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Die Erfindung betrifft einen Induktionsgeber zum Abtasten von Vibrationen, insbesondere bei Kraftmaschinen.
Die Vibrationen gehören zu den wichtigsten den Betriebszustand einer Maschine charakterisierenden Parametern. Die Messung und Auswertung der Vibrationen ist daher bei schnellaufenden Rotationsmaschinen und Anlagen, insbesondere in der Energieerzeugung und im Transport, z. B. bei Verbrennungs- und Dampfturbinen, Flugzeugmotoren und Entspannungsturbinen, ausserordentlich wichtig.
Bei den genannten Einrichtungen, insbesondere bei Flugzeugmotoren und Energieerzeugungsanlagen sind die Vibrationsgeber oft erhöhten Temperaturen, einer grossen Beschleunigung und einer grossen Amplitude ausgesetzt, die in bestimmten Betriebszuständen Werte von einigen Hundert am erreicht, wogegen im gewöhnlichen stabilisierten Betrieb die Schwingungsamplitude nur einige (im beträgt.
Weitere an die Vibrationsgeber gestellte Anforderungen sind keine Abmessungen und ein geringes Gewicht, eine lineare Charakteristik im gesamten Messbereich und eine elektromagnetische Stabilität gegen Störungen.
Derzeit werden zum Abtasten von Vibrationen oft Induktionsgeber benutzt, bei denen ein Permanentmagnet auf einer elastischen Membrane zwischen zwei ortsfest angeordneten Spulen aufgehängt ist. Bei einer Bewegung des Magneten in bezug auf die Spulen wird in den Spulen eine elektromotorische Kraft induziert, die mit einer entsprechenden Einrichtung verstärkt und gemessen wird. Der Nachteil dieser bekannten Induktionsgeber besteht darin, dass unter erschwerten Bedingungen, insbesondere bei einer beträchtlichen Erhöhung der Vibrationsamplitude, die Membrane platzt.
Es ist auch ein Induktionsgeber für Vibrationen bekannt, bei dem ein verschiebbarer Permanentmagnet in einer Hülse angeordnet und beiderseitig mit zwei Federn befestigt ist, wobei rund um die Hülse eine Induktionsspule angeordnet ist. Bei der Bewegung des verschiebbaren Magneten in der Spule wird eine elektromotorische Kraft induziert, die in geeigneter Weise verstärkt, gemessen und ausgewertet wird. Der Nachteil dieses Induktionsgebers besteht in einer geringen Empfindlichkeit infolge des Einflusses der Reibung in der Hülse und infolge des Drehmomentes, das durch die Feder auf den Permanentmagneten ausgeübt wird und denselben an die Hülsenwand drückt. Ausserdem beschränkt die Masse und die Eigenfrequenz der Federn die Anwendung dieser Geber auf einen verhältnismässig engen Frequenz- und Beschleunigungsbereich.
Weiters ist die Federerzeugung mit einer genauen Charakteristik und genauen Abmessungen schwierig und kostspielig.
Eine andere Art der Schwingungsmessung liegt in der Anwendung von piezoelektrischen Schwingungsgebern. Bei diesen Gebern wird die Fähigkeit einiger Kristalle, mechanische Kräfte in elektrische Spannungen umzusetzen, ausgenutzt. Diese Spannungen sind proportional den bei der Schwingung entstehenden Beschleunigungen der Masse des piezoelektrischen Gebers. Der Vorteil der piezoelektrischen Geber besteht einerseits in ihrer Fähigkeit, grosser Beschleunigungen und Schwingungsamplituden zu vertragen, und anderseits in kleinen Abmessungen. Nachteilig ist dagegen die Übermittlung von schwachen Signalen. Weiters sind die piezoelektrischen Geber sehr empfindlich gegen ein ungleichmässiges Temperaturfeld in der Umgebung.
Es sind auch Induktionsgeber bekannt, bei denen ein beweglicher Permanentmagnet in einem magnetischen Feld angeordnet ist, das durch zwei feste Magneten gebildet ist, die in bezug auf den beweglichen Magneten entgegengesetzt orientiert sind. Der bewegliche Magnet bewegt sich in einer Hülse, rund um welche pseudobifilar eine Induktionsspule gewickelt ist. Bei der Bewegung des permanenten Magneten wird in dieser Spule eine elektromotorische Kraft induziert, die verstärkt und gemessen wird. Diese Induktionsgeber sind sehr zuverlässig und können auch verhältnismässig kleine Abmessungen besitzen, jedoch ist eine Unterschreitung eines Durchmessers des Gebers von 30 mm und einer Länge von 60 mm sehr schwierig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den grössten Teil der Nachteile der bekannten Induktionsgeber zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Induktionsgeber zum Abtasten von Vibrationen, insbesondere bei Kraftmaschinen mit einem wenigstens gegenüber einer Induktionsspule beweglich gelagerten und in einem magnetischen Feld angeordneten Permanentmagneten, erfindungsgemäss
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dadurch gelöst, dass in einer Hülse stirnseitig feste Magneten angebracht sind, deren Pole gleichlaufend orientiert sind, und in dem axialen Hohlraum der Hülse zwischen den festen Magneten ein axial beweglicher Permanentmagnet mit entgegengesetzt orientierten Polen angeordnet ist, dessen Hohlraum von einem Träger frei durchsetzt ist, der mit seinen beiden Enden in die festen Magnete tragenden Stirnteilen verankert ist, wobei auf diesen Träger wenigstens eine Induktionsspule gewickelt ist.
Hiebei können zweckmässig die festen Magnete ringförmig sein. Das Verhältnis der Dicke der Hülse zu dem äusseren Durchmesser der beweglichen Permanentmagneten liegt vorzugsweise im Bereich von 0, 01 bis 1, 0.
Der erfindungsgemässe Induktionsgeber kann weit kleinere Abmessungen aufweisen als die bekannten Induktionsgeber und verträgt beträchtliche Beschleunigungen und Vibrationsamplituden. Er ist anspruchslos im Betrieb und ein ungleichmässiges Temperaturfeld hat keinen praktischen Einfluss auf seine Charakteristik. Das bevorzugte Verhältnis der Dicke der Hülse zu dem äusseren Durchmesser des beweglichen Permanentmagneten im Bereich von 0, 01 bis 1, 0 gewährleistet eine gute magnetische Dämpfung von Schwingungen dieses Magneten. Zweckmässig schirmt ein Körper aus ferromagnetischem Material die Induktionsspulen gegenüber elektromagnetischen Störungen ab.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand. der Zeichnung näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Induktionsgebers im Axialschnitt zeigt.
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--4--,Magneten --9 bzw. 10-- tragende Stirnteile --7 und 8-- ortsfest gelagert und mit einem axialen Träger --3-- verschraubt, auf welchen Induktionsspulen--5, 6--pseudobifilar gewickelt sind.
Die Pole der festen Magneten --9, 10-- sind gleichlaufend orientiert. Der Träger --3-- mit den Induktionsspulen --5, 6-- durchsetzt den Hohlraum --12-- eines von einer Antifriktionshülle --2-- umgebenen und in dem axialen Hohlraum der Hülse --4-- zwischen den festen Magneten --9, 10--
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beiden festen Magneten --9, 10-- und die in bezug auf diese entgegengesetzte Polorientierung des beweglichen Permanentmagneten --1-- erzeugen axiale Abstosskräfte, so dass die magnetischen Felder als federnde Druckelemente mit einer sehr günstigen Charakteristik wirken. Die genannten Abstosskräfte verhindern in jeder beliebigen Ruhelage des Induktionsgebers eine unmittelbare Berührung des beweglichen Permanentmagneten --1-- mit den festen Magneten --9, 10--.
In der beschriebenen Ausführungsform besteht die Antifriktionshülle --2-- aus verchromtem Messing und die Hülse --4-- aus rostfreiem Stahl.
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in einem sehr homogenen magnetischen Feld mit einer hohen Kraftliniendichte befinden, wird in diesen bei der Bewegung des beweglichen Permanentmagneten ein verhältnismässig starkes elektrisches Signal induziert, was eine Verminderung der Windungszahl der Induktionsspulen --5, 6-- und damit auch eine Verminderung der Abmessungen des Induktionsgebers und seiner Masse bedeutet.
Die robuste Ausführung des Induktionsgebers gewährleistet einen verlässlichen Betrieb. Äussere elektromagnetische Störsignale werden durch den ferromagnetischen Körper --11-- wirksam abgeschirmt. Das Verhältnis der Dicke der Hülse --4-- aus antimagnetischem Material zu dem äusseren Durchmesser des beweglichen Permanentmagneten --1-- liegt im Bereich der Werte von 0, 01 bis 1,0. Dies ermöglicht die Schliessung des magnetischen Kreises des Permanentmagneten --1-- über den Körper --11-- aus ferromagnetischem Material. Der so geschlossene magnetische Kreis dämpft wirksam eine unerwünschte Schwingweite des beweglichen Permanentmagneten --1-- bei gleichzeitiger Einhaltung einer ausreichenden Empfindlichkeit des Gebers.
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festen Magneten --9, 10-- zu bewegen.
Bei dieser Bewegung schneiden die Kraftlinien des beweglichen Permanentmagneten --1-- die Wicklung der Induktionsspulen--5, 6--, in denen eine elektromotorische Kraft induziert wird, die dann mit einer entsprechenden Einrichtung verstärkt
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induzierten elektromotorischen Teilkräfte. Die magnetische Dämpfung der Bewegung des Permanentmagneten --1-- verhindert eine grosse Schwingweite desselben, wenn die Vibrationsfrequenz der Maschine nahe der Eigenfrequenz des Induktionsgebers bzw. deren höheren harmonischen Frequenzvervielfachungen liegt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Induktionsgeber zum Abtasten von Vibrationen, insbesondere bei Kraftmaschinen mit einem wenigstens gegenüber einer Induktionsspule beweglich gelagerten und in einem magnetischen Feld angeordneten Permanentmagneten, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Hülse (4) stirnseitig feste Magneten (9,10) angebracht sind, deren Pole gleichlaufend orientiert sind, und in dem axialen
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