DE1234418B - Device for interrupting the drive of a centrifuge when a predetermined high rotational speed is exceeded - Google Patents
Device for interrupting the drive of a centrifuge when a predetermined high rotational speed is exceededInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
(Λί 3 10 1 (Λί 3 10 1
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Deutsche KL: 421-6/01German KL: 421-6 / 01
1234 418
B63102IXb/421
30.Juni 1961
16. Februar 19671234 418
B63102IXb / 421
June 30, 1961
February 16, 1967
Die Erfindung bezieht sich auf Ultrazentrifugen mit hoher Drehgeschwindigkeit.The invention relates to high speed ultracentrifuges.
Infolge der in Ultrazentrifugen angewendeten hohen Drehgeschwindigkeiten ist es nicht möglich, die Zentrifugenläufer mit dem üblicherweise zur Anwendung gelangenden Sicherheitsfaktor zu bauen. Übermäßig hohe Geschwindigkeiten können ein Bersten der Zentrifugenläufer verursachen, Beschädigung anderer Apparateteile und sogar Verletzungen des Bedienungspersonals nach sich ziehen.Due to the high rotational speeds used in ultracentrifuges, it is not possible to to build the centrifuge rotors with the safety factor that is usually used. Excessively high speeds can cause the centrifuge rotors to burst, causing damage other parts of the apparatus and even injuries to the operating personnel.
Gewöhnlich gehören zu einer Zentrifuge Zentrifugenläufer verschiedener Größen, um das Gerät verschiedenartigen Aufgaben und unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten anzupassen. So kann beispielsweise ein Läufer für Trennvorgänge bei Drehgeschwindigkeiten bis zu 20000 Umdrehungen pro Minute ausgelegt sein, während ein anderer Läufer der Zentrifuge für die Drehgeschwindigkeiten bis zu 40 000 Umdrehungen pro Minute bemessen sein kann. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, daß das Bedienungspersonal für eine ausgewählte Geschwindigkeit einen falschen Läufer verwendet, was zur Folge haben kann, daß die zulässige Betriebsgeschwindigkeit des gerade eingesetzten Zentrifugenläufers überschritten wird.Usually a centrifuge includes centrifuge rotors of various sizes around the device to adapt different tasks and different rotation speeds. For example a rotor for separating processes at rotational speeds of up to 20,000 revolutions per Be designed to be designed while another runner of the centrifuge for the rotational speeds up to 40 000 revolutions per minute can be measured. This creates the possibility that the Operating personnel used a wrong runner for a selected speed, resulting in This can have the consequence that the permissible operating speed of the centrifuge rotor currently in use is exceeded.
In der USA.-Patentschrift 2 666 572 ist eine Zentrifuge beschrieben, deren Läufer mechanische Geschwindigkeitsbegrenzer aufweisen. Diese Sicherheitsvorrichtung besteht darin, daß an dem Zentrifugenläufer ein radial verschiebbarer Bolzen vorgesehen ist, der normalerweise durch einen den Bolzen quer durchsetzenden Stift in einer zurückgezogenen Stellung gehalten wird. Überschreitet die Umdrehungsgeschwindigkeit des Zentrifugenläufers eine -vorgeschriebene Umdrehungszahl, so wird unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft der Stift abgeschert, so daß der Bolzen sich radial nach außen verschiebt, gegen den Betätigungsarm eines Schalters anschlägt und dadurch den Antriebsmotor abschaltet.US Pat. No. 2,666,572 describes a centrifuge whose rotor has mechanical speed governors exhibit. This safety device consists in that on the centrifuge rotor a radially displaceable bolt is provided, which is normally transverse through one of the bolts penetrating pin is held in a retracted position. Exceeds the speed of rotation of the centrifuge rotor has a prescribed number of revolutions, then under the Influence of centrifugal force the pin shears off, so that the bolt moves radially outwards, strikes against the actuating arm of a switch and thereby switches off the drive motor.
Bei dieser Anordnung wirkt es sich nachteilig aus, daß bei der Herstellung derartiger Stifte die Härte und der Durchmesser und ihre Abscherfähigkeit schwer einzuhalten sind.In this arrangement, it is disadvantageous that the hardness in the manufacture of such pins and the diameter and its ability to shear off are difficult to maintain.
Die Abschereigenschaften des Stiftes hängen außerdem von der Schärfe der abscherenden Kanten und der gegenseitigen Passung des Bolzens in der ihn umgebenden Hülse ab. Sowohl Grate an den für den Abscherstift vorgesehenen Löchern als auch eine übermäßige Entgratung können sich in der Weise auswirken, daß sich beträchtliche Unterschiede der Geschwindigkeiten ergeben, bei denen der Sicherheitssrift abschert.The shearing properties of the pencil also depend on the sharpness of the shearing edges and the mutual fit of the bolt in the sleeve surrounding it. Both ridges on the for the Shear pin holes provided as well as excessive deburring can get in the way have the effect that there are considerable differences in the speeds at which the security script shears off.
Vorrichtung zum Unterbrechen des Antriebes
einer Zentrifuge bei Überschreiten einer
vorgegebenen hohen DrehgeschwindigkeitDevice for interrupting the drive
a centrifuge when one
predetermined high speed of rotation
Anmelder:Applicant:
Beckman Instruments, Inc.,Beckman Instruments, Inc.,
Fullerton, Calif. (V. St. A.)Fullerton, Calif. (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,Dr. phil. G. B. Hagen, patent attorney,
München-Solln, Franz-Hals-Str. 21Munich-Solln, Franz-Hals-Str. 21
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Richard Clifford Stallman, San Carlos, Calif.;Richard Clifford Stallman, San Carlos, Calif .;
Edvard Martin Pedersen,Edvard Martin Pedersen,
Palo Alto, Calif. (V. St. A.)Palo Alto, Calif. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
V. St. v. Amerika vom 3. August 1960 (47 271)V. St. v. America 3 August 1960 (47 271)
Unter diesen Umständen schlägt die Erfindung vor, die Auslösung des unter der Wirkung der Zentrifugalkraft sich radial nach außen verschiebenden Bolzens nicht von der Abscherung eines ihn quer durchsetzenden Sicherungsstiftes abhängig zu machen, sondern die Auslösung des Bolzens auf einer Zerreißerscheinung des Materials zu gründen, die sich bei Überschreiten der zulässigen Drehgeschwindigkeit einstellt.Under these circumstances, the invention proposes the release of the under the action of centrifugal force radially outwardly displaced bolt is not affected by the shearing of a transversely penetrating it To make the locking pin dependent, but the triggering of the bolt on a tear phenomenon of the material to be grounded when the permissible rotational speed is exceeded adjusts.
Eine Vorrichtung zum Unterbrechen des Antriebs einer Zentrifuge bei Überschreiten einer vorgegebenen hohen Drehgeschwindigkeit unter Anwendung eines am Zentriiugenläufer angebrachten, infolge der Zentrifugalkraft sich radial verschiebenden Bolzens, der bei zu hoher Drehzahl mit fest angeordneten, der Abschaltung des Motorantriebs dienenden Teilen in Eingriff kommt, normalerweise aber von einem Sperrmittel in einer zurückgezogenen Lage gehalten wird, in der eine Berührung mit den fest angeordneten, der Abschaltung dienenden Teile nicht erfolgt, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß der Bolzen an seinem der Drehachse der Zentrifuge zugewendeten Ende ein ihn in seiner unwirksamen Lage zurückhaltendes, mit dem Läufer fest verbundenes Ansatzstück aufweist und das Ansatzstück bei Überschreiten der zulässigen Drehgeschwindigkeit infolge Zugbeanspruchung zerreißt.A device for interrupting the drive of a centrifuge when a predetermined value is exceeded high speed of rotation using a mounted on the centrifugal rotor, as a result of the Centrifugal force radially displacing bolt, which at too high a speed with fixed, the Shutdown of the motor drive serving parts comes into engagement, but usually by one Locking means is held in a retracted position in which contact with the fixed, the shutdown serving parts does not take place, characterized according to the invention in that the bolt at its end facing the axis of rotation of the centrifuge makes it ineffective Position restrained, with the runner firmly connected extension piece and the extension piece at Exceeding the permissible rotational speed ruptures due to tensile stress.
Diese Merkmale der Erfindung sowie die Merkmale der Unteransprüche werden durch die folgendeThese features of the invention as well as the features of the subclaims are indicated by the following
709 5093&8709 5093 & 8
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter veranschaulicht.Description of a preferred embodiment of the subject matter of the invention with reference to FIG Drawings further illustrated.
F i g. 1 ist ein Schnitt durch eine mit der Erfindung ausgestattete Zentrifuge;F i g. 1 is a section through one embodying the invention equipped centrifuge;
F i g. 2 ist ein Schnitt längs Linie 2-2 der F i g. 1 im vergrößerten Maßstab;F i g. Figure 2 is a section along line 2-2 of Figure 2. 1 on an enlarged scale;
F i g. 3 ist ein schematisches Schaltbild und zeigt eisen elektrischen Stromkreis zur Steuerung und zum Antrieb des Motors.F i g. 3 is a schematic circuit diagram showing an electrical circuit for control and operation to drive the motor.
Gemäß F i g. 1 enthält die Zentrifuge einen Läufer 10 mit Bohrungen 11 für die Aufnahme der zu behandelnden Stoffe. Eine senkrecht verlaufende Welle 12 wird von einem Wellenlager 13 geführt und kann von einem Elektromotor über ein geeignetes Getriebe angetrieben werden. Das Unterende des Läufers ist mit einer Öffnung 14 versehen, die um das Oberende der Welle paßt. Die Welle und der Läufer sind durch einen an der Welle exzentrisch angeordneten Stift 16 und einen am Läufer angeordneten Stift 17 in bezug auf gemeinsame Drehung miteinander gekuppelt. According to FIG. 1, the centrifuge contains a rotor 10 with bores 11 for receiving the to be treated Fabrics. A vertically extending shaft 12 is guided by a shaft bearing 13 and can be driven by an electric motor via a suitable gearbox. The bottom of the runner is provided with an opening 14 which fits around the top of the shaft. The wave and the runner are by a pin 16 arranged eccentrically on the shaft and a pin 17 arranged on the rotor coupled with respect to common rotation.
Der Läufer kann in einer gekühlten Auskleidung einer geeigneten Vakuumkammer angeordnet sein; die Deckplatte der Kammer ist abnehmbar, um den Zugang zum Zwecke einer Entfernung und Wiedereinsetzung von Läufern zu erleichtern. Der Boden 18 der Auskleidung kann mittels einer Manschette 21 am Boden 19 der Vakuumkammer befestigt sein. Eine Vakuumdichtung 22 aus Gummi oder einem ähnlichen elastischen Material erstreckt sich vom Boden 19 zum Wellenlager 13; sie wird durch eine Feder 23 auseinandergezogen, um ihre Endflächen in dichter Lage an den abzudichtenden Metallflächen zu halten.The rotor can be arranged in a cooled lining of a suitable vacuum chamber; the top panel of the chamber is removable for access for removal and replacement of runners to facilitate. The bottom 18 of the liner can be cuffed 21 be attached to the bottom 19 of the vacuum chamber. A vacuum seal 22 made of rubber or a similar elastic material extends from the bottom 19 to the shaft bearing 13; it is through a Spring 23 pulled apart so that its end faces are in close proximity to the metal surfaces to be sealed to keep.
Die erfindungsgemäß verwendete Sicherheitsvorrichtung umfaßt ein durch Zentrifugalkraft betätigtes Glied 24, dieses ist im unteren Teil des Läufers angebracht. Es enthält ein rohrförmiges Gehäuse 26 mit einem Außengewinde zum Einschrauben in eine Gewindebohrung 27 im Läuferrumpf. In dem Gehäuse 26 ist ein Bolzen 28 gleitbar angeordnet, der Bolzen hat einen stufenförmigen Absatz, der eine ringförmige Schulter 29 bildet. Die Bohrung 31 zur Aufnahme des Bolzens ist gleichfalls stufenförmig ausgebildet und formt eine Schulter 32, an die sich die Schulter 29 anlegt, wenn der Bolzen radial nach außen gleitet.The safety device used in the present invention comprises one operated by centrifugal force Link 24, this is attached in the lower part of the runner. It includes a tubular housing 26 with an external thread for screwing into a threaded hole 27 in the rotor body. In the case 26, a bolt 28 is slidably arranged, the bolt has a step-shaped shoulder, the one annular shoulder 29 forms. The bore 31 for receiving the bolt is also stepped formed and forms a shoulder 32 against which the shoulder 29 rests when the bolt moves radially slides outside.
Der Bolzen ist an seinem inneren Ende mit einer Kappe 33 versehen, die am inneren Ende 34 des Gehäuses 26 anliegt und den Bolzen 28 normalerweise in der zurückgezogenen Stellung innerhalb des Gehäuses 26 hält. Ein Abschnitt verringerten Durchmessers bildet einen Hals 36 in dem Bolzen. Der Hals hat die geringste Zugfestigkeit des gesamten Bolzens, so daß bei einer übermäßigen Steigerung der Drehgeschwindigkeit des Läufers und damit bei einem übermäßigen Ansteigen der Zentrifugalkraft durch den ansteigenden Zug ein Zerreißen im Halsabschnitt eintritt. Die Zugfestigkeit des Halsabschnitts wird so gewählt, daß der Hals bei einer vorbestimmten Zentrifugalkraft durch den Bolzen 28 unter der Wirkung der Zugkräfte reißt und damit den Bolzen 28 freigibt, so daß dieser in eine vorgeschobene, in F i g. 2 in gestrichelten Linien angedeutete Stellung gleitet. Zur Anpassung an unterschiedliche Betriebsgeschwindigkeiten wird der Durchmesser des Halsabschnitts seändert.The bolt is provided at its inner end with a cap 33, which is provided at the inner end 34 of the housing 26 and the bolt 28 is normally in the retracted position within the housing 26 holds. A reduced diameter portion forms a neck 36 in the bolt. Of the Neck has the lowest tensile strength of the entire bolt, so that when the Speed of rotation of the rotor and thus in the event of an excessive increase in centrifugal force rupture occurs in the neck portion during the rising tension. The tensile strength of the neck portion becomes so chosen that the neck at a predetermined centrifugal force tears through the bolt 28 under the effect of the tensile forces and thus releases the bolt 28, so that this in a forward, in F i g. 2 position indicated in dashed lines slides. To accommodate different operating speeds, the diameter of the neck portion changes.
Der Rumpf des Bolzens kann aus Stahl angefertigt und nach der Bearbeitung getempert werden, um alle Reste einer Bearbeitungshärtung zu entfernen. Durch diese Maßnahme und die Anwendung eines HaIs-The body of the bolt can be made from steel and after machining it can be tempered to all Remove residues of machining hardening. Through this measure and the use of a shark
S abschnitts mit vollem Radius wird eine Spannungskonzentration am Hals vermieden. With the full radius section, stress concentration on the neck is avoided.
Es ist ohne weiteres einzusehen, daß die für ein Reißen erforderliche Geschwindigkeit auch durch entsprechende Anpassung des Durchmessers desIt will be readily appreciated that the speed required for tearing will also go through appropriate adjustment of the diameter of the
ίο Bolzenrumpfes geändert werden kann; indem der
Rumpf leichter oder schwerer ausgebildet wird, kann die Höhe der auf den Halsteil ausgeübten Kraft geregelt
werden.
Ein gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeter Bolzen wurde aufgehängt und zur Prüfung
der Kriechdehnung belastet. Die beobachtete Kriechdehnung war vernachlässigbar gering. Weiterhin
wurde ein Bolzen einer großen Anzahl von Schnellstarts unterworfen, um festzustellen, ob der HaIsabschnitt
ermüdet. Es ergab sich keinerlei Hinweis auf irgendeine Ermüdung bei wiederholten Anlauf-
und Haltevorgängen. Bei einer Prüfung des Bolzens wurde weiterhin festgestellt, daß der Bolzen bei der
Zugfestigkeitsgrenze bricht, aber nicht infolge von Spannungen oder Spannungskonzentrationen, die
auf den Halsteil zurückzuführen sind.ίο bolt body can be changed; by making the trunk lighter or heavier, the amount of force exerted on the neck portion can be regulated.
A bolt designed as described above was suspended and loaded to test the creep. The creep elongation observed was negligibly small. Furthermore, a bolt was subjected to a large number of quick starts to determine whether the shank section was fatigued. There was no evidence of any fatigue from repeated starting and stopping operations. When the bolt was tested, it was also found that the bolt breaks at the tensile strength limit, but not as a result of stresses or stress concentrations attributable to the neck portion.
Angrenzend an den von dem Glied 24 durchlaufenen Weg ist ein elektrischer Leiter 41 (Fig. 1) in Form eines senkrecht stehenden Drahtes oder herausschlagbaren Stiftes angeordnet. Gemäß der Darstellung drückt das Oberende dieses Stiftes 41 gegen einen Federmetallstreifen 42. Dieser Streifen ist entsprechend gebogen, daß er nach innen unter eine ringförmige Platte 43 reicht und in elektrische Verbindung mit dem Oberende eines (nicht dargestellten) elektrischen Anschlußbolzens kommt. Das Unterende des Stiftes 41 ist am Oberende eines Bolzens 46 befestigt, der wiederum über einen Metallstreifen 47 mit einem Anschlußbolzen 48 elektrisch verbunden ist. Die unteren Enden der Anschlußbolzen sind für den elektrischen Anschluß eines Stromkreises zugänglich, der zur Kontrolle der Energiezuführung des Antriebsmotors dient.Adjacent to the path traversed by the link 24 is an electrical conductor 41 (FIG. 1) arranged in the form of a vertical wire or knock-out pin. According to the Illustration presses the top of this pin 41 against a spring metal strip 42. This strip is bent so that it reaches inward under an annular plate 43 and into electrical Connection to the upper end of an electrical connection bolt (not shown) comes. The lower end of the pin 41 is attached to the upper end of a bolt 46, which in turn is via a metal strip 47 is electrically connected to a connecting bolt 48. The lower ends of the connecting bolts are accessible for the electrical connection of a circuit that controls the Energy supply of the drive motor is used.
Wie in F i g. 2 dargestellt, ragt der Stift 41 in dem Weg der Bewegung des Bolzens 28, wenn der Bolzen gemäß der gebrochenen Linien in einer vorgeschobenen Stellung liegt. Es ist klar, daß der Bolzen 28 bei einem Vorspringen infolge zu hoher Drehzahl des Läufers sofort den elektrischen Stromkreis unterbricht, indem er den Leitungsstift 41 zerbricht oder herausschlägt.As in Fig. 2, the pin 41 protrudes in the path of movement of the bolt 28 when the bolt is in an advanced position according to the broken lines. It is clear that the bolt 28 at a protrusion due to excessive speed of the rotor immediately interrupts the electrical circuit, by breaking or knocking out the lead pin 41.
Die im einzelnen gewählten Verbindungen zwischen dem herausschlagbaren Stift 41 und dem Antriebsmotor können verschieden sein, sie sollten jedoch so erfolgen, daß der Bruch des Stiftes entweder die Stromzuführung zum Motor vollständig unterbricht oder die Betriebsweise des Motors oder des Antriebs über die vorhandene Geschwindigkeitsregelung so verändert, daß das Drehmoment und die Laufgeschwindigkeit verringert werden.The individually selected connections between the knockout pin 41 and the Drive motors can be different, but they should be done so that the breakage of the pin either the power supply to the motor is completely interrupted or the operating mode of the motor or of the drive changed via the existing speed control so that the torque and the running speed can be reduced.
Eine geeignete Anordnung ist schematisch in F i g. 3 dargestellt. In diesem Beispiel treibt der mit veränderlicher Geschwindigkeit laufende elektrische Antriebsmotor 51 den Läufer durch ein die Drehzahl vervielfachendes Getriebe 52.A suitable arrangement is shown schematically in FIG. 3 shown. In this example it is drifting along variable speed running electric drive motor 51 the rotor by a speed multiplying gear 52.
Ein üblicher magnetischer Anlasser 53 ist zwischen Motor und Stromquelle geschaltet. An den Anlasser 53 ist ein Stromkreis 56 angeschlossen, der beiA conventional magnetic starter 53 is connected between the motor and the power source. To the starter 53 is a circuit 56 connected to the
öffnung die Stromzuführung zum Motor 51 unterbricht. Der leitende Stift 41 ist in Reihe in den Stromkreis 56 geschaltet, so daß bei einem Bruch des Stiftes 41 der Stromkreis geöffnet und der Stromfluß zum Motor 51 unterbrochen wird.Opening interrupts the power supply to the motor 51. The conductive pin 41 is connected in series in the circuit 56, so that in the event of a break of the pin 41, the circuit is opened and the current flow to the motor 51 is interrupted.
Es ist ersichtlich, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung einen sicheren Schutz gegen den Betrieb von Ultrazentrifugenläufern mit übermäßig hohen Drehgeschwindigkeiten bietet. Die Sicherheitsvorrichtung kann fabrikatorisch hergestellt und eingebaut werden, um den gewünschten Schutz gegen übermäßig hohe Drehgeschwindigkeiten des betrachteten Geräteteils sicherzustellen. Wenn mehrere verschiedene Läufer in der gleichen Apparatur verwendet, aber für verschiedene Drehgeschwindigkeiten ausgebildet sind, so wird der erforderliche Schutz sofort in Übereinstimmung mit der Ausbildung des Läufers vorgesehen. Der Schutz ist sicher und zuverlässig in seiner Wirkung, die Vorrichtung kann so hergestellt werden, daß sie innerhalb verhältnismäßig enger Grenzen arbeitet. Wenn die vorgeschriebene Betriebsgeschwindigkeit überschritten worden und der Stift vorgeglitten ist, um den Antrieb durch den Motor zu unterbrechen, so ist es verhältnismäßig einfach, das Gehäuse zu entfernen, einen neuen Bolzen einzulegen und das Gehäuse wieder in den Läufer einzubauen. Der herausgeschlagene Stift 41 kann ebenfalls bequem ersetzt werden, um das Gerät wieder betriebsbereit zu machen.It can be seen that the device according to the invention provides reliable protection against operation of ultracentrifuge rotors with excessively high rotational speeds. The safety device can be manufactured and installed in the factory to provide the desired protection against ensure excessively high rotational speeds of the device part under consideration. If several different runners used in the same apparatus, but for different rotational speeds are trained, the required protection is immediately provided in accordance with the training of the runner provided. The protection is safe and reliable in its effect, the device can be made to operate within relatively narrow limits. if the prescribed operating speed has been exceeded and the pin has slid forward to interrupt the drive by the motor, it is relatively easy to remove the housing, insert a new bolt and reinstall the housing in the rotor. Of the Knocked out pin 41 can also be easily replaced to make the device operational again close.
Claims (6)
USA.-Patentschrift Nr. 2 666 572.Considered publications:
U.S. Patent No. 2,666,572.
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- 1961-05-09 GB GB16769/61A patent/GB903209A/en not_active Expired
- 1961-06-30 DE DEB63102A patent/DE1234418B/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB903209A (en) | 1962-08-15 |
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