Anlaufgerät für den Kompressor einer Kühlzentrifuge

Die Erfindung bezieht sich auf ein Anlaufgerät für eine Kühlzentrifuge entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Laborzentrifugen, insbesondere Kühlzentrifugen werden im medizinisch-pharmazeutischen Bereich in vielfältiger Form zur Behandlung eines durch Zentrifugation in seine Komponenten zu zerlegenden Stoffgemisches benutzt, wobei dieser Prozess in Abhängigkeit von den chemisch-physikalischen Eigenschaften des Stoffgemisches unter - bezogen auf den Umgebungszustand - abweichenden Druck- und Temperaturverhältnissen durchgeführt werden muss. Dies erfordert in vielen Fällen eine besondere Ausbildung des Zentrifugengehäuses, insbesondere die Unterbringung des Zentrifugen rotors innerhalb eines solchen Kessels, dessen Innenraumtemperierbar kühlbar ist. Diese Zentrifugen weisen somit einen Kältemittelkreislauf auf, in den ein Kompressor eingebunden ist.

Das Anlaufen des Kompressors einer Kühlzentrifuge über eine Direkteinschaltung ist durch hohe Anlaufströme gekennzeichnet, welche kurzfristig bis zum achtfachen eines Nennstromes und mehr steil ansteigen und anschließend ebenso steil wieder abfallen können. Dies zieht über die Netzimpedanz einen Spannungseinbruch nach sich, der u. U. Flicker erzeugen kann. Hierunter versteht man Schwankungen in der Versorgungsspannung eines Netzes, welche sich bei anderen angeschlossenen Verbrauchern bemerkbar machen und beispielsweise als Leuchtdichteänderungen eines Leuchtmittels visuell wahrnehmbar sind. Für derartige Spannungsfluktuationen, die ein an ein öffentliches Niederspannungsnetz angeschlossenes Gerät auslösen darf, bestehen gesetzliche Vorschriften, hier beispielsweise die Europäische Norm EN 61000-3-3, welche für die Größe und die Dauer dieser Fluktuationen Obergrenzen definiert.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Anlaufgerät der eingangs bezeichneten Art zu konzipieren, welches zur Verwendung in Verbindung mit einer Kühlzentrifuge be-

BESTÄTIGUNGSKOPIE stimmt ist und ein flickerfreies Anlaufen deren Kompressors ermöglicht. Es soll zumindest ein flickerreduziertes, der eingangs genannten Norm genügendes

Anlaufen des Kompressors erreicht werden. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem solchen Anlaufgerät durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Erfindungswesentlich ist hiernach eine Anlaufschaltung, die zur temporären Stromversorgung des Antriebs des Kompressors bestimmt ist, nämlich während wenigstens eines Teiles der für einen Anlauf des Antriebs benötigten Zeit. Als Anlaufzeit soll in diesem Zusammenhang die Zeitspanne beginnend mit dem Einschalten des Antriebs bis zum Erreichen einer Nominalspannung bezeichnet werden. Die Anlaufschaltung ist mit der Maßgabe eingerichtet, dass sie den Anlaufstromverlauf während einer Anlaufzeit, somit während eines Spannungsanstiegs bis zum Erreichen der Nominalspannung verändert, wobei die Stromversorgung des Antriebs während dieser Anlaufzeit über die genannte Anlaufschaltung erfolgt. Diese Anlaufschaltung wird durch Überbrückung der genannten Kontakte funktionslos, sobald ein kritischer Zustand überschritten ist, das heißt ein Nominalbetrieb des Antriebs erreicht ist. Die Anlaufschaltung bleibt somit während eines Nominalbetriebes des Antriebs überbrückt. Die Anlaufschaltung ist ferner dahingehend eingerichtet, dass die den

Anlaufstromverlauf kennzeichnenden Parameter einstellbar sind. Wesentlich ist, dass die Anlaufschaltung zur Steuerung des Spannungsverlaufs, nämlich des Spannungsanstiegs während der Anlaufzeit eingerichtet ist, und zwar mit dem Ziel, den

Anlaufstromverlauf dahingehend zu steuern, dass Flickererscheinungen zumindest in einem der genannten Norm entsprechenden Maße unterdrückt werden.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 ist die Anlaufschaltung dahingehend eingerichtet, dass sie einen quasi-linearen, rampenartigen Spannungsanstieg am Antrieb generiert, wobei das Ende dieser Rampe das Erreichen der Nominalspannung und damit das Ende der Anlaufzeit anzeigt.

Die Anlaufzeit ist entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 3 einstellbar. Durch Variierung der Anlaufzeit lässt sich der Maximalwert eines Stromes während der Anlaufzeit des Antriebs im Bedarfsfall begrenzt dahingehend verändern, dass mit zunehmender Anlaufzeit dieser Maximalwert sinkt. Die Anlaufschaltung ist entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 4 ferner dahingehend eingerichtet, dass mit dem Erreichen der Nominalspannung, somit nach Ablauf der Anlaufzeit auch die Enddrehzahl des Antriebs erreichbar ist. Lediglich zum Ausgleich von Toleranzen kann die Stromversorgung des Antriebs über die Anlaufschaltung über diesen Zeitpunkt hinausgehen.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 sind das Relais, die Anlaufschaltung und die genannten schaltbaren Kontakte baulich in das Gerät integriert. Das Gerät ist somit funktionell zwischen einer Netzseite und dem Antrieb angeordnet und weist darüber hinaus eine Schnittstelle zur Ein- bzw. Ausschaltung auf, die zur Ansteue- rung des Relais bestimmt ist und die beispielsweise mit der Leistungsplatine der Kühlzentrifuge in Verbindung steht.

Grundsätzlich können im Rahmen der Anlaufschaltung alle, dem Fachmann geläufigen Techniken zur Stromverlaufsbeeinflussung Anwendung finden. Besonders vorteilhaft kann an dieser Stelle entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 6 der Stromverlauf unter Einbeziehung eines Triac gesteuert werden. Dieses auf der Grundlage einer Phasenanschnittsteuerung einrichtbare Verfahren ist einfach und besonders verlustarm darstellbar.

Die Anlaufschaltung wird entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 7 und 8 aktiviert, sobald das Relais im Sinne eines Einschaltens des Antriebs angesteuert wird. Sie steuert vorübergehend die Spannungsversorgung des Antriebs unter Zugrundelegung eines Anlaufstromes, dessen Spitzenwert mit Hinblick auf eine Erfüllung beispielsweise der EN 61000-3-3 begrenzt ist. Zu diesem Zweck ist die Anlaufschaltung mit einem Steuerkreis ausgerüstet, über welchen der Verlauf der zeitliche Verlauf der Anlaufspannung beispielsweise in der Form einer quasi-linearen Rampe beeinflusst wird.

Der Steuerkreis ist entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 9 mit der Maßgabe eingerichtet, dass mit Erreichen der Nominalspannung die Anlaufschaltung überbrückt und damit funktionslos wird. Dieser Verlauf der Spannung ist in jedem Fall derart vorgegeben, das ein Maximalwert des Stromes im Verhältnis zu einem

Nominalstrom unterhalb tolerierbarer Werte liegt. Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein direktes Ansteuerungsschema des Antriebs eines Kompressors einer Kühlzentrifuge;

Fig. 2 eine den Stromverlauf während des Anfahrens des Antriebs gemäß Fig. 1 darstellende Grafik;

Fig. 3 ein erfindungsgemäß modifiziertes Ansteuerungsschema des Antriebs einer Kühlzentrifuge;

Fig. 4 eine den Stromverlauf während des Anfahrens des Antriebs gemäß Fig. 3 darstellende Grafik.

Mit 1 , 2 sind in Fig. 1 zwei Leitungen eines örtlichen Niederspannungsnetzes bezeichnet, die über zwei weitere Leitungen 3, 4 mit dem Antrieb 5 des Kompressors einer zeichnerisch nicht dargestellten Kühlzentrifuge in Verbindung stehen. Bei dem Antrieb 5 kann es sich beispielsweise um einen zweiphasigen Kondensatormotor handeln.

Im Verlauf der Leitungen 3, 4 befindet sich jeweils ein durch ein, über das Leistungsteil der Kühlzentrifuge anzusteuerndes, ausreichend dimensioniertes Relais 6 zu schaltender Kontakt 7, 8. Wird der Antrieb 5 durch Schließen der Kontakte 7, 8 angefahren, ergibt sich ein durch die Grafik 9 in Fig. 2 dargestellter Stromverlauf.

Diese Grafik 9 zeigt den Verlauf des auf der Ordinate aufgetragenen Stromes I in Abhängigkeit von der auf der Abszisse aufgetragenen Zeit t, wobei mit IN der Nennstrom des Antriebs 5 nach erfolgtem Hochlauf, somit im stationären Betriebszustand bezeichnet ist. Man erkennt, dass der Strom I einen steilen Anstieg bis zu einem 9fachen Wert des Nennstromes erfährt, um anschließend nahezu ebenso steil bis zum Wert eines Nennstromes I _N abzufallen. Die Zeitspanne ti - 1 ₂ , innerhalb welcher Anstieg und Abfall des Stromes eintreten, somit die Anlaufzeit, kann etwa 1 s bis 2 s betragen. Mit einem durch einen solchen Stromverlauf einhergehenden Spannungs- einbruch können die durch die eingangs zitierte EN 61000-3-3 gesetzten Parameter nicht erfüllt werden, so dass besondere zusätzliche Maßnahmen erforderlich werden.

Das erfindungsgemäße Ansteuerungsschema gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 1 durch die Anordnung eines Anlaufgerätes 10, welches im Verlauf der Leitungen 3, 4 vorgesehen ist und in welches das der Ein- bzw. Ausschaltung des Antriebs dienende Relais 6 einbezogen ist. Gleiches gilt auch für die durch dieses zu schaltenden Kontakte 7, 8.

Mit 1 1 ist eine einen Triac 12 (Zweirichtungs-Thyristortriode) enthaltende Anlaufschaltung bezeichnet, der ein durch ein Relais zwecks Überbrückung zu schaltender Kontakt 13 zugeordnet ist. Eine Steuerelektrode 14 des Triac steht mit einem Steuerkreis 15 in Verbindung. In das Anlaufgerät 10 integriert sind die Anlaufschaltung 1 1 , der Steuerkreis 15, das Relais 6 sowie die schaltbaren Kontakte 7, 8, 13.

Wird über das Relais 6 durch Anlegen der Betriebsspannung der Anlaufvorgang ausgelöst, werden die Kontakte 7, 8 geschlossen, wobei der Kontakt 13 zunächst in der Öffnungsstellung verbleibt, so dass sich die Anlaufschaltung 1 1 in dem den Antrieb 5 versorgenden Strompfad befindet. Der sich einstellende Strom durch die Anlaufschaltung 1 1 wird in dieser Phase durch entsprechende Ansteuerung des Triac 12 über den Steuerkreis 15 mit Hinblick auf eine Begrenzung des Anstiegs ausgesteuert, wobei ein durch die Grafik 16 in Fig. 4 dargestellter Stromverlauf angestrebt wird. Dieser ist durch eine gegenüber der Grafik 9 gemäß Fig. 2 deutliche Abflachung gekennzeichnet, und zwar sowohl während des Anstiegs als auch während des sich anschließenden Abfalls auf den Wert des Nominalstroms I - Erreicht wird dies dadurch, dass ein bestimmter beispielsweise rampenförmiger Spannungsanstieg bis zum Erreichen der Nominalspannung vorgegeben wird, wobei durch den Verlauf des Spannungsanstiegs der Stromverlauf gegeben ist und insbesondere mit Hinblick auf ein zumindest flickerreduziertes Anlaufen des Kompressors eingerichtete ist. Wesentlich ist somit, dass die an dem Antrieb anliegende Spannung während einer Anlaufzeit mit dem Ziel gesteuert wird, einem Stromanstieg in dieser Zeitspanne entgegen zu wirken. Der Strom steigt beginnend mit dem Zeitpunkt ti innerhalb einer Zeitspanne t.3 - t-i , welche 3 s bis 5 s beträgt, auf lediglich das Vierfache des Nominalstromes an, wobei die gesamte Anlaufzeit t4 - ti etwa 7 s bis 10 s beträgt. Mit tj ist hierbei der Zeitpunkt bezeichnet, zu dem ein Abfall des Wertes des Stromes bis auf den Nominalstrom erfolgt ist. Ursache für die deutlich geringere Stromspitze ist, dass der mit der Nominalspannung beaufschlagte Antrieb ein Anlaufmoment des Kompressors überwunden hat, so dass sich entsprechend der jeweiligen Motorkennlinie kein solcher Strom mehr einstellt wie er sich ausgehend von einem Stillstand sich einstellen würde.

Der Verlauf der Grafik 16 ist durch entsprechende Ansteuerung des Triac 12 einstellbar bzw. optimierbar, so dass in jedem Fall die durch die EN 61000-3-3 gesetzten Grenzen auch bei Kühlzentrifugen mit größeren Kompressoren eingehalten werden können.

Sobald die Anlaufzeit abgelaufen ist und Nominalspannung am Antrieb anliegt, wird die Anlaufschaltung 11 durch Schließen des Kontaktes 13 überbrückt, so dass von nun an er Antrieb 5 über die Kontakte 7, 8, 13 unmittelbar an das eingangs genannte, durch die Leitungen 1 , 2 dargestellte Niederspannungsnetz angeschlossen ist.

Man erkennt, dass durch Verwendung eines Anlaufgerätes 10 im Strompfad des mit dem Kompressor einer Kühlzentrifuge in Verbindung stehenden Antriebs 5 in einfacher Weise ein flickerfreier Betrieb derselben darstellbar ist.

Bezugszeichenliste:

1. Leitung 12. Triac

2. Leitung 13. Kontakt

3. Leitung 14. Steuerelektrode

4. Leitung 15. Steuerkreis

5. Antrieb 16. Grafik

6. Relais 17. Maximalwert

7. Kontakt

8. Kontakt

9. Grafik

10. Anlaufgerät

11. Anlaufschaltung