nun entweder bei der Lichtquelle 16, bei 15 zität, Spannung und Frequenz sind auf der Zeichdem Phototransistor 17 oder bei dem Begrenzer-Ver- nung zusammen mit den besonderen Transistortypen stärker 18 eine Störung vorliegt, reagiert der Dreh- angegeben.

zahl-Überwachungskreis in einer störungsgesicherten Ein Stromkreis der oben beschriebenen Art hat

Weise so, daß der eingeschaltete Zustand des Elektro- bereits erfolgreich gearbeitet; z.B. betrug in dem motors nicht aufrechterhalten wird. Darüber hinaus 20 Fall eines Drehkörpers mit einer maximal zulässigen wird in dem Fall, daß ein ungeeigneter Drehkörper Drehzahl von 65 000 Umdrehungen pro Minute und 11 in das Gerät eingesetzt wird, der keine Reflektor- mit einer eingestellten maximalen Drehzahl von scheibe 14 aufweist, ebenfalls das Antriebssystem 62 000 Umdrehungen pro Minute die tatsächliche an einem vollständigen Betrieb gehindert. Abschaltfrequenz 61 919 Umdrehungen pro Minute.

Unter der Annahme, daß die Anordnung in ge- 25 Dies ist ein Fehler von weniger als 0,2% und stellt wünschter Weise arbeitet, erzeugt der Ausgang des eine bedeutende Verbesserung gegenüber dem Stand Begrenzer-Verstärkers 18 zusammen mit dem Über- der Technik dar, nach dem die Abweichungen 5 bis drehzahl-Demodulator 19 eine Differenzfrequenz, die 10% betrugen.

während der Zeit, in der der Drehkörper sich der im Die vorliegende Erfindung sieht ein Drehzahl-

Drehzahlwähler 28 eingestellten Drehzahl nähert, 30 Überwachungssystem vor, das eine relativ hohe relativ hoch ist. Dabei wird das Tiefpaßfilter kein Empfindlichkeit hat und mit einem Stromkreis · ge-Ausgangssignal abgeben. Wenn jedoch gegen Stö- koppelt ist, der extrem störungsfrei und stabil ist und rungen im Antriebskreis oder wegen eines Bedie- fast keinerlei Einstellungen erfordert. Der kristallnungsfehlers bei der Wahl der Drehzahl die Dreh- gesteuerte Oszillator 21, 22 hält eine Ausgangsfrezahl die maximal zulässige Grenze überschreitet, 35 quenz mit großer Eigenstabilität aufrecht, und das wird das Tiefpaßfilter eine sehr niedrige Differenz- Tiefpaßfilter 23 kann als passives Element kaum frequenz abgeben und dadurch den gesteuerten SiIi- falsch eingestellt werden. Schließlich wird eine stöcium-Gleichrichter24 aufsteuern, den Kollektor des rungsgesicherte Arbeitsweise durch das Erfordernis Transistors 33 erden und das Antriebssystem ab- aufrechterhalten, daß ein periodisches Signal irgendschalten. 40 einer Art in dem Geschwindigkeitssystem von dem In Fig. 3 werden die Komponenten des Block- Signaldemodulator 20 empfangen werden muß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

und Größen aufzunehmen, um dem jeweiligen AnPatentansprüche: wendungsfall gerecht zu werden. Jeder Drehkörper hat dabei eine für ihn charakteristische maximal zu-

1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlüber- lässige Drehzahl und muß gegen eine zu hohe Drehwachung einer von einem Elektromotor angetrie- 5 zahl und daraus resultierende Beschädigungen gebenen Zentrifuge, zu der mehrere jeweils einzeln schützt werden.

einsetzbare Drehkörper mit unterschiedlichen Bei einer bekannten Schaltungsanordnung der ein-

maximal zulässigen Drehzahlen gehören, die Ab- gangs genannten Art (britische Patentschrift 961 921) tastmittel, die mit einem mit dem Drehkörper besteht das Abtastmuster aus einer am Boden des mitrotierenden für die Maximaldrehzahl des io Drehkörpers befestigbaren Sektorscheibe mit Sek-Drehkörpers charakteristischen Abtastmuster toren aus megnetisch weichem Material, die bei umzwecks Erzeugung, eines elektrischen Drehzahl- laufenden Drehkörper von einem Magnetkopf abgesignals mit einer der Drehzahl des Drehkörpers tastet werden, wodurch das Drehzahlsignal erzeugt proportionalen Frequenz zusammenwirken, einen wird. Das Drehzahlsignal und das Bezugssignal vor-Bezugssignalgenerator zur Erzeugung eines Be- 15 bestimmter Frequenz werden einem Phasendetektor zugssignals vorbestimmter Frequenz, Abschalt- zugeführt, der bei Frequenzgleichheit der beiden zumittel zum Abschalten des Zentrifugenmotors geführten Signale an seinem Ausgang ein Gleich- und Vergleichsmittel zum Vergleich der Frequenz Stromsignal abgibt, welches die Abschaltmittel auf des Drehzahlsignals mit der des Bezugssignals Abschalten des Elektromotors der Zentrifuge steuert, und zum Steuern der Abschaltmittel aufweist, 20 Wenn jedoch bei einem derartigen System die Abdadurch gekennzeichnet, daß das Dreh- tastmittel fehlerhaft arbeiten oder versehentlich ein zahlsignal und das Bezugssignal einer ein Diffe- Drehkörper ohne Abtastmuster in die Zentrifuge einrenzfrequenzsignal erzeugenden Mischstufe (19) gesetzt wird, wird eine rechtzeitige Abschaltung bei zugeführt werden kann, daß mit dem Ausgang überhöhter Drehzahl verhindert. Ferner können auch der Mischstufe (19) ein nur Signale mit einer Fre- 25 die Schaltungen des Phasendetektors selbst Störunquenz unterhalb einer vorbestimmten Frequenz gen oder Verschiebungen der Arbeitspunkte unterdurchlassendes Tiefpaßfilter (23) verbunden ist, worfen sein.

daß mit dem Ausgang des Tiefpaßfilters (23) die Esistfernerbekannt(USA.-Patentschrift2 809 339),

Abschaltmittel (31, 32) verbunden sind, die bei die Drehzahl eines Elektromotors in der Weise zu Auftreten eines Ausgangssignals vom Tiefpaß- 30 regeln, daß von dem Motor ein der Drehzahl des filter (23) den Elektromotor (26) abschalten, und Motors proportionales Drehzahlsignal abgeleitet wird daß zwischen die Abtastmittel (17) und die Ab- und zusammen mit einem Bezugssignal vorbestimmschaltmittel (31, 32) eine Störungsschutzstufe (20, ter Frequenz einer Mischstufe zugeführt wird, deren 33) zum Unterbrechen des dem Elektromotor zu- Ausgang sowohl die Summe als auch die Differenz geführten Antriebsstromes bei Abwesenheit eines 35 der beiden zugeführten Frequenzen auftritt. Mit dem Drehzahlsignals von den Abtastmitteln (17) ge- Ausgang der Mischstufe ist ein Tiefpaßfilter verbunschaltet ist. den, welches die Aufgabe hat, die Summenfrequenz

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- herauszufiltern und nur die Differenzfrequenz hindurch gekennzeichnet, daß die Abschaltmittel (31, durchzulassen. Die Differenzfrequenz steuert über 32) aus einem Relaiskontakt (31) und einer Re- 40 ein Differenziernetzwerk einen monostabilen Multilaisspule (32) bestehen, zu deren Steuerkreis ein vibrator, der bei höheren Werten der Differenzfregesteuerter Gleichrichter (24) parallel geschaltet quenz einen kontinuierlichen Ausgangsstrom abgibt, ist, dessen Steuerelektrode mit dem Ausgang des während er bei niedrigeren Werten der Differenz-Tiefpaßfilters (23) verbunden ist. · - frequenz, d. h. bei stärkerer Annäherung der Dreh-

45 zahlsignalfrequenz- an die Standardfrequenz diskrete Ausgangsimpulse erzeugt und dadurch den Erreger-

strom für den Motor herabsetzt, wodurch der Motor

wieder auf höhere Drehzahlen beschleunigt wird. Die Arbeitscharakteristik dieser bekannten Schaltung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- 50 wird daher in erster Linie durch den Multivibrator anordnung zur Drehzahlüberwachung einer von und dessen Zeitkonstante bestimmt, während das einem Elektromotor angetriebenen Zentrifuge, zu der Tiefpaßfilter nur die Aufgabe hat, die Summenfremehrere jeweils einzeln einsetzbare Drehkörper mit quenz fernzuhalten.

unterschiedlichen maximal zulässigen Drehzahlen ge- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,

hören, die Abtastmittel, die mit einem mit dem 55 bei einer Schaltungsanordnung der eingangs geDrehkörper mitrotierenden für die Maximaldrehzahl nannten Art eine verbesserte Vorsorge gegen mögdes Drehkörpers charakteristischen Abtastmuster liehe Störungen zu treffen.

zwecks Erzeugung eines elektrischen Drehzahlsignals Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

mit einer der Drehzahl des Drehkörpers propor- löst, daß das Drehzahlsignal und das Bezugssignal tionalen Frequenz zusammenwirken, einen Bezugs- 60 einer ein Differenzfrequenzsignal erzeugenden Mischsignalgenerator zur Erzeugung eines Bezugssignals stufe zugeführt werden kann, daß mit dem Ausgang vorbestimmter Frequenz, Abschaltmittel zum Ab- der Mischsrufe ein nur Signale mit einer Frequenz schalten des Zentrifugenmotors und Vergleichsmittel unterhalb einer vorbestimmten Frequenz durchzum Vergleichen der Frequenz des Drehzahlsignals lassendes Tiefpaßfilter verbunden ist, daß mit dem mit der des Bezugssignals und zum Steuern der Ab- 65 Ausgang des Tiefpaßfilters die Abschaltmittel verschaltmittel aufweist. bunden sind, die bei Auftreten eines Ausgangs-

Eine Zentrifuge ist im allgemeinen dafür ausge- signals vom Tiefpaßfilter den Elektromotor abschalrüstet, Drehkörper mit verschiedenen Drehzahlen ten, und daß zwischen die Abtastmittel und die Ab-