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    • 专利摘要:
    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.
    公开号:DE102004024935A1
    申请号:DE102004024935
    申请日:2004-05-20
    公开日:2005-09-22
    发明作者:David Newtown Carson
    申请人:Kendro Laboratory Products LP；
    IPC主号:B04B9-10
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft die Steuerung von Motoren. Insbesondere betrifftdie vorliegende Erfindung die Steuerung des Motordrehmoments einesMotors.
    [0002] InZentrifugensystemen wird ein Motor dazu verwendet, einen Zentrifugenrotoranzutreiben oder in Rotation zu versetzen. Die maximale Drehzahldes Zentrifugenrotors wird durch das Drehmoment begrenzt, das derMotor erzeugen kann, und durch den Wirbelungs- oder Luftwiderstandsverlust,der erzeugt wird, wenn der Zentrifugenrotor in der Luft rotiert.Um die Möglichkeitvon Zentrifugenrotorunfällenzu 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 Zentrifugenrotorsberechnet. Das Zentrifugenschutzgehäusesystem ist deshalb so konzipiert,dass an diesem Punkt maximaler kinetischer Energie ein Versagendes Zentrifugenrotors sicher aufgefangen wird.
    [0003] Dieverbesserte Motortechnologie ermöglicht einhöheresMotordrehmoment, das es dem Zentrifugenrotor erlauben würde, aufeiner höherenluftreibbegrenzten Drehzahl betrieben zu werden. Bei dieser höheren luftreibbegrenztenDrehzahl kann die kinetische Energie des Zentrifugenrotors das nachgewieseneEnergiesicherheitslimit der Zentrifuge überschreiten und den Benutzereiner gefährlichenSituation aussetzen. Dies könntezu einem Ausfall des Zentrifugenrotors und der Möglichkeit von Zentrifugenrotorunfällen führen.
    [0004] Esist deshalb wünschenswert,eine Erfindung zu schaffen, die einen Zentrifugenrotorausfall vermeidet,der den nachgewiesenen Sicherheitsbereich der Zentrifuge überschreitenwürde.
    [0005] Dievoranstehend genannten Bedürfnisse werdenvon der vorliegenden Erfindung in hohem Ausmaß erfüllt, wobei in einem Aspekteine Vorrichtung geschaffen wird, die in einem Ausführungsbeispieleine Steuereinheit besitzt, die das Motordrehmoment so einstellt,dass es dem Luftreibmomentlimit eines Zentrifugenrotors entsprichtund damit den Zentrifugenrotor daran hindert, auf eine höhere Drehzahlangetrieben zu werden, welche den nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitswertder Zentrifuge überschreitenwürde.
    [0006] ImEinklang mit einem anderen Ausführungsbeispielder Erfindung umfasst ein Verfahren zur Steuerung des Drehmomentseines Motors die Schritte des Antreibens eines mit dem Motor verbundenenZentrifugenrotors, des Steigerns eines Motordrehmoments des Motorsauf einen bestimmten Wert und des Einstellens des Motordrehmoments,so dass dieses dem Luftreibmoment eines Zentrifugenrotors entsprichtund damit die kinetische Energie des Rotors begrenzt wird.
    [0007] DasMotordrehmoment kann so eingestellt werden, dass es ein bestimmtesLuftreibmomentlimit nicht überschreitetund in einigen Fällenso herabgesetzt, dass das geringere Motordrehmoment ein niedrigeresLuftreibmomentlimit und damit eine geringere kinetische Energieergibt.
    [0008] DasVerfahren kann des weiteren die Bestimmung der Umdrehungen pro Minutedes Zentrifugenrotors einschließen.Das Motordrehmoment kann auf Basis der festgestellten Umdrehungenpro Minute gesteigert oder sonstwie angepasst werden. In einigenFällenkann der Motor bei bestimmten Umdrehungen pro Minute über einenfestgestellten Drehzahlbereich auf ein konstantes Drehmoment reduziertund sodann gesteigert oder weiter herabgesetzt werden.
    [0009] Ineinem anderen Ausführungsbeispielder Erfindung umfasst ein System zur Steuerung des Drehmoments einesMotors ein Mittel zum Betreiben eines mit dem Motor verbundenenZentrifugenrotors, ein Mittel zur Anhebung eines Motordrehmoments desMotors auf einen bestimmten Wert und ein Mittel zur Einstellungdes Motordrehmoments gemäß einemvorher festgelegten Luftreibmomentlimit des Zentrifugenrotors odereines anderen vorher festgelegten Drehmomentbereichs.
    [0010] DasMittel zur Einstellung des Motordrehmoments kann das Motordrehmomentso einstellen, dass es ein bestimmtes Zentrifugenrotor-Luftreibmomentlimitnicht überschreitet.In einigen Fällenkann das Motordrehmoment so verringert werden, dass das Zentrifugenrotor-Luftreiblimit herabgesetztund damit die kinetische Energie des Zentrifugenrotors verringertwird.
    [0011] DasSystem kann auch ein Mittel zur Feststellung der Umdrehungen proMinute des Zentrifugenrotors umfassen. Das Motordrehmoment kannin einigen Fällenauf der Grundlage der festgestellten Umdrehungen pro Minute gesenktwerden. In anderen Ausführungsbeispielenkann das Motordrehmoment auf der Grundlage der festgestellten Umdrehungenpro Minute eingestellt werden. Beispielsweise kann in einem alternativenAusführungsbeispiel derErfindung das Motordrehmoment übereinen Bereich festgestellter Drehzahlen auf ein konstantes Drehmomentverringert und dann gesteigert oder bei nachfolgenden höheren Drehzahlenpro Minute weiter gesenkt werden.
    [0012] Einweiteres Ausführungsbeispielder Erfindung ist eine Vorrichtung, die das Drehmoment eines Motorssteuert bzw. ein Regler. Die Vorrichtung umfasst eine mit dem Motorverbundene 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 demMotor. Die Steuerungseinheit erhöhtein Motordrehmoment des Motors auf einen bestimmten Wert und stelltdas Motordrehmoment gemäß einerfestgelegten Drehmomentkurve ein.
    [0013] DieSteuerungseinheit kann das Motordrehmoment so einstellen, dass esein festgelegtes Luftreibmomentlimit des ausgewählten Zentrifugenrotors nicht überschreitet.Die Steuerungseinheit kann auch das Motordrehmoment so herabsetzen,dass es eine Zentrifugenrotor-Höchstgeschwindigkeitbegrenzt, um die maximale kinetische Energie des Zentrifugenrotorszu begrenzen.
    [0014] DieSteuerungseinheit kann das Motordrehmoment einstellen, um das Motordrehmoment über einenbestimmten Drehzahlbereich zu senken, um große Zentrifugenrotoren mit hohemLuftreibmoment daran zu hindern, diesen Drehzahlbereich zu überschreiten.Kleinere Zentrifugenrotoren mit niedrigerem Luftreibmoment können über diesenreduzierten Motordrehmoment-Drehzahlbereichhinweg beschleunigt werden. Jenseits dieses UpM-Bereichs des niedrigerenMotordrehmoments kann das Motordrehmoment erhöht werden, um die Beschleunigungsleistungder kleineren Zentrifugenrotoren zu steigern.
    [0015] Auchein Detektor in Kommunikation mit der Steuerungseinheit kann vorgesehensein. Der Detektor kann dazu verwendet werden, die Umdrehungen proMinute des Zentrifugenrotors festzustellen und das Motordrehmomentauf der Grundlage der vom Detektor festgestellten Umdrehungen proMinute herabzusetzen. In einigen Fällen kann die Steuerungseinheitdas Motordrehmoment auf Basis der vom Detektor festgestellten Umdrehungenpro Minute steigern.
    [0016] DieSteuerungseinheit kann in einem Ausführungsbeispiel der Erfindungdie Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors bestimmen und aufder Grundlage der festgestellten Umdrehungen pro Minute das Motordrehmomenteinstellen. Das Motordrehmoment kann in einigen Fällen über einenfestgestellten Drehzahlbereich hinweg auf ein konstantes Drehmomentverringert werden. Oder der Motordrehmomentausgang kann an jedeArt von mathematischer Kurve angepasst werden, wie beispielsweisean eine konstante PS-Kurve.
    [0017] Ineinem anderen Ausführungsbeispielder Erfindung umfasst ein Verfahren zur Steuerung des Drehmomenteines Motors die Schritte des Antreibens eines mit dem Motor verbundenenZentrifugenrotors, des Steigerns eines Motordrehmoments des Motorsauf einen festgelegten Wert, des Feststellens der Umdrehungen proMinute des Zentrifugenrotors, des Einstellens des Motordrehmomentsauf der Grundlage der festgestellten Umdrehungen pro Minute, desHerabsetzens des Motordrehmoments über einen Drehzahlbereich aufein konstantes Drehmoment und des Steigerns des Motordrehmoments, wenndie festgestellten Umdrehungen pro Minute außerhalb des Bereichs liegen.
    [0018] Somitwurden einigermaßenausführlichbestimmte Ausführungsbeispieleder Erfindung vorgestellt, damit deren detaillierte Beschreibungbesser verständlichsei und damit der vorliegende Beitrag zum Stand der Technik besseranerkannt werde. Es gibt natürlichzusätzlicheAusführungsbeispieleder Erfindung, die weiter unten beschrieben werden und den Gegenstandder angehängtenPatentansprüche bilden.
    [0019] Indiesem Zusammenhang und vor der Erörterung von mindestens einemAusführungsbeispiel derErfindung im Detail ist festzuhalten, dass die Erfindung in ihrerAnwendung nicht auf die Konstruktions- und Anordnungsdetails derKomponenten beschränktist, wie sie in der folgenden Beschreibung ausgeführt oderin den Zeichnungen illustriert sind. Die Erfindung ist zu zusätzlichenals den beschriebenen Ausführungsbeispielenfähig undkann auf unterschiedliche Weisen praktiziert und ausgeführt werden.Es ist zudem darauf hinzuweisen, dass die hier und in der ZusammenfassungbenütztePhraseologie und Terminologie nur beschreibenden Zweck haben undnicht einschränkendinterpretiert werden dürfen.
    [0020] Einschlägige Fachpersonenwerden mithin erkennen, dass die Konzeption, auf der diese Offenbarungbasiert, ohne Probleme als Grundlage für den Entwurf anderer Strukturen,Verfahren und Systeme zur Verwirklichung der unterschiedlichen Zieleder vorliegenden Erfindung dienen kann. Es ist deshalb wichtig,dass die Ansprücheso interpretiert werden, dass solche äquivalenten Konstruktioneneinbezogen sind, sofern sie nicht vom Geist und Geltungsumfang dervorliegenden Erfindung abweichen.
    [0021] 1 isteine Darstellung einer Zentrifuge.
    [0022] 2 isteine Darstellung mehrerer Motordrehmoment- und mehrerer Zentrifugenrotor-Luftreibkurven.
    [0023] 3 isteine Darstellung einer einzelnen Motordrehmomentkurve und einereinzelnen Zentrifugenrotor-Luftreibkurve.
    [0024] 4 istein Fließdiagramm,in dem die Schritte der vorliegenden Erfindung dargestellt sind.
    [0025] DieErfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungenbeschrieben, in denen sich gleiche Bezugszeichen durchgehend auf gleicheBauteile beziehen. Ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegendenErfindung schafft eine Steuerungseinheit, welche das Motordrehmomentgemäß einemLuftreibmomentlimit eines Zentrifugenrotors einstellt. Durch dieEinstellung des Motordrehmoments, so dass das Luftreibmomentlimitnicht überschrittenwird, wird die Möglichkeitvon Zentrifugenrotorunfällenreduziert.
    [0026] EinAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt. 1 isteine Illustration einer Zentrifuge 10. Die Zentrifuge 10 besitzt eineVerkleidung 12 und einen Behälter 14 in der Verkleidung 12.Das Gyro- oder Antriebswellengehäuse 18 hateine Welle 16, die sich durch das Gehäuse erstreckt und über eineKopplung 17 mit dem Motor 30 verbunden ist.
    [0027] EinAntriebskegel oder Vorsatzelement 20 ist auf der Spitzeder Welle 16 vorgesehen, wo ein Zentrifugenrotor 22 angebrachtund befestigt sein kann. Der Zentrifugenrotor 22 kann ein abnehmbarerZentrifugenrotor sein, so dass am Halteelement 20 unterschiedlichgroßeZentrifugenrotore austauschbar montiert werden können. Die Konfiguration eines Zentrifugenrotorskann variieren und so ausgeführt sein,dass Reibungskräfteerzeugt werden, so dass der Luftwiderstands- oder Luftreibmoment bei jeder Drehzahlbekannt ist, allgemein bekannt unter der Bezeichnung Luftreibmomentkurve.
    [0028] DieWelle 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 werdenkann. Andere Mechanismen sind Fachleuten bekannt und können inder vorliegenden Erfindung verwendet werden.
    [0029] EineSteuerungseinheit 32 ist in Kommunikation mit dem Motor 30.Die Steuerungseinheit 32 dient der Überwachung und Steuerung desAusgangs vom Motor 30. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 32 ineinem Ausführungsbeispielder Erfindung das Drehmoment steuern, das der Motor 30 beider Rotation des Zentrifugenrotors 22 generiert. Die Steuerungseinheitkann jede Art von digitalem oder analogem Prozessor sein.
    [0030] EinDetektor 34 ist in Kommunikation mit der Steuerungseinheit 32.Der Detektor 34 kann dazu verwendet werden, die Rotationsgeschwindigkeit oderandere Merkmale des Zentrifugenrotors festzustellen und diese Informationenauf die Steuerungseinheit 32 zu übertragen. In einem Ausführungsbeispielder Erfindung kann der Detektor in einer Position zur direkten Bestimmungder Umdrehungen pro Minute (UpM) platziert werden, mit denen sichder Zentrifugenrotor 22 dreht. Diese Messung kann in einigenAusführungsbeispielender Erfindung auch indirekt vorgenommen werden. Der Detektor 34 kann ineiner Position platziert werden, in der er UpM-Messungen des Motorswie dargestellt oder der Welle 16 vornimmt. Der Detektor 34 kannauch andere Messungen vornehmen, die nützliche Informationen für die Übertragungauf die Steuerungseinheit 32 darstellen, wie etwa die kinetischeEnergie des Zentrifugenrotors und das Luftreibmoment des Zentrifugenrotorsbei jeder Geschwindigkeit. Dies kann erreicht werden durch Messender Beschleunigungs- und Verzögerungsratendes Zentrifugenrotors bei niedrigen Geschwindigkeiten oder mit Hilfeanderer bekannter Methoden. Es wird darauf hingewiesen, dass mehrereDetektoren anwesend sein können,um unterschiedliche Messungen vorzunehmen.
    [0031] DerDetektor 34 und der Motor 30 können mittels festverdrahteterVerbindungen oder anderer, drahtloser Verbindungsarten, wie etwaInfrarot, in Kommunikation mit der Steuerungseinheit 32 sein.
    [0032] DerBetrieb der Zentrifuge 10 erfolgt wie folgt. Der Motor 30 dientdazu, den Zentrifugenrotor 22 anzutreiben. Der Motor 30 legt über dieKopplung 17 ein Drehmoment an die Antriebswelle 16 an.Die Lager im Antriebssystem 18 ermöglichen der Welle 16 dieRotation und gleichzeitig den Halt durch das Zentrifugenrotorantriebssystem 18.Der Zentrifugenrotor 22, der am Halteelement 20 derWelle 16 befestigt ist, wird dann in Rotation versetzt.
    [0033] DerDetektor 34 überwachtbestimmte Merkmale, wie die Umdrehungen pro Minute, der Welle 16 und/oderdes Motors 30. Der Detektor 34 überträgt dieseMerkmale dann auf die Steuerungseinheit 32. Unter Verwendungder vom Detektor 34 übertragenenInformationen stellt die Steuerungseinheit 32 das Drehmomentein, das der Motor 30 auf den Zentrifugenrotor 22 aufbringt.
    [0034] Für das untengegebene Beispiel wird angenommen, dass die Zentrifuge einen nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitswertvon 150.000 ft-Ibs Energie hat. Jede Zentrifuge wird so konzipiertund getestet, dass ein Energiewert eingehalten wird, der für die sichereNutzung der Zentrifuge geeignet ist.
    [0035] 2 isteine Darstellung eines Diagramms des Motordrehmoments im Vergleichzu 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-Ibsund flacht ab bei etwa 9 in-Ibs. Wenn die UpM etwa 15.500 erreichen,nimmt das Motordrehmoment ständigab.
    [0036] DieKurve 40 ist eine Luftreibkurve für einen ersten Zentrifugenrotor.Wenn der erste Zentrifugenrotor mit dem ersten Motor verwendet wird,wären die maximalenUpM bei etwa 11.800. Das ist das Luftreibmomentlimit des erstenZentrifugenrotors mit dem ersten Motor. Bei dieser Drehzahl liegtdie kinetische Energie des Rotors bei 123.586 ft-Ibs.
    [0037] DieKurve 42 ist eine Luftreibkurve für einen zweiten Zentrifugenrotor.Wenn der zweite Zentrifugenrotor mit dem ersten Motor verwendetwird, wären diemaximalen UpM bei etwa 13.000. Das ist das Luftreibmomentlimit deszweiten Zentrifugenrotors mit dem ersten Motor. Bei dieser Drehzahlliegt die kinetische Energie des Rotors bei 100.000 ft-Ibs.
    [0038] DieKurve 44 ist eine Luftreibkurve für einen dritten Zentrifugenrotor.Wenn der dritte Zentrifugenrotor mit dem ersten Motor verwendetwird, wärendie maximalen UpM bei etwa 15.300. Das ist das Luftreibmomentlimitdes dritten Zentrifugenrotors mit dem ersten Motor. Bei dieser Drehzahlliegt die kinetische Energie des Rotors bei 90.000 ft-Ibs.
    [0039] DieKurve 46 ist eine Luftreibkurve für einen vierten Zentrifugenrotor.Wenn der vierte Zentrifugenrotor mit dem ersten Motor verwendetwird, wärendie maximalen UpM bei etwa 16.800. Das ist das Luftreibmomentlimitdes vierten Zentrifugenrotors mit dem ersten Motor. Bei dieser Drehzahlliegt die kinetische Energie des Rotors bei 70.000 ft-Ibs.
    [0040] DieKurve 48 ist eine Luftreibkurve für einen fünften Zentrifugenrotor. Wennder fünfteZentrifugenrotor mit dem ersten Motor verwendet wird, wären diemaximalen UpM bei etwa 19.000. Das ist das Luftreibmomentlimit desfünftenZentrifugenrotors mit dem ersten Motor. Bei dieser Drehzahl liegtdie kinetische Energie des Rotors bei 50.000 ft-Ibs.
    [0041] Ausdem Voranstehenden geht hervor, dass die erste Motorkennlinie sobeschaffen ist, dass die Luftreibkurven 40, 42, 44, 46 und 48 dieHöchstgeschwindigkeitund damit die maximale kinetische Energie festlegen, die diese Zentrifugenrotorenunter Verwendung von Motor 1 erreichen können.
    [0042] Mitfortschreitender Technologie produziert die Motortechnik Motorenmit höheremDrehmoment, und Motor 1 kann durch verbesserte Motorenersetzt werden, wie von der zweiten Motorkennlinie 50 von Motor 2 veranschaulicht.Wie in 2 zu sehen, erhöht die zweite Motorkennlinie 50 imVergleich zur ersten Motorkennlinie 36 das Motordrehmomentauf einen Maximalwert von 15 in-Ibs. Dieser Drehmomentzuwachs istfür einenZentrifugenkunden wünschenswert,verkürzter doch die Zeit, die zur Beschleunigung des Rotors auf seine Betriebsgeschwindigkeitnötig ist.Folglich verkürztsich die Zeit, die zur Durchführungder erforderlichen Trennung erforderlich ist.
    [0043] DasDrehmoment bleibt konstant bis etwa 10.500 UpM. An diesem Punktist 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/63025ausgeführtwerden, Im vorliegenden Fall beträgt das Drehmoment bei 10.500UpM gleich 15 in-Ibs. Nachdem der maximale PS-Nennwert bei 10.500UpM erreicht wurde, geht das Drehmoment des Motors ständig zurück, so dassder 2,5-PS-Leistungseingang konstant ist.
    [0044] Dadie zweite Motorkennlinie 50 andere Merkmale aufweist alsdie erste Motorkennlinie 36, nimmt das Luftreibmomentlimitfür jededer Zentrifugenrotorkurven zu und folglich steigt die kinetische Energieder einzelnen Zentrifugenrotoren. Die kinetische Energie erhöht sichmit dem Quadrat der Drehzahl. Wenn beispielsweise die kinetischeEnergie eines Zentrifugenrotors 30.000 ft-lb bei 17.000 UpM ist unddie Drehzahl auf 20.000 UpM angestiegen ist, wäre seine kinetische Energie: 30.000·20.0002/17.0002 = 41.522ft-lb
    [0045] Aufgrunddes Anstiegs der kinetischen Energie muss der Zentrifugenkonstrukteurdarauf achten, den nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitswert der Zentrifugenicht zu überschreiten.Wird der nachgewiesene Schutzgehäuse-Sicherheitswert überschritten,sind eine umfangreiches Neukonstruktion und Testprogramm erforderlich.Die vorliegende Erfindung schafft für dieses Problem eine Lösung, ohneden Kundenvorteil einer erhöhtenBeschleunigung, ausgehend vom höherenMotordrehmoment, preiszugeben. Dies wird durch Fortführung desobigen Beispiels weiter erläutert.
    [0046] Wennder zweite Zentrifugenrotor mit dem zweiten Motor verwendet wird,zeigt die Luftreibkurve 42 an, dass die maximalen UpM beietwa 14.500 liegen. Bei dieser Drehzahl beträgt die kinetische Energie diesesRotors 124.400 ft-Ibs – nachwie vor weniger als der nachgewiesene Schutzgehäuse- Sicherheitsenergiewertvon 150.000 ft-Ibs.
    [0047] Wennder dritte Zentrifugenrotor mit dem zweiten Motor verwendet wird,zeigt die Luftreibkurve 44 an, dass die maximalen UpM beietwa 16.000 liegen. Bei dieser Drehzahl beträgt die kinetische Energie diesesRotors 98.423 ft-Ibs – nachwie vor weniger als der nachgewiesene Schutzgehäuse-Sicherheitsenergiewertvon 150.000 ft-Ibs.
    [0048] Wennder vierte Zentrifugenrotor mit dem zweiten Motor verwendet wird,zeigt die Luftreibkurve 46 an, dass die maximalen UpM beietwa 17.500 liegen. Bei dieser Drehzahl beträgt die kinetische Energie diesesRotors 75.954 ft-Ibs – nachwie vor weniger als der nachgewiesene Schutzgehäuse-Sicherheitsenergiewertvon 150.000 ft-Ibs.
    [0049] Wennder fünfteZentrifugenrotor mit dem zweiten Motor verwendet wird, zeigt dieLuftreibkurve 48 an, dass die maximalen UpM bei etwa 20.000liegen. Bei dieser Drehzahl beträgtdie kinetische Energie dieses Rotors 55.402 ft-Ibs – nach wievor weniger als der nachgewiesene Schutzgehäuse-Sicherheitsenergiewertvon 150.000 ft-Ibs.
    [0050] Wennder erste Zentrifugenrotor mit dem zweiten Motor verwendet wird,zeigt die Luftreibkurve 40 an, dass die maximalen UpM beietwa 13.700 liegen. 3 ist eine isolierte Darstellungder zweiten Motorkennlinie 50 und der zweiten Zentrifugenrotorkurve 40.Wie aus dieser Fig. zu ersehen ist, ist die Zentrifugenrotordrehzahlauf 13.700 begrenzt, wenn der Einker bungsabschnitt der Kurve fehlt.Bei 13.700 UpM liegt die kinetische Energie dieses Rotors bei 166.598ft-Ibs, womit der nachgewiesene Schutzgehäuse-Sicherheitswert der Zentrifugein diesem Beispiel um 11% überschrittenwird. Das Problem für denZentrifugenkonstrukteur liegt darin, wie ein sicherer Betrieb unddennoch eine optimale Beschleunigung sichergestellt werden können. Indiesem Fall wird das Drehmoment eingestellt, indem in der Drehmomentkurve 50 deszweiten Motors eine Einkerbung vorgenommen wird. Diese Einkerbungverringert den Drehmomentausgang des zweiten Motors auf etwa 10in-Ibs, womit die UpM von 12.200 auf 13.250 reduziert werden. DieEinkerbung begrenzt die Drehzahl des ersten Zentrifugenrotors auf12.600 UpM und die kinetische Energie auf 140.911 ft-Ibs – unterden 150.000 ft-Ibs des nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitsenergiewerts.Die Einkerbung in der Drehmomentkurve begrenzt nur die Maximaldrehzahldes ersten Zentrifugenrotors. Der erste Zentrifugenrotor kann nichtschneller betrieben werden als die Einkerbungsdrehzahl, wenn derLuftreibmoment dem Motordrehmoment entspricht, ist kein zusätzlichesDrehmoment fürdie Beschleunigung vorhanden. Der zweite, dritte, vierte und fünfte Zentrifugenrotorsind nicht durch die Einkerbung begrenzt, weil im Drehzahlbereich12.200 bis 13.250 UpM der Luftreibmoment dieser Rotoren unter 10 in-Ibsliegt. Die Beschleunigungsleistung dieser Zentrifugenrotoren wirdaufgrund des engen Drehzahlbereichs dieser Einkerbung nicht signifikantbeeinträchtigt.
    [0051] 4 istein Fließdiagramm,in dem die Verfahrensschritte der vorliegenden Erfindung dargestelltsind. In Schritt 52 wird das Motordrehmoment des Motors 30 aufeinen bestimmten Wert angehoben. Wie in 3 dargestellt,wird das Motordrehmoment des zweiten Motors auf ein Motordrehmoment von15 in-Ibs erhöht.
    [0052] InSchritt 54 überwachtder Detektor 34 die Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors 22 und überträgt dieseInformationen auf die Steuerungseinheit 32. Wenn die Umdrehungenpro Minute einen bestimmten Bereich erreichen, in diesem Fall 12.200bis 13.250 UpM, sendet die Steuerungseinheit 32 ein Signalan den Motor 30 zum Einstellen des Motordrehmoments desMotors (Schritt 56).
    [0053] InSchritt 58 wird das Motordrehmoment über einen Bereich von Umdrehungenpro Minute auf eine Konstante herabgesetzt. Im vorliegenden Fallwird es übereinen Bereich von annähernd12.200 Umdrehungen pro Minute bis 13.250 Umdrehungen pro Minuteauf 10 in-Ibs reduziert. Dies schafft eine einkerbungsähnlicheForm, wie in 3 dargestellt, welche die Drehzahldes ersten Zentrifugenrotors auf 12.600 UpM begrenzt, was in einekinetische Energie von 140.911 ft-lbs übersetzt wird. Dies hindertden Zentrifugenrotor an einer Überschreitungdes nachgewiesenen Zentrifugensicherheitslimits. Auf diese Weise wirddie Möglichkeiteines Zentrifugenrotorunfalls durch Überschreiten des nachgewiesenenSicherheitslimits der Zentrifuge ausgeschaltet.
    [0054] InSchritt 60 wird – nachdemder Detektor 34 eine Überschreitungvon 13.250 UpM festgestellt hat – das Motordrehmoment auf etwa11,9 in-Ibs erhöht, umanschließendder Kennlinie der zweiten Motorkennlinie 50 zu folgen.
    [0055] Diezahlreichen Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der detailliertenBeschreibung hervor, und dem entsprechend wird mit den angehängten Ansprüchen dasZiel verfolgt, alle Merkmale und Vorteile der Erfindung zu erfassen,die in den Geist und Geltungsbereich der Erfindung fallen. Da sichfür Fachleutezudem ohne Schwierigkeiten zahlreiche Modifikationen und Variationenergeben, ist nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die exakte Konstruktionund Betriebsweise zu beschränken,wie dies illustriert und beschrieben wurde, und folglich können sämtlichegeeigneten Modifikationen und Äquivalenteeinbezogen werden, die in den Geltungsbereich der Erfindung fallen.
    权利要求:
    Claims (22)
    [1] Verfahren zur Steuerung des Drehmoments einesMotors, folgende Schritte umfassend: Antreiben eines mit demMotor verbundenen Zentrifugenrotors, Erhöhen eines Motordrehmomentsdes Motors auf einen festgelegten Wert und Einstellen des Motordrehmomentsgemäß einem Luftreibmomentlimitdes Zentrifugenrotors zur Begrenzung der kinetischen Energie desZentrifugenrotors.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Motordrehmomentso eingestellt wird, dass es dem Luftreibmoment eines Zentrifugenrotorsbei einer Geschwindigkeit oder einem kinetischen Energiewert entspricht,der nicht die Überschreitungdes nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitslimitsder Zentrifuge bewirkt.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Motordrehmomentso herabgesetzt wird, dass es dem Luftreibmoment eines Zentrifugenrotorsbei einer Geschwindigkeit oder einem kinetischen Energiewert entspricht,der nicht die Überschreitungdes nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitslimitsder Zentrifuge bewirkt.
    [4] Verfahren nach Anspruch 3, des weiteren den Schrittder Feststellung von Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotorsumfassend.
    [5] Verfahren nach Anspruch 4, des weiteren den Schrittder Anhebung des Motordrehmoments auf Basis der festgestellten Umdrehungenpro Minute umfassend.
    [6] Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt derEinstellung des Motordrehmoments des weiteren folgende Schritteumfasst: Feststellen der Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotorsund Einstellen des Motordrehmoments auf der Grundlage der festgestelltenUmdrehungen pro Minute.
    [7] Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Motordrehmoment über einenBereich festgestellter Umdrehungen pro Minute auf ein konstantesDrehmoment herabgesetzt wird.
    [8] System zur Steuerung des Drehmoments eines Motors,umfassend: Mittel zum Antrieb eines mit dem Motor verbundenen Zentrifugenrotors, Mittelzur Steigerung eines Motordrehmoments des Motors auf einen festgelegtenWert und Mittel zum Einstellen des Motordrehmoments, damit esdem Luftreibmomentlimit eines Zentrifugenrotors bei einer Geschwindigkeitoder einem kinetischen Energiewert entspricht, der nicht die Überschreitung desnachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitslimitsder Zentrifuge bewirkt.
    [9] System nach Anspruch 8, wobei das Mittel zur Einstellungdes Motordrehmoments das Motordrehmoment so einstellt, dass es einefestgelegte Drehmomentkurve oder Drehmomenteinstellung nicht überschreitet.
    [10] System nach Anspruch 8, wobei das Mittel zur Einstellungdes Motordrehmoments das Motordrehmoment so herabsetzt, dass esdem Luftreibmomentlimit eines Zentrifugenrotors bei einer Geschwindigkeitoder einem kinetischen Energiewert entspricht, der nicht die Überschreitungdes nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitslimitsder Zentrifuge bewirkt.
    [11] System nach Anspruch 10, des weiteren Mittel zurFeststellung von Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors umfassend.
    [12] System nach Anspruch 11, des weiteren Mittel zurSteigerung des Motordrehmoments auf Basis der festgestellten Umdrehungenpro Minute umfassend.
    [13] System nach Anspruch 8, wobei das Mittel zur Einstellungdes Motordrehmoments des weiteren umfasst: Mittel zur Feststellungvon Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors und Mittelzur Einstellung des Motordrehmoments auf Basis der festgestelltenUmdrehungen pro Minute.
    [14] System nach Anspruch 13, wobei das Motordrehmoment über einenBereich festgestellter Umdrehungen pro Minute auf ein konstantesDrehmoment reduziert wird.
    [15] Vorrichtung zur Steuerung des Drehmoment eines Motors,umfassend: eine mit dem Motor verbundene Welle, einenan die Welle gekoppelten Zentrifugenrotor, wobei der Motor die Welleantreibt und damit den Zentrifugenrotor bewegt, eine Steuerungseinheitin Kommunikation mit dem Motor, wobei die Steuerungseinheit einMotordrehmoment des Motors auf einen bestimmten Wert steigert undwobei das Motordrehmoment so eingestellt wird, dass es dem Luftreibmomentlimiteines Zentrifugenrotors bei einer Geschwindigkeit entspricht, die nichtdie Überschreitungdes nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitslimitsder Zentrifuge bewirkt.
    [16] Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Steuerungseinheitdas Motordrehmoment so einstellt, dass es dem Luftreibmomentlimiteines Zentrifugenrotors bei einer Geschwindigkeit entspricht, die nichtdie Überschreitungdes nachgewiesenen Schutzgehäuse-Sicherheitslimitsder Zentrifuge bewirkt.
    [17] Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Steuerungseinheitdas Motordrehmoment so herabsetzt, dass es dem Luftreibmomentlimiteines Zentrifugenrotors bei einer Geschwindigkeit oder einem kinetischenEnergiewert entspricht, der nicht die Überschreitung des nachgewiesenenSchutzgehäuse-Sicherheitslimitsder Zentrifuge bewirkt.
    [18] Vorrichtung nach Anspruch 15, des weiteren umfassendeinen Detektor in Kommunikation mit der Steuerungseinheit, wobeider Detektor Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors feststelltund die Steuerungseinheit das Motordrehmoment auf Basis der vomDetektor festgestellten Umdrehungen pro Minute herabsetzt.
    [19] Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Steuerungseinheitdas Motordrehmoment auf Basis der vom Detektor festgestellten Umdrehungenpro Minute steigert.
    [20] Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Steuerungseinheitdie Umdrehungen pro Minute des Zentrifugenrotors feststellt unddas Motordrehmoment auf Basis der festgestellten Umdrehungen pro Minuteeinstellt.
    [21] Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Motordrehmoment über einenBereich festgestellter Umdrehungen pro Minute auf ein konstantesDrehmoment herabgesetzt wird.
    [22] Verfahren zur Steuerung des Drehmoments eines Motors,folgende Schritte umfassend: Antreiben eines mit dem Motorverbundenen Zentrifugenrotors, Steigern eines Motordrehmomentsdes Motors auf einen bestimmten Wert, Feststellen von Umdrehungenpro Minute des Zentrifugenrotors, Einstellen des Motordrehmomentsauf Basis der festgestellten Umdrehungen pro Minute, Herabsetzendes Motordrehmoments auf ein konstantes Drehmoment über einenBereich von Umdrehungen pro Minute und Steigern des Motordrehmoments,wenn die festgestellten Umdrehungen pro Minute außerhalbdes Bereichs liegen.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JP2004337851A|2004-12-02|
    JP3902195B2|2007-04-04|
    US6747427B1|2004-06-08|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-09-22| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
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