AT506773B1

AT506773B1 - METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL OF A LIQUID IN A CAVITY WITH SUB-MM WIDE OPENING

Info

Publication number: AT506773B1
Application number: AT7272008A
Authority: AT
Inventors: Martin Dr Bauer; Vladimir V Dr Popov; Markus Loehr
Original assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2008-05-06
Filing date: 2008-05-06
Publication date: 2010-09-15
Also published as: AT506773A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zur optischen Erfassung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Hohlraum (16; 116; 216; 416) mit sub-mm breiter Öffnung mit Hilfe eines optischen Messverfahrens, umfassend die Schritte, Anordnen eines Licht leitenden und/oder reflektiven oder refraktiven als Glasfaser ausgebildeten optischen Elements (18; 118; 218) in oder an der Öffnung des Hohlraums (16; 116; 216; 416) und Einspeisen eines optischen Signals (32; 132; 232; 432) derart, dass es durch die Flüssigkeit beeinflusst wird, wodurch ein Anteil (34; 134; 234; 434) des optischen Signals über das optische Element zu einer optischen Senke (20; 48; 248; 448) zurückgeleitet wird, wobei vorgesehen ist, dass ein berührungsloses chromatisches Messverfahren eingesetzt wird, und dass das eingespeiste optische Signal (132; 232) vom optischen Element mittels eines zusätzlichen Elements zur Umlenkung des optischen Signals auf die Flüssigkeitsoberfläche (126; 226) projiziert wird.The invention relates to a method and a device for the optical detection of the level of a liquid in a sub-mm-wide cavity (16; 116; 216; 416) by means of an optical measuring method, comprising the steps of arranging a light-conducting and / or reflective or refractive optical fiber element (18; 118; 218) in or at the opening of the cavity (16; 116; 216; 416) and feeding an optical signal (32; 132; 232; the liquid is influenced, whereby a portion (34; 134; 234; 434) of the optical signal is returned via the optical element to an optical well (20; 48; 248; 448), wherein it is provided that a non-contact chromatic measurement method is used and that the injected optical signal (132; 232) from the optical element by means of an additional element for deflecting the optical signal on the liquid surface (126; 226) proj is iced.

Description

österreichisches Patentamt AT 506 773 B1 2010-09-15Austrian Patent Office AT 506 773 B1 2010-09-15

Beschreibungdescription

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR MESSUNG DES FÜLLSTANDES EINER FLÜSSIGKEIT IN EINEM HOHLRAUM MIT SUB-MM BREITER ÖFFNUNGMETHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL OF A LIQUID IN A CAVITY WITH SUB-MM WIDE OPENING

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Hohlraum mit sub-mm breiter Öffnung. Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet der optischen Entfernungsmesstechnik.The invention relates to a method and apparatus for measuring the level of a liquid in a cavity with sub-mm wide opening. In general, the invention relates to the field of optical distance measurement technology.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIKDESCRIPTION OF THE PRIOR ART

[0002] Bei einem hydrodynamischen Fluidlager, wie es z. B. in Spindelmotoren eingesetzt wird, muss der Lagerspalt und evtl, ein Dichtungsspalt, nachfolgend allgemein als Spalt bezeichnet, vor dem ersten Betrieb mit einer Schmierflüssigkeit, wie z.B. Öl, gefüllt werden. Dabei ist der Füllstand des Schmiermittels im Spalt kritisch und bestimmt unter anderem die Lebensdauer des Lagers. Der Spalt sowie auch die Öffnung zur Befüllung sowie zur Messung des Füllstandes des Schmiermittels im Spalt sind sehr klein und liegen im sub-mm Bereich.In a hydrodynamic fluid bearing, as it is z. B. is used in spindle motors, the bearing gap and possibly, a sealing gap, hereinafter generally referred to as gap, before the first operation with a lubricating fluid, such. Oil, to be filled. The level of the lubricant in the gap is critical and determines, among other things, the life of the bearing. The gap as well as the opening for filling and for measuring the level of the lubricant in the gap are very small and are in the sub-mm range.

[0003] In einer bevorzugten Ausgestaltung eines solchen Lagers weist die Lagerbüchse an ihrer einen Stirnseite einen sich verjüngenden Bereich z.B. in Gestalt einer konischen oder zylindrischen Ansenkung auf, während die entgegengesetzte Stirnseite luftdicht verschlossen ist. Durch die Ansenkung der Lagerbüchse entsteht zwischen der Buchseninnen- und der Wellenaußenfläche ein konzentrischer, sich in Richtung Stirnseite erweiternder Freiraum, der anteilig mit Lageröl gefüllt ist. Das Öl benetzt die Oberflächen von Buchse und Welle, wodurch sich an der Grenzfläche zur Luft ein sogenannter Meniskus mit konkaver Oberfläche ausbildet. Das im Freiraum befindliche Lageröl dient als Schmiermittelreservoir, aus dem abdampfendes Lageröl ersetzt wird. Der Freiraum zwischen Konusinnen- und Wellenaußenmantelfläche oberhalb des Meniskus dient als Ausgleichsvolumen, in welches das Lageröl aufsteigen kann, wenn dessen temperaturabhängiges Volumen mit steigender Temperatur zunimmt und dadurch der Flüssigkeitsspiegel ansteigt. Die in der Flüssigkeit des Schmiermittels wirksamen Kohäsionskräfte, unterstützt durch die Kapillarkräfte im Spalt verhindern, dass flüssiges Lageröl aus dem Lager austritt und in den Reinraumbereich eindringt.In a preferred embodiment of such a bearing, the bearing bush has on its one end face a tapered region, e.g. in the form of a conical or cylindrical countersink, while the opposite end face is hermetically sealed. Due to the countersinking of the bearing bush, a concentric free space, widening in the direction of the end face, which is proportionally filled with bearing oil, is created between the inner side of the bushing and the outer surface of the shaft. The oil wets the surfaces of the bush and shaft, forming a so-called meniscus with a concave surface at the interface with the air. The bearing oil in the free space serves as a lubricant reservoir from which evaporating bearing oil is replaced. The space between the inside of the cone and the outer surface of the shaft above the meniscus serves as a compensating volume into which the bearing oil can rise if its temperature-dependent volume increases with increasing temperature, thereby increasing the level of the fluid. The cohesive forces in the fluid of the lubricant, assisted by the capillary forces in the gap, prevent liquid bearing oil from exiting the bearing and entering the clean room area.

[0004] Eine Messung des Füllstandes im Schmiermittelreservoir eines Fluidlagers ist schwierig und wird durch die Ausbildung eines Meniskus der Oberfläche des Fluids erschwert. Es sind daher spezielle Messverfahren notwendig, um den Füllstand messen zu können. Bekannte Verfahren sind beispielsweise strahlengeometrische Verfahren. Ein strahlengeometrisches Messverfahren beruht darauf, paralleles Licht auf eine Referenzoberfläche und die Oberfläche des Schmiermittels zu richten. Aus dem Abstand der Reflexionsmaxima lässt sich der Füllstand des Schmiermittels im Reservoir bestimmen. Dieses Messverfahren eignet sich jedoch nur für ausreichend große Hohlraumöffnungen. Bei einem Fluidlager mit sehr kleinen Lagerspalten versagt dieses Verfahren. Darüber hinaus erhält man keinen numerischen Abstandswert.A measurement of the level in the lubricant reservoir of a fluid bearing is difficult and is complicated by the formation of a meniscus of the surface of the fluid. Therefore, special measuring methods are necessary to be able to measure the level. Known methods are, for example, beam geometry methods. A radiant geometric measuring method is based on directing parallel light on a reference surface and the surface of the lubricant. From the distance of the reflection maxima, the level of the lubricant in the reservoir can be determined. However, this measuring method is only suitable for sufficiently large cavity openings. In a fluid bearing with very small bearing gaps fails this method. In addition, no numerical distance value is obtained.

[0005] DE 103 50 716 B3 beschreibt ein Verfahren zur optischen Erfassung des Füllstandes einer Flüssigkeit mit Hilfe eines auf wellenlängenabhängiger, chromatischer Kodierung nach dem konfokalen Prinzip basierenden Messsensors. Der Messsensor liefert als Ausgangssignal einen Abstandswert, der vom Abstand zu der als Meniskus ausgebildeten Flüssigkeitsoberfläche abhängt, und einen Intensitätswert, der sich mit der Intensität des von der Oberfläche empfangenen Lichtes ändert. Durch kombinierte Auswertung des erfassten Abstandsprofils und des Intensitätsprofils kann der Füllstand bestimmt werden. Auch dieses Verfahren hat seine Grenzen, sobald die Öffnung einen bestimmten Querschnitt unterschreitet, so dass der Anteil des reflektierten Lichts zu gering ist, um eine genaue Messung des Füllstandes zu ermöglichen.DE 103 50 716 B3 describes a method for the optical detection of the level of a liquid with the aid of a wavelength-dependent, chromatic coding based on the confocal principle measuring sensor. The measuring sensor supplies as output a distance value which depends on the distance to the liquid surface formed as a meniscus and an intensity value which changes with the intensity of the light received by the surface. By combined evaluation of the detected distance profile and the intensity profile of the level can be determined. Also, this method has its limits as soon as the opening falls below a certain cross section, so that the proportion of the reflected light is too small to allow accurate measurement of the level.

[0006] Beide oben beschriebenen Messverfahren erfordern eine freie Sicht auf die Oberfläche der Flüssigkeit insbesondere den Apex des Oberflächenmeniskus. 1 /23 österreichisches Patentamt AT 506 773 B1 2010-09-15 [0007] Ein Verfahren zur optischen Fokussierung eines Laserstrahls, wie es beispielsweise in Leseeinrichtungen von herkömmlichen CD-/DVD-Abspielgeräten eingesetzt wird, ist beschrieben in einem Skript von Prof. Dr. rer. nat. habil. Horst Völz mit dem Titel: CD, DVD, MO usw.", unter http://rosw.cs.tu-berlin.de/voelz/.Both measuring methods described above require a clear view of the surface of the liquid, in particular the apex of the surface meniscus. A method for optical focusing of a laser beam, as used for example in reading devices of conventional CD / DVD players, is described in a script by Prof. Dr , rer. nat. habil. Horst Völz with the title: CD, DVD, MO etc. ", at http://rosw.cs.tu-berlin.de/voelz/.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

[0008] Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Hohlraum mit einer sub-mm breiten Öffnung anzugeben, das auch bei kleinsten Abmessungen der Öffnung und keiner direkten Sicht auf die Oberfläche der Flüssigkeit eine genaue Füllstandsmessung erlaubt.The object of the invention is to provide a method and apparatus for measuring the level of a liquid in a cavity with a sub-mm wide opening, even with the smallest dimensions of the opening and no direct view of the surface of the liquid accurate level measurement allowed.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.This object is achieved by a method and an apparatus having the features of the independent claims.

[0010] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

[0011] Die Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur optischen Erfassung des Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Hohlraum mit sub-millimeterbreiter Öffnung mit Hilfe eines optischen Messverfahrens. Ein Licht leitendes und/oder reflektives oder refraktives optisches Element wird in oder an der Öffnung des Hohlraums angeordnet. Dann wird ein optisches Signal von einer optischen Quelle über das optische Element in den Hohlraum eingespeist, derart, dass es durch die Flüssigkeit beeinflusst und ein Anteil des optischen Signals über das optische Element zur Quelle zurückgeleitet wird. Der zurückgeleitete Anteil des optischen Signals wird in einer optischen Senke erfasst. Gleichzeitig wird die geometrische Position der optischen Quelle und/ oder des optischen Elements relativ zu einer Referenzposition erfasst. Die Bestimmung des Füllstandes der Flüssigkeit im Hohlraum erfolgt durch Auswertung des zurückgeleiteten Anteils des optischen Signals und der ermittelten Position der optischen Quelle/Senke und/oder des optischen Elements [0012] Der Vorteil des Verfahrens gegenüber dem aus DE 103 50 716 B3 bekannten Verfahrens besteht darin, dass es auch bei Hohlräumen mit sehr kleinen Öffnungen durchführbar ist, wobei die Größe der Öffnung nur durch die Baugröße und/oder die entsprechende Positionierung des verwendeten optischen Elements begrenzt wird. Durch das optische Element kann relativ viel Licht in die Öffnung des Hohlraums und in den Bereich der Oberfläche der Flüssigkeit eingebracht werden, so dass der Anteil des zurückgeleiteten Lichts entsprechend groß ist, um eine genaue Auswertung sicher zu stellen. Zudem ist es nicht mehr notwendig, dass man eine direkte Sicht auf die Oberfläche der Flüssigkeit hat, denn durch Verwendung eines optischen Elements kann das Licht auch „um die Ecke" in den Hohltraum geleitet und der Füllstand optisch bestimmt werden.The invention describes a method and a corresponding device for the optical detection of the level of a liquid in a cavity with sub-millimeter-wide opening by means of an optical measuring method. A light-conducting and / or reflective or refractive optical element is disposed in or at the opening of the cavity. Then, an optical signal is fed from an optical source via the optical element into the cavity, such that it is influenced by the liquid and a portion of the optical signal is returned to the source via the optical element. The returned portion of the optical signal is detected in an optical sink. At the same time, the geometric position of the optical source and / or the optical element relative to a reference position is detected. The determination of the level of the liquid in the cavity is carried out by evaluating the returned portion of the optical signal and the determined position of the optical source / drain and / or the optical element. The advantage of the method over the known from DE 103 50 716 B3 method in that it can also be carried out in cavities with very small openings, wherein the size of the opening is limited only by the size and / or the corresponding positioning of the optical element used. By the optical element relatively much light can be introduced into the opening of the cavity and in the region of the surface of the liquid, so that the proportion of the returned light is correspondingly large in order to ensure accurate evaluation. In addition, it is no longer necessary to have a direct view of the surface of the liquid, because by using an optical element, the light can also be seen "around the corner". passed into the hollow dream and the level can be determined optically.

[0013] In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein kontaktbehaftetes Messverfahren eingesetzt, bei dem als optisches Element eine Glasfaser verwendet wird, deren Ende in die Öffnung des Hohlraum eingebracht und in Kontakt mit der Flüssigkeit gebracht wird, deren Füllstand bestimmt werden soll. Die Glasfaser wird kontrolliert in die Öffnung des Hohlraums eingeführt bis das Ende der Glasfaser die Oberfläche der Flüssigkeit erreicht. An diesem Punkt erfolgt dann die Bestimmung des Füllstandes. Das Erreichen der Oberfläche der Flüssigkeit kann anhand einer Änderung des reflektierten Anteils des eingespeisten optischen Signals detektiert werden. Grund dafür ist eine abrupte Änderung des Brechungsindex des das Ende der Glasfaser umgebenden Mediums und damit eine abrupte Änderung des Reflexionsverhaltens innerhalb der Glasfaser.In a preferred embodiment of the invention, a contact-type measuring method is used, in which an optical fiber is used as a glass fiber whose end is introduced into the opening of the cavity and brought into contact with the liquid whose level is to be determined. The glass fiber is introduced in a controlled manner into the opening of the cavity until the end of the glass fiber reaches the surface of the liquid. At this point, then the determination of the level takes place. The reaching of the surface of the liquid can be detected by a change of the reflected portion of the injected optical signal. The reason for this is an abrupt change in the refractive index of the medium surrounding the end of the glass fiber and thus an abrupt change in the reflection behavior within the glass fiber.

[0014] In einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung kann aber auch ein berührungsloses chromatisches Messverfahren - ähnlich dem Verfahren in DE 103 50 716 B3 - eingesetzt werden. In diesem Fall wird als optisches Element eine Glasfaser oder ein Spiegel verwendet. Das optische Signal wird von einem chromatischen Messsensor über die Glasfaser oder den Spiegel zur Oberfläche der Flüssigkeit geleitet und der reflektierte Anteil auf demselben Weg zurück zum chromatischen Messsensor, wobei das Ende der Glasfaser bzw. der Spiegel die 2/23 österreichisches Patentamt AT 506 773 B1 2010-09-15In another preferred embodiment of the invention, however, a non-contact chromatic measurement method - similar to the method in DE 103 50 716 B3 - can be used. In this case, a glass fiber or a mirror is used as the optical element. The optical signal is directed by a chromatic measuring sensor via the glass fiber or the mirror to the surface of the liquid and the reflected portion on the same way back to the chromatic measuring sensor, wherein the end of the glass fiber or mirror 2/23 Austrian Patent Office AT 506 773 B1 2010-09-15

Oberfläche der Flüssigkeit nicht berührt. Das von einer Weißlichtquelle des Messsensors emittierte Licht wird wellenlängenabhängig auf verschiedene Brennpunkte fokussiert und von der Flüssigkeitsoberfläche reflektiert. Je nach Wellenlänge des reflektierten Lichtes, das im Messsensor spektral ausgewertet wird, kann der Abstand des optischen Elements zur Flüssigkeitsoberfläche und damit auch der Füllstand der Flüssigkeit ermittelt werden.Surface of the liquid is not touched. The light emitted by a white light source of the measuring sensor is focused on different focal points depending on the wavelength and reflected from the liquid surface. Depending on the wavelength of the reflected light, which is spectrally evaluated in the measuring sensor, the distance of the optical element to the liquid surface and thus also the level of the liquid can be determined.

[0015] Bei beiden bevorzugten Ausführungsformen kann die Glasfaser oder der Spiegel mittels einer Vorschubeinrichtung in die Öffnung eingeführt werden, wobei die Position der Glasfaser oder des Spiegels anhand eines Verstellweges der Vorschubeinrichtung mechanisch erfasst werden kann. Die Position des optischen Elements kann jedoch auch mittels eines optischen Abstandsmessverfahrens ermittelt werden. Wird als optisches Element ein Spiegel verwendet, kann dieser auch fest im Bereich der Öffnung des Hohlraums angeordnet werden, z. B. durch Verspiegeln (Polieren) einer geeigneten Metalloberfläche.In both preferred embodiments, the glass fiber or the mirror can be introduced by means of a feed device in the opening, wherein the position of the glass fiber or the mirror can be detected mechanically based on a Verstellweges the feed device. However, the position of the optical element can also be determined by means of an optical distance measuring method. If a mirror is used as the optical element, it can also be fixedly arranged in the region of the opening of the cavity, for. B. by mirroring (polishing) a suitable metal surface.

[0016] Eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur optischen Erfassung des Füllstandes einer Flüssigkeit wird im Rahmen der Erfindung ebenfalls beschrieben.A corresponding device for carrying out the method for optical detection of the level of a liquid is also described within the scope of the invention.

[0017] Wird als optisches Element eine Glasfaser verwendet, kann das in die Öffnung einge-brachte Ende der Glasfaser entsprechend besonders präpariert sein, um die Genauigkeit der Messungen zu erhöhen. Im einfachsten Fall ist das Ende der Glasfaser abgeflacht, d.h. stumpf abgeschnitten. Eine solche Glasfaser ist sowohl für das berührende als auch das nicht berührende Messverfahren geeignet. Wird das berührende Messverfahren verwendet, kann ein Teil des Endes der Glasfaser vorzugsweise abisoliert und die Stirnfläche des abisolierten Teils der verspiegelt sein. Durch das Abisolieren und die Verspiegelung ergibt sich eine stärkere Änderung der Reflektion des eingespeisten Signals beim Eintauchen der Glasfaser in die Flüssigkeit, was die Messung erleichtert und die Messgenauigkeit erhöht. Auf die Stirnseite der Glasfaser kann auch ein 90°-Kegel-Prisma angeklebt sein, was ebenfalls einen größeren Intensitätsunterschied ergibt. Das Prisma kann auch direkt in die Glasfaser eingeschliffen werden. Für ein berührungsloses Messverfahren mittels Glasfaser kann es vorteilhaft sein, am Ende der Glasfaser verschiedenartige Linsen oder diffraktive Elemente anzuordnen, um den aus der Glasfaser austretenden Lichtstrahl entsprechend zu formen oder in eine gewünschte Richtung zu lenken.If a glass fiber is used as the optical element, the end of the glass fiber inserted into the opening can be correspondingly specially prepared in order to increase the accuracy of the measurements. In the simplest case, the end of the glass fiber is flattened, i. cut off blunt. Such a glass fiber is suitable for both the touching and the non-touching measuring method. If the contacting measuring method is used, a part of the end of the glass fiber may preferably be stripped and the end face of the stripped part of the mirrored. The stripping and the mirroring results in a greater change in the reflection of the injected signal when immersing the glass fiber in the liquid, which facilitates the measurement and increases the accuracy of measurement. On the front side of the glass fiber, a 90 ° cone prism can be glued, which also results in a larger intensity difference. The prism can also be ground directly into the glass fiber. For a non-contact measuring method by means of glass fiber, it may be advantageous to arrange different types of lenses or diffractive elements at the end of the glass fiber in order to shape the light beam emerging from the glass fiber or to guide it in a desired direction.

[0018] Um eine Benetzung der Glasfaser mit der Flüssigkeit zu vermeiden, kann das Ende der Glasfaser mit einem flüssigkeitabweisenden Barrierefilm umgeben sein.In order to avoid wetting of the glass fiber with the liquid, the end of the glass fiber may be surrounded by a liquid-repellent barrier film.

[0019] Bei einem abgewandelten berührungslosen Messverfahren, das insbesondere bei schmalen Hohlräumen verwendet werden kann, wird ausgenutzt, dass sich in schmalen Hohlräumen aufgrund der Kapillarwirkung eine gekrümmte Flüssigkeitsoberfläche ergibt, die einen bestimmten Brennpunkt aufweist. Das optische Element wird nun derart im Hohlraum angeordnet, dass es im Brennpunkt der gekrümmten Flüssigkeitsoberfläche zu liegen kommt. Im Brennpunkt weist der zurückgeleitete Anteil des optischen Signals ein Maximum auf. Ist der Brennpunkt anhand des Maximums gefunden, wird der Füllstand an dieser Position durch Auswertung der Position des optischen Elements bzw. der Positioniereinrichtung ermittelt.In a modified non-contact measuring method, which can be used in particular for narrow cavities, is exploited that results in narrow cavities due to the capillary action a curved liquid surface having a specific focus. The optical element is now arranged in the cavity so that it comes to rest at the focal point of the curved liquid surface. At the focal point, the returned portion of the optical signal has a maximum. If the focal point is found on the basis of the maximum, the fill level at this position is determined by evaluating the position of the optical element or the positioning device.

[0020] Gemäß einer anderen Ausgestaltung eines berührungslosen Messverfahrens wird der zurückgeleitete Anteil des optischen Signals mit Hilfe eine astigmatischen Linsenkombination und einer Positioniereinrichtung auf ein Photoempfänger-Array fokussiert, Die astigmatische Linsenkombination hat die Eigenschaft, dass sie nur im Fokuspunkt eine runde Strahlform des zurückgeleiteten Anteils des optischen Signals erzeugt, die vom Photoempfänger-Array erkannt wird. Der Füllstand der Flüssigkeit im Hohlraum kann dann durch Auswertung der Position der Positioniereinrichtung an diesem Punkt bestimmt werden.According to another embodiment of a non-contact measurement method of the returned portion of the optical signal using an astigmatic lens combination and a positioning device is focused on a photoreceiver array, the astigmatic lens combination has the property that they only in the focal point a round beam shape of the returned portion of the optical signal detected by the photoreceiver array. The level of the liquid in the cavity can then be determined by evaluating the position of the positioning at this point.

[0021] Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN: [0022] Figur 1 zeigt schematisch eine erste Ausgestaltung der Messvorrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens. 3/23Preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. This results in further features and advantages of the invention. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS: FIG. 1 schematically shows a first embodiment of the measuring device for carrying out the method. 3/23

österreichisches Patentamt [0023] [0024] [0025] [0026] [0027] [0028] [0029] [0030] [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] AT 506 773 B1 2010-09-15[0026] [0026] [0023] [0032] [0032] [0032] [0032] [0032] [0034] [0034] [0034]

Figur 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Endes der Glasfaser vor und nach dem Eintauchen in die Flüssigkeit.Figure 2 shows an enlarged view of the end of the glass fiber before and after immersion in the liquid.

Figur 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Glasfaser mit abisoliertem Ende und Verspiegelung vor und nach dem Eintauchen in die Flüssigkeit.FIG. 3 shows an enlarged view of the glass fiber with stripped end and mirrored before and after immersion in the liquid.

Figur 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Glasfaser mit aufgesetztem Kegelprisma vor und nach dem Eintauchen in die Flüssigkeit.Figure 4 shows an enlarged view of the glass fiber with attached cone prism before and after immersion in the liquid.

Figur 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Glasfaser mit eingeschliffenem Kegelprisma.FIG. 5 shows an enlarged view of the glass fiber with a ground-in cone prism.

Figur 6 zeigt eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.FIG. 6 shows a second embodiment of the device according to the invention for carrying out the method.

Figur 7 zeigt als Hohlraum den Spalt zwischen zwei Lagerbauteilen eines fluiddynamischen Lagers ohne direkte Einsicht auf die Oberfläche des Lagerfluids im Spalt.FIG. 7 shows as a cavity the gap between two bearing components of a fluid-dynamic bearing without direct insight into the surface of the bearing fluid in the gap.

Figur 8 zeigt eine dritte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.FIG. 8 shows a third embodiment of the device according to the invention for carrying out the method.

Figur 9 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.FIG. 9 shows a further embodiment of the device according to the invention for carrying out the method.

Figur 9a zeigt schematisch eine vergrößerte Ansicht des Endes der Glasfaser die in Figur 9 verwendet wird.Figure 9a shows schematically an enlarged view of the end of the glass fiber used in Figure 9.

Figur 10 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.FIG. 10 shows a further embodiment of a device according to the invention for carrying out the method.

Figur 11 zeigt ein abgewandeltes Messverfahren unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß Figur 10.FIG. 11 shows a modified measuring method using a device according to FIG. 10.

Figur 12 zeigt schematisch die geometrische Situation bei dem in Figur 13 dargestellten Messverfahren.FIG. 12 schematically shows the geometric situation in the measuring method illustrated in FIG.

Figur 13 zeigt schematisch eine weitere Ausgestaltung der Messvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG: [0036] Figur 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein fluiddynamisches Lager, das aus einem ersten Lagerbauteil 10 und einem zweiten Lagerbauteil 12 besteht, welche um eine Drehachse 14 relativ zueinander drehbar gelagert sind. Die Lagerbauteile 10,12 sind durch einen Spalt 16 voneinander beabstandet, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist. Da der Spalt an einem Ende offen ist, ist es wichtig, den Füllstand des Lagerfluids im Spalt 16 zu bestimmen. Ist der Füllstand zu hoch, kann Lagerfluid aus dem Spalt 16 austreten. Ist der Füllstand zu niedrig, kann die Funktion des Lagersystems beeinträchtigt werden.FIG. 13 shows schematically a further embodiment of the measuring device for carrying out the method. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION: Figure 1 shows schematically a section through a fluid dynamic bearing consisting of a first bearing member 10 and a second bearing member 12 which are rotatably mounted about an axis of rotation 14 relative to each other. The bearing components 10,12 are spaced from each other by a gap 16 which is filled with a bearing fluid. Since the gap is open at one end, it is important to determine the level of storage fluid in the gap 16. If the level is too high, bearing fluid can escape from the gap 16. If the level is too low, the function of the storage system may be impaired.

[0037] Zur Bestimmung des Füllstandes des Lagerfluids wird eine entsprechende erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet, die im Wesentlichen eine Glasfaser 18 umfasst, die in die Öffnung des Spalts 16 eingebracht wird. Die Glasfaser 18 ist an einer Positioniereinrichtung 50 angeordnet und kann parallel zur Drehachse 14 bewegt werden. An der Positioniereinrichtung 50 ist ferner eine Abstandsmesseinrichtung 22 angeordnet, mittels der ein Abstand der Positioniereinrichtung zu einer Referenzfläche 28 eines Lagerbauteils gemessen werden kann. Die Glasfaser 18 ist über eine Halterung 24 fest mit der Abstandsmesseinrichtung 22 verbunden, und zwar so, dass sie eine definierte Länge L über das Messende der Abstandsmesseinrichtung 22 hinaus ragt. Am gegenüberliegenden Ende der Glasfaser 18 ist eine optische Messeinrichtung 20 angeordnet, mittels der ein optisches Messsignal ausgesendet und ein vom Lagerfluid oder der Glasfaser reflektiertes Signal wieder empfangen werden kann.To determine the level of the bearing fluid, a corresponding device according to the invention is used, which essentially comprises a glass fiber 18, which is introduced into the opening of the gap 16. The glass fiber 18 is arranged on a positioning device 50 and can be moved parallel to the axis of rotation 14. At the positioning device 50, a distance measuring device 22 is further arranged, by means of which a distance of the positioning device to a reference surface 28 of a bearing component can be measured. The glass fiber 18 is connected via a holder 24 fixed to the distance measuring device 22, in such a way that it protrudes beyond the measuring end of the distance measuring device 22 a defined length L out. At the opposite end of the glass fiber 18, an optical measuring device 20 is arranged, by means of which an optical measuring signal emitted and reflected by the bearing fluid or the glass fiber signal can be received again.

[0038] Das erfindungsgemäße Messverfahren arbeitet folgendermaßen: Nachdem der Spalt 16 mit Lagerfluid befüllt wurde, wird die Glasfaser 18 mittels der Positioniereinrichtung 50 in die Öffnung des Lagerspalts 16 eingeführt und parallel zur Drehachse 14 langsam in den Spalt 16 4/23 österreichisches Patentamt AT 506 773 B1 2010-09-15 hineingeschoben. Über die Messeinrichtung 20, wie es in Figur 2 dargestellt ist, wird gleichzeitig ein optisches Signal 32 in Form eines Lichtstrahls in die Glasfaser 18 eingespeist. Die Glasfaser 18 ist von einer Isolierung 30 umgeben, die einen höheren Brechungsindex aufweist, als das Material der Glasfaser selbst, so dass der eingespeiste Lichtstrahl 32 die Glasfaser fast verlustfrei durchläuft, indem er entsprechend an der Wandung der Glasfaser 18 total reflektiert wird. Ein Anteil 38 des ausgesendeten Lichtstrahls 32 tritt aus dem offenen Ende der Glasfaser 18 aus, während ein anderer Teil 34 des ausgesendeten Lichtstrahls 32 wieder zurück in die Messeinrichtung 20 reflektiert wird. Der reflektierte Anteil 34 wird in der Messeinrichtung 20 erfasst und dessen Intensität ausgewertet. Zusammen mit der Glasfaser 18 wird auch die Abstandsmesseinrichtung 22 verschoben, wobei permanent der Abstand d zwischen der Abstandsmesseinrichtung 22 und der Referenzfläche 28 am Lagerbauteil 10 gemessen wird. Die Abstandsmesseinrichtung 22 kann, wie in der Zeichnung dargestellt, eine optische Abstandsmesseinrichtung sein. Sobald das Ende der Glasfaser 18 die Oberfläche 26 der Lagerflüssigkeit 40 erreicht, vergleiche Figur 2 rechts, ändert sich der Brechungsindex des die Stirnfläche der Glasfaser 18 umgebenden Mediums (Luft -> Öl), und es tritt ein größerer Anteil 38' des eingespeisten Lichtes 32 aus der Glasfaser 18 in die Flüssigkeit 16 aus. Das bedeutet, dass der reflektierte Anteil 34' des eingespeisten Lichtes abrupt abnimmt, was durch die Messeinrichtung 20 unmittelbar erfasst wird. In diesem Augenblick wird der Vorschub der Einrichtung gestoppt und der Abstand d zwischen der Abstandsmesseinrichtung 22 und der Referenzfläche 28 erfasst. Aus dem gemessenen Abstand d und dem vorgegebenen Überstand L der Glasfaser 18 in Bezug auf die Abstandsmesseinrichtung 22 kann durch Subtraktion die Höhe h = L -d der Oberfläche 26 der Flüssigkeit in Bezug auf die Referenzfläche 28 berechnet werden.After the gap 16 has been filled with bearing fluid, the glass fiber 18 is inserted by means of the positioning device 50 in the opening of the bearing gap 16 and parallel to the rotation axis 14 slowly into the gap 16 4/23 Austrian Patent Office AT 506 773 B1 2010-09-15 pushed in. By means of the measuring device 20, as shown in FIG. 2, an optical signal 32 in the form of a light beam is simultaneously fed into the glass fiber 18. The glass fiber 18 is surrounded by an insulation 30, which has a higher refractive index than the material of the glass fiber itself, so that the injected light beam 32 passes through the glass fiber almost lossless, by being reflected accordingly on the wall of the glass fiber 18 total. A portion 38 of the emitted light beam 32 exits the open end of the optical fiber 18, while another portion 34 of the emitted light beam 32 is reflected back into the measuring device 20. The reflected portion 34 is detected in the measuring device 20 and evaluated its intensity. Together with the glass fiber 18 and the distance measuring device 22 is moved, whereby the distance d between the distance measuring device 22 and the reference surface 28 is measured on the bearing member 10 permanently. The distance measuring device 22 may be an optical distance measuring device, as shown in the drawing. As soon as the end of the glass fiber 18 reaches the surface 26 of the storage liquid 40, see Figure 2 right, the refractive index of the medium surrounding the end face of the glass fiber 18 changes (air -> oil) and a greater proportion 38 'of the input light occurs 32 from the glass fiber 18 in the liquid 16 from. This means that the reflected portion 34 'of the input light abruptly decreases, which is detected directly by the measuring device 20. At this moment, the feed of the device is stopped and the distance d between the distance measuring device 22 and the reference surface 28 is detected. From the measured distance d and the predetermined projection L of the glass fiber 18 with respect to the distance measuring device 22, the height h = L -d of the surface 26 of the liquid with respect to the reference surface 28 can be calculated by subtraction.

[0039] Um den Intensitätsunterschied des reflektierten Signals 34, 34' des eingespeisten Lichts 32 bei der die Flüssigkeit 40 eintauchender Glasfaser 18 zu erhöhen, kann die Glasfaser 18 entsprechend präpariert werden.In order to increase the difference in intensity of the reflected signal 34, 34 'of the injected light 32 at the liquid 40 dipping glass fiber 18, the glass fiber 18 can be prepared accordingly.

[0040] Figur 3 zeigt eine Glasfaser, deren Ende ein Stück weit abisoliert ist, d. h. die Isolation 30 wurde entfernt und nur noch die Glasfaser 18 selbst bleibt übrig. Zudem wurde die Endfläche 36 der Glasfaser 18 mit einer Verspiegelung 42 versehen. Das in die Glasfaser 18 eingespeiste Licht 32 wird also von der Endfläche bzw. der Verspiegelung 42 total reflektiert und läuft fast vollständig als reflektiertes Lichtsignal 34 wieder zurück zur Messeinrichtung 20. Sobald jedoch das Ende der Glasfaser 18 in die Flüssigkeit 40 eintaucht, ändert sich abrupt der Brechungsindex des den abisolierten Teil der Glasfaser 18 umgebenden Mediums. Dadurch wird in diesem Bereich nicht mehr das gesamte Lichtsignal 32 reflektiert, sondern es tritt ein gewisser Anteil 38' des eingespeisten Lichtsignals 32 aus der Glasfaser in die Flüssigkeit 40 über. Infolge dessen reduziert sich der reflektierte Anteil 34' des eingespeisten Signals, was unmittelbar von der Messeinrichtung 20 detektiert werden kann. Durch Bestimmung des Abstandes h im Augenblick des Eintauchens der Glasfaser 18 in die Flüssigkeit 40 kann der Füllstand ermittelt werden.Figure 3 shows a glass fiber, the end of which is stripped a bit, d. H. the insulation 30 has been removed and only the glass fiber 18 itself remains. In addition, the end face 36 of the glass fiber 18 has been provided with a reflective coating 42. The light 32 fed into the glass fiber 18 is thus totally reflected by the end surface or the reflective coating 42 and runs almost completely as a reflected light signal 34 back to the measuring device 20. However, as soon as the end of the optical fiber 18 is immersed in the liquid 40, changes abruptly the refractive index of the stripped portion of the glass fiber 18 surrounding medium. As a result, the entire light signal 32 is no longer reflected in this area, but a certain proportion 38 'of the fed-in light signal 32 from the glass fiber passes into the liquid 40. As a result, the reflected portion 34 'of the injected signal is reduced, which can be detected directly by the measuring device 20. By determining the distance h at the moment of immersion of the glass fiber 18 in the liquid 40, the level can be determined.

[0041] Figur 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Glasfaser 18, wobei auf deren Endfläche 36 ein Kegelprisma 44 aufgebracht ist. Das Prisma 44 kann beispielsweise aufgeklebt werden. Es handelt sich um ein 90°-Prisma, so dass das eingespeiste Lichtsignal 32 durch das Prisma vollständig reflektiert wird und als reflektiertes Lichtsignal 34 zur Messeinrichtung 20 zurück läuft. Sobald jedoch das Prisma 44 in die Flüssigkeit 40 eintaucht, verlässt ein gewisser Anteil 38' des eingespeisten Lichtes 32 das Prisma 44 und es wird nur ein geringerer Teil 34' des eingespeisten Lichtes reflektiert, was von der Messeinrichtung 20 erfasst wird. Durch Bestimmung des Abstandes h im Augenblick des Eintauchens der Glasfaser 18 in die Flüssigkeit 40 kann dann der Füllstand ermittelt werden.Figure 4 shows another embodiment of a glass fiber 18, wherein on the end face 36, a cone prism 44 is applied. The prism 44 can be glued, for example. It is a 90 ° prism, so that the injected light signal 32 is completely reflected by the prism and runs back as a reflected light signal 34 to the measuring device 20. However, as soon as the prism 44 dips into the liquid 40, some portion 38 'of the input light 32 leaves the prism 44 and only a smaller portion 34' of the input light is reflected, which is detected by the measuring device 20. By determining the distance h at the moment of immersion of the glass fiber 18 in the liquid 40 then the level can be determined.

[0042] Figur 5 zeigt eine Glasfaser 18, deren Ende angeschliffen 46 ist, so dass sich die gleiche Wirkung wie durch ein aufgeklebtes Prisma 44 ergibt.Figure 5 shows a glass fiber 18, whose end is ground 46, so that the same effect as by a glued prism 44 results.

[0043] Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem kontaktlosen Messverfahren. Es wird wiederum mittels einer Positioniereinrichtung 50 die Glasfaser 18 in die Öffnung des Spalts 16 eingeführt und langsam in den Spalt 16 vorgeschoben. Am anderen Ende der Glasfaser 18 befindet sich ein chromatischer Weißlicht-Messsensor 48, der eine Abstandsmessung zur 5/23 österreichisches Patentamt AT 506 773 B1 2010-09-15FIG. 6 shows an exemplary embodiment of the invention with a contactless measuring method. It is again inserted by means of a positioning device 50, the glass fiber 18 in the opening of the gap 16 and slowly advanced into the gap 16. At the other end of the glass fiber 18 is a chromatic white light measuring sensor 48, which is a distance measurement to the Austrian Patent Office AT 506 773 B1 2010-09-15

Oberfläche 26 der Flüssigkeit 40 vornimmt. Die Abstandmessung basiert auf einer wellenlängenabhängigen, d. h. chromatischen Codierung des zu vermessenden Raumes. Am Ende der in die Öffnung des Spalts 16 eingebrachten Glasfaser ist eine passive Optik mit großer chromatischer Aberration angeordnet. Die Optik fächert das vom Weißlicht-Messsensor 48 eingespeiste Licht vertikal in Fokuspunkte verschiedener Farbe und somit Höhe auf und bildet sie auf der Oberfläche 26 der Flüssigkeit 40 ab. Wegen der chromatischen Aberration ergibt sich eine stark wellenlängenabhängige Fokuslänge für diese Abbildung. Auf der Oberfläche 26 der Flüssigkeit 40 wird nur die Wellenlänge scharf abgebildet, deren Fokus auf der Oberfläche 26 liegt. Umgekehrt wird auch das reflektierte Licht nur dieser Wellenlänge wieder scharf auf das Ende der Glasfaser 18 abgebildet, in die Glasfaser eingekoppelt und zum Weißlicht-Messsensor 48 zurück reflektiert. Im Weißlicht-Messsensor 48 befindet sich ein Spektrometer, mit welchem aus der dort ermittelten Farbe des reflektierten Lichtes anhand einer Kalibriertabelle die Lage des Fokuspunktes und somit die Position der Oberfläche 26 der Flüssigkeit 40 bestimmt werden kann. Die absolute Höhe der Oberfläche 26 der Flüssigkeit 40 kann dann anhand eines Ab-gleichs der Position der Glasfaser 18 relativ zu einer Referenzfläche 28 ermittelt werden.Surface 26 of the liquid 40 performs. The distance measurement is based on a wavelength-dependent, d. H. chromatic coding of the space to be measured. At the end of the introduced into the opening of the gap 16 glass fiber passive optics with large chromatic aberration is arranged. The optics fans the light fed in by the white light measuring sensor 48 vertically into focal points of different color and thus height and images them on the surface 26 of the liquid 40. Because of the chromatic aberration, there is a strong wavelength-dependent focal length for this image. On the surface 26 of the liquid 40, only the wavelength is focused, the focus is on the surface 26. Conversely, the reflected light of this wavelength is again sharply imaged onto the end of the glass fiber 18, coupled into the glass fiber and reflected back to the white light measuring sensor 48. In the white-light measuring sensor 48 there is a spectrometer with which the position of the focal point and thus the position of the surface 26 of the liquid 40 can be determined from the color of the reflected light determined there using a calibration table. The absolute height of the surface 26 of the liquid 40 can then be determined by comparing the position of the glass fiber 18 relative to a reference surface 28.

[0044] Erfindungsgemäß kann die Glasfaser 18 entsprechend dünn ausgeführt werden, beispielsweise mit einem Durchmesser von kleiner als 50 Mikrometer. Es lassen sich somit Flüssigkeitsstände in Hohlräumen mit sehr kleinen Öffnungen ermitteln.According to the invention, the glass fiber 18 can be made correspondingly thin, for example, with a diameter of less than 50 micrometers. It can thus determine liquid levels in cavities with very small openings.

[0045] Figur 7 zeigt schematisch zwei Lagerbauteile 210 und 212 eines fluiddynamischen Lagers, die zwischen sich einen mit Lagerfluid gefüllten Spalt 216 ausbilden. Die beiden Lagerbauteile 210 und 212 rotieren relativ zueinander um eine Drehachse 214. Der Spalt 216 muss mit einer bestimmten Menge an Lagerfluid gefüllt werden, so dass sich ein vorbestimmter Füllstand ergibt, das heißt die Flüssigkeitsoberfläche 226 sich in einem bestimmten Toleranzbereich bewegt. Im dargestellten Beispiel ist die Öffnung des Spalts 216, die gleichzeitig eine Kapillardichtung bildet, nicht parallel sondern in einem Winkel zur Drehachse 214 gerichtet. Die Winkelhalbierende 252 der Öffnung des Spalts 216 gibt die Neigung relativ zur Drehachse 214 an. Aufgrund der Neigung der Öffnung des Spalts ist es nicht möglich, durch Einblick entlang einer Sichtachse 254 die Flüssigkeitsoberfläche 226, insbesondere die Mitte der Flüssigkeitsoberfläche 226 zu sehen, da diese durch das Bauteil 212 verdeckt wird. Mit dem erfindungsgemäßen Messverfahren kann dennoch der Füllstand des Lagerfluids ohne Schwierigkeiten bestimmt werden.FIG. 7 schematically shows two bearing components 210 and 212 of a fluid-dynamic bearing, which form a gap 216 filled with bearing fluid between them. The two bearing components 210 and 212 rotate relative to each other about a rotation axis 214. The gap 216 must be filled with a certain amount of bearing fluid, so that results in a predetermined level, that is, the liquid surface 226 moves within a certain tolerance range. In the illustrated example, the opening of the gap 216, which simultaneously forms a capillary seal, is not parallel but directed at an angle to the axis of rotation 214. The bisector 252 of the opening of the gap 216 indicates the inclination relative to the axis of rotation 214. Due to the inclination of the opening of the gap, it is not possible to see the liquid surface 226, in particular the center of the liquid surface 226, by viewing along a viewing axis 254, since it is covered by the component 212. Nevertheless, with the measuring method according to the invention, the fill level of the bearing fluid can be determined without difficulty.

[0046] Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem kontaktlosen Messverfahren. Es soll der Füllstand eines Lagerfluids in einem Spalt 116 gemessen werden, der zwischen zwei relativ zueinander drehbaren Lagerbauteilen 110 und 112 gebildet wird. Der Spalt 116 ist mit einem Lagerfluid gefüllt und bildet eine Flüssigkeitsoberfläche 126, deren Position gemessen werden soll. Es ist kein direkter Einblick in den Spalt 116, das heißt auf die Flüssigkeitsoberfläche 126 möglich, da das eine Lagerbauteil 110 das andere Lagerbauteil 112 überdeckt. Das Ende des Spalts 116 ist über einen Luftspalt 117, der sich etwa rechtwinklig an das Ende des Spalts anschließt mit der Außenatmosphäre verbunden. Zur Messung des Füllstandes des Lagerfluids wird eine Glasfaser 118 verwendet, die wie im Zusammenhang mit Figur 6 beschrieben, mittels einer Positioniereinrichtung (nicht dargestellt) in den Luftspalt 117 eingeführt und wird bis zum Ende des Luftspalts 117 verschoben. Die Glasfaser 118 ist mit einem chromatischen Weißlicht-Messsensor (nicht dargestellt) verbunden, mit welchem eine optische Abstandsmessung zur Flüssigkeitsoberfläche 126 vorgenommen werden kann.FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of the invention with a contactless measuring method. It is the level of a bearing fluid to be measured in a gap 116 which is formed between two rotatable bearing members 110 and 112 relative to each other. The gap 116 is filled with a bearing fluid and forms a liquid surface 126 whose position is to be measured. There is no direct insight into the gap 116, that is to say on the liquid surface 126, since the one bearing component 110 covers the other bearing component 112. The end of the gap 116 is connected to the outside atmosphere via an air gap 117, which connects approximately at right angles to the end of the gap. To measure the level of the bearing fluid, a glass fiber 118 is used which, as described in connection with FIG. 6, is introduced into the air gap 117 by means of a positioning device (not shown) and is displaced to the end of the air gap 117. The glass fiber 118 is connected to a chromatic white light measuring sensor (not shown) with which an optical distance measurement to the liquid surface 126 can be made.

[0047] Die Glasfaser 118 weist eine in einem Winkel von beispielsweise 45° abgeschrägte Endfläche auf, die mit einer Verspiegelung 142 versehen ist. Das vom chromatischen Weißlicht-Messsensor in die Glasfaser 118 eingespeiste Licht trifft auf die Verspiegelung 142 und tritt in einem Winkel von 45° als Lichtstrahl 132 aus der Glasfaser aus. Die Glasfaser 118 wird soweit in den Luftspalt 117 vorgeschoben, dass der austretende Lichtstrahl 132 in den Spalt 116 aus-tritt und auf die Flüssigkeitsoberfläche 126 auftrifft, dort reflektiert wird, und als zurücklaufender Lichtstrahl 134 wieder in die Glasfaser 118 eintritt, dort von der Verspiegelung 142 umgelenkt wird und zurück zum Weißlicht-Messsensor läuft. Die Abstandsmessung erfolgt im Weißlicht-Messsensor entsprechend dem im Zusammenhang mit Figur 6 beschriebenen Verfahren. 6/23 österreichisches Patentamt AT 506 773 B1 2010-09-15 [0048] Der Vorteil dieser Messanordnung ist, dass sich auch der Flüssigkeitsstand in einem Spalt 116 messen lässt, der mit einer normalen Optik nicht zugänglich ist, dass heißt der keinen freien Einblick bietet. Natürlich muss am Ende der Glasfaser 118, entweder im Bereich der Verspiegelung 142 oder aber im Bereich des Austrittes, eine entsprechende Optik mit großer chromatischer Aberration angeordnet werden, um das chromatische Messverfahren überhaupt möglich zu machen. Dies kann eine in die Glasfaser eingearbeitete Mikrolinse oder eine auf die Glasfaser aufgesetzte Mikrolinse sein. Selbstverständlich kann bei diesem Ausführungsbeispiel der Füllstand ebenso mit einem Lichtstahl 132 gemessen werden, der entlang der Winkelhalbierenden des Spalts 116 auf die Flüssigkeitsoberfläche 126 gerichtet wird. Durch Änderung des Winkels der Verspiegelung 142 in Bezug auf die Längsachse der Glasfaser 118 lässt sich der Austrittswinkel des Lichtstahls 132 aus der Glasfaser leicht einstellen.The glass fiber 118 has an end surface bevelled at an angle of, for example, 45 °, which is provided with a reflective coating 142. The light fed by the chromatic white light measuring sensor into the glass fiber 118 strikes the reflective coating 142 and emerges from the glass fiber at an angle of 45 ° as the light beam 132. The glass fiber 118 is advanced so far into the air gap 117, that the outgoing light beam 132 emerges into the gap 116 and impinges on the liquid surface 126, is reflected there, and as returning light beam 134 re-enters the glass fiber 118, there from the mirror coating 142 is deflected and back to the white light measuring sensor runs. The distance measurement takes place in the white light measuring sensor according to the method described in connection with FIG. The advantage of this measuring arrangement is that the liquid level can also be measured in a gap 116, which is not accessible with a normal optic, that is, which does not provide free insight offers. Of course, at the end of the glass fiber 118, either in the region of the mirroring 142 or in the region of the exit, a corresponding optics with great chromatic aberration must be arranged in order to make the chromatic measurement method possible at all. This may be a microlens incorporated into the glass fiber or a microlens attached to the glass fiber. Of course, in this embodiment, the level may also be measured with a light bar 132 directed along the bisector of the gap 116 onto the liquid surface 126. By changing the angle of the reflective coating 142 with respect to the longitudinal axis of the glass fiber 118, the exit angle of the light beam 132 from the glass fiber can be easily adjusted.

[0049] Figur 9 in Verbindung mit Figur 9a zeigt nun eine Messvorrichtung zur berührungslosen Messung des Füllstandes im Spalt 216 basierend auf einer Glasfaser 218 als optisches und Licht leitendes Element. Die Glasfaser 218 ist mit einer Isolierung 230 umgeben und besitzt an ihrem Ende eine sogenannte GRIN-Linse 256, an welche sich ein Dreiecksprisma bzw. eine Keilplatte 244 anschließt. Auf der abgeschrägten Oberfläche der Keilplatte 244 kann zusätzlich eine Fresnel-Linse 258 angeordnet sein. Dies ist insbesondere in Figur 9a dargestellt. Die Glasfaser 218 wird in die Nähe der Öffnung des Spalts 216 gebracht, wobei aufgrund der am Ende der Glasfaser angeordneten optischen Elemente 256, 244 und 258 der eingespeiste Lichtstrahl 232 gebündelt und in einem Winkel relativ zur Längsachse der Glasfaser abgestrahlt wird, und dadurch auf die Flüssigkeitsoberfläche 226 gerichtet werden kann.FIG. 9 in conjunction with FIG. 9a now shows a measuring device for non-contact measurement of the filling level in the gap 216 based on a glass fiber 218 as an optical and light-conducting element. The glass fiber 218 is surrounded by an insulation 230 and has at its end a so-called GRIN lens 256, to which a triangular prism or a wedge plate 244 connects. In addition, a Fresnel lens 258 may be disposed on the tapered surface of the wedge plate 244. This is shown in particular in FIG. 9a. The glass fiber 218 is brought into proximity to the opening of the gap 216, wherein due to the arranged at the end of the optical fiber elements 256, 244 and 258 of the fed light beam 232 is bundled and emitted at an angle relative to the longitudinal axis of the glass fiber, and thereby on the Liquid surface 226 can be directed.

[0050] Eine exemplarische Berechnung des Stellwinkels ß der Keilplatte 244 am Ende der Glasfaser 218 ist nachfolgend erläutert. Die Öffnungswinkel des Spalts 216 und damit der Winkel der Winkelhalbierenden 252 ebenso wie die Brechzahl n des Prisma bzw. der Keilplatte 244 können variieren. WH: Winkelhalbierende -252 δ-.Winkel zwischen WH 252 und Mittelachse der Glasfaser 218 α-.Winkel zwischen WH252und Lot der Keilplattem ß -.Winkel zwischen Lot der Keilplatte 244 und Lichtverlauf 232 in der Faser = Stellwinkel Keilfläche n: Brechzahl gegeben: 5 = 2° + 5 ^ = 3,5°; n = 1,5 gesucht: ß Lösung: sina n =-; sin/? sin a = sin(g + δ) = sin ß cos δ + sin δ cos ß = n sin ß n = sing tan ,3 + cos£; n- cosg = sing tan/? tan/? =An exemplary calculation of the adjustment angle β of the wedge plate 244 at the end of the glass fiber 218 is explained below. The opening angles of the gap 216 and thus the angle of the bisectors 252 as well as the refractive index n of the prism or the wedge plate 244 can vary. WH: Angle bisector -252 δ-angle between WH 252 and center axis of the glass fiber 218 α-angle between WH252 and solder of the wedge plate β-angle between solder of the wedge plate 244 and light path 232 in the fiber = setting angle wedge surface n: given refractive index: 5 = 2 ° + 5 ^ = 3.5 °; n = 1.5 searched: ß solution: sina n = -; sin /? sin a = sin (g + δ) = sin β cos δ + sin δ cos β = n sin β n = sing tan, 3 + cos £; n- cosg = sing tan /? tan /? =

sin δ n-cosS sin 3,5 1,5- cos 3,5 => ß = 6,946° [0051] Von einer Weißlichtquelle 220 wird der Lichtstrahl 232 über einen Faserkoppler 250 in die Glasfaser 218 geleitet. Von dort wird der Lichtstrahl 232 an der Keilplatte 244 in dem oben berechneten Winkel auf die Flüssigkeitsoberfläche 226 projiziert und dort reflektiert. Der reflek- 7/23 österreichisches patentaint AT 506 773 B1 2010-09-15 tierte Anteil 234 tritt in das Dreiecksprisma 244 ein, wird am Ende der Glasfaser im Faserkoppler 250 ausgekoppelt und einen Spektrometer 248 zugeführt. Durch das angewendete chromatische Messverfahren können dann der Abstand des Endes der Glasfaser 218 zur Flüssigkeitsoberfläche 226 bestimmt werden und damit auch der Füllstand des Lagerfluids im Spalt 216.sin δ n-cos S sin 3.5 1.5 cos 3.5 = > β = 6.946 ° From a white light source 220, the light beam 232 is guided via a fiber coupler 250 into the optical fiber 218. From there, the light beam 232 is projected on the wedge plate 244 at the angle calculated above onto the liquid surface 226 and reflected there. The reflective portion 234 enters the triangular prism 244, is decoupled at the end of the glass fiber in the fiber coupler 250 and fed to a spectrometer 248. By the applied chromatic measuring method, the distance of the end of the glass fiber 218 to the liquid surface 226 can be determined and thus also the level of the bearing fluid in the gap 216.

[0052] Figur 10 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ähnlich wie die Vorrichtung in Figur 9. Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit derselben Funktion wie in Figur 9 sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Der Unterschied zu Figur 9 ist bei Figur 10 die Verwendung einer diffraktiven Linse 260 am Ende der Glasfaser 218. Ähnlich wie bei der Keilplatte 244 wird durch die diffraktive Linse 260 der in den Spalt 216 eintretende Lichtstrahl in einem Winkel relativ zur Längsachse der Glasfaser 218 abgelenkt, so dass er entlang der Winkelhalbierenden 252 der Öffnung des Spalts 216 auf die Flüssigkeitsoberfläche 226 auftrifft. Der von der Flüssigkeitsoberfläche 226 reflektierte Anteil 234 des Lichtstrahls wird wieder zurück in die Glasfaser 218 geleitet und kann durch die Messvorrichtung ausgewertet werden.Figure 10 shows a further embodiment of the device according to the invention, similar to the device in Figure 9. The same components or components with the same function as in Figure 9 are designated by the same reference numerals. The difference from FIG. 9 in FIG. 10 is the use of a diffractive lens 260 at the end of the optical fiber 218. Similar to the wedge plate 244, the diffractive lens 260 deflects the light beam entering the gap 216 at an angle relative to the longitudinal axis of the optical fiber 218 so that it impinges on the liquid surface 226 along the bisector 252 of the opening of the gap 216. The portion 234 of the light beam reflected by the liquid surface 226 is conducted back into the glass fiber 218 and can be evaluated by the measuring device.

[0053] Figur 11 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ähnlich wie die Vorrichtung wie in Figur 10. Gleiche Bauteile beziehungsweise Bauteile mit derselben Funktion wie in Figur 10 sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.Figure 11 shows a further embodiment of the device according to the invention, similar to the device as in Figure 10. The same components or components with the same function as in Figure 10 are designated by the same reference numerals.

[0054] Bei dem in Figur 11 verwendeten Verfahren wird die Tatsache ausgenutzt, dass eine Flüssigkeit in einem kapillaren Spalt 216 zwischen den Bauteilen 210 und 212 an ihrer Oberfläche 226 einen sogenannten Meniskus ausbildet. Der Meniskus ist annähernd sphärisch geformt, also hat die Oberfläche einer Kugel. Die kugelförmige Flüssigkeitsoberfläche 226 besitzt optisch die Eigenschaft eines Hohlspiegels, was für das Verfahren zur Bestimmung des Füllstandes der Flüssigkeit ausgenutzt wird. Bei Figur 11 wird ein berührungsloses Messverfahren verwendet, wie auch in Figur 10 beschrieben, wobei die verwendete Glasfaser 218, die in den Spalt 216 eingeführt, wird an ihrem Ende keinerlei optische Elemente wie Linsen etc. benötigt. Durch die Glasfaser wird ein Lichtstrahl 232 in Richtung der Flüssigkeitsoberfläche 226 gerichtet, wobei dieser Lichtstrahl 232 an der kugelförmigen Oberfläche 226 zurück in die Glasfaser reflektiert wird und als Lichtstrahl 234 zur Messvorrichtung zurückläuft. Aufgrund der kugelförmigen Flüssigkeitsoberfläche 226 ergibt sich ein definierter Brennpunkt mit einem Radius R, wobei der reflektierte Anteil des Lichtstrahls 234 ein Maximum hat, wenn sich das Ende der Glasfaser 218 genau im Brennpunkt der Flüssigkeitsoberfläche 226 befindet, so dass möglichst viel Licht reflektiert wird. Bei der Messung wird die Glasfaser langsam in den Spalt 216 eingeführt und die Glasfaser 218 so weit vorgeschoben, bis ein Maximum der reflektierten Lichtmenge 234 registriert wird. Dabei kann der Empfänger eine einfache Fotodiode sein, welche die relative Lichtmenge des reflektierten Lichtstrahls 234 bestimmen kann. Hat man den Brennpunkt gefunden, so muss die augenblickliche Position der Glasfaser 218 ermittelt werden, was beispielsweise mit der verwendeten Positionier- und Vorschubeinrichtung zum Einführen der Glasfaser 218 in den Spalt 216 durchgeführt werden kann. Die Position des Endes der Glasfaser 218 relativ zum Spalt bzw. zu den Bauteilen 210 und 212 ist somit bekannt. Der Radius R im Brennpunkt kann ebenfalls leicht bestimmt werden, so dass die Position der Flüssigkeitsoberfläche 226 und damit auch der Füllstand der Flüssigkeit im Spalt 216 bestimmt werden kann. Der Radius R hängt von der Breite des Spaltes 216 im Bereich der Flüssigkeitsoberfläche 226 ab. Je breiter der Spalt, desto größer ist der Radius R. Ist die Breite des Spaltes 216 über dessen Länge konstant, so ist der Radius R konstant und die Position der Flüssigkeitsoberfläche 226 kann einfach ermittelt werden.In the method used in Figure 11, the fact is exploited that a liquid in a capillary gap 216 between the components 210 and 212 on its surface 226 forms a so-called meniscus. The meniscus is approximately spherically shaped, so the surface has a sphere. The spherical liquid surface 226 has optically the property of a concave mirror, which is used for the method for determining the level of the liquid. In Figure 11, a non-contact measuring method is used, as also described in Figure 10, wherein the glass fiber used 218, which is inserted into the gap 216, at the end of any optical elements such as lenses, etc. is needed. Through the glass fiber, a light beam 232 is directed towards the liquid surface 226, wherein this light beam 232 is reflected at the spherical surface 226 back into the glass fiber and runs back as a light beam 234 to the measuring device. Due to the spherical liquid surface 226 results in a defined focus with a radius R, wherein the reflected portion of the light beam 234 has a maximum when the end of the optical fiber 218 is exactly in focus of the liquid surface 226, so that as much light is reflected. In the measurement, the glass fiber is slowly inserted into the gap 216 and the glass fiber 218 advanced until a maximum of the reflected light amount 234 is registered. In this case, the receiver may be a simple photodiode, which can determine the relative amount of light of the reflected light beam 234. Once the focus has been found, the instantaneous position of the optical fiber 218 must be determined, which can be done, for example, with the positioning and advancing device used to insert the optical fiber 218 into the gap 216. The position of the end of the glass fiber 218 relative to the gap or to the components 210 and 212 is thus known. The radius R at the focal point can also be easily determined, so that the position of the liquid surface 226 and thus also the liquid level in the gap 216 can be determined. The radius R depends on the width of the gap 216 in the area of the liquid surface 226. The wider the gap, the larger the radius R. If the width of the gap 216 is constant over its length, the radius R is constant and the position of the liquid surface 226 can be easily determined.

[0055] In vielen Fällen ist die Breite des Spaltes jedoch nicht konstant, da die den Spalt definierenden Oberflächen nicht parallel zur Winkelhalbierenden 252 verlaufen, sondern sich der Spalt nach außen in einem kleinen Winkel von wenigen Grad öffnet. Figur 12 verdeutlicht die geometrische Situation.In many cases, however, the width of the gap is not constant, since the surfaces defining the gap do not run parallel to the bisector 252, but the gap opens to the outside at a small angle of a few degrees. Figure 12 illustrates the geometric situation.

[0056] Mit den Bezugszeichen 211 und 213 sind die Wandungen der Lagerbauteile 210 und 212 dargestellt, welche den Spalt 226 begrenzen. Die kleinste Spaltbreite b ist bekannt und befindet sich an einer Referenzposition deren Abstand R+h von dem Ende der Glasfaser 218 ebenfalls bekannt ist. Die Oberflächen der Wandungen 211 und 213 schneiden sich in einem imaginären 8/23 t> österreichisches Patentamt AT 506 773 B1 2010-09-15The reference numerals 211 and 213, the walls of the bearing members 210 and 212 are shown, which limit the gap 226. The smallest gap width b is known and is located at a reference position whose distance R + h from the end of the optical fiber 218 is also known. The surfaces of the walls 211 and 213 intersect in an imaginary 8/23 t > Austrian Patent Office AT 506 773 B1 2010-09-15

Schnittpunkt, der einen Abstand D von dem Brennpunkt des Fluidmeniskus aufweist. Der Fluidmeniskus bildet einen Ausschnitt aus einer Kugeloberfläche mit dem Krümmungsradius R. Es gilt aus drigonometrischen Gründen R = D*sin {dl), wobei der Winkel α zwischen den beiden Wandungen 211 und 213 bekannt ist. Die Höhe h der Fluidsäule innerhalb des Spaltes 216 kann angegeben werden zuIntersection having a distance D from the focal point of the fluid meniscus. The fluid meniscus forms a section of a spherical surface with the radius of curvature R. It is true for drigonometric reasons R = D * sin {dl), wherein the angle α between the two walls 211 and 213 is known. The height h of the fluid column within the gap 216 may be indicated

[0057] Der Betrag b ist die Breite des Spaltes an seiner engsten Stelle, welcher durch die Bauteilabmessungen definiert ist. Anhand der bekannten Referenzposition der Spitze der Glasfaser 218 und der ermittelten Höhe h kann dann der Füllstand der Flüssigkeit innerhalb des Spaltes 216 berechnet werden.The amount b is the width of the gap at its narrowest point, which is defined by the component dimensions. Based on the known reference position of the tip of the glass fiber 218 and the determined height h, the level of the liquid within the gap 216 can then be calculated.

[0058] Die verwendete Glasfaser 218 ist vorzugsweise sehr schmal, um auch in sehr schmale Spalten eingeführt werden zu können. Es können auch zwei parallel zueinander angeordnete sehr dünnen Glasfasern verwendet werden, wobei durch eine Glasfaser der Lichtstrahl 232 auf die Oberfläche gerichtet wird und der reflektierte Lichtstrahl 234 durch die andere Glasfaser dem Empfänger zugeführt wird. Es wird also eine Sendefaser und eine Empfangsfaser verwendet.The glass fiber 218 used is preferably very narrow in order to be able to be introduced into very narrow gaps. It is also possible to use two very thin glass fibers arranged parallel to one another, the light beam 232 being directed onto the surface by a glass fiber and the reflected light beam 234 being supplied to the receiver by the other glass fiber. Thus, a transmission fiber and a reception fiber are used.

[0059] Figur 13 zeigt schematisch eine weitere Ausgestaltung der Messvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Messvorrichtung basiert auf einer Vorrichtung zur Fokussierung eines Laserstrahles, wie sie in der Ausleseoptik eines CD-/DVD-Abspielgerätes verwendet wird. Da eine CD bzw. DVD nicht 100 % eben ist und somit der Abstand zwischen der Ausleseoptik und der CD-Oberfläche variiert, muss der Laserstrahl der Ausleseoptik ständig nachfokussiert werden. Hierbei wird die gesamte Optik bzw. nur eine Hauptlinse durch eine Positioniereinrichtung nachgeführt und auf den Fokus eingestellt. Die Fokussierung findet mit Hilfe einer astigmatischen Linsenkombination statt, wobei diese Linsenkombination die Eigenschaft hat, dass ein die Linsenkombination passierender Lichtstrahl nur an einer Stelle eine runde Strahlform erzeugt. Ein Fotoempfänger bzw. ein Fotoempfänger-Array wird benutzt, um die Strahlform zu analysieren und den Fokuspunkt anhand der ermittelten Strahlform zu finden.FIG. 13 shows schematically a further embodiment of the measuring device for carrying out the method. The measuring device is based on a device for focusing a laser beam, as used in the readout optics of a CD / DVD player. Since a CD or DVD is not 100% flat and thus the distance between the readout optics and the CD surface varies, the laser beam of the readout optics must be continuously refocused. Here, the entire optics or only a main lens is tracked by a positioning and adjusted to the focus. The focusing takes place with the aid of an astigmatic lens combination, wherein this lens combination has the property that a light beam passing through the lens combination produces a round beam shape only at one point. A photoreceiver or photoreceiver array is used to analyze the beam shape and find the focal point based on the detected beam shape.

[0060] Die erfindungsgemäße Messvorrichtung 422 umfasst eine optische Laser-Quelle 420, die ein optisches Signal 432 aussendet, das ein Polarisationsprisma 444 durchläuft und als optisches Signal mit einem Polarisationswinkel von 0° über eine λ/74-Wellenplatte 424 und eine Hauptlinse 418 in einen Spalt 416 gerichtet wird, der sich zwischen zwei Lagerbauteilen 410 und 412 befindet. Der Spalt 416 ist mit einem Lagerfluid 440 gefüllt, dessen Füllstand im Spalt bestimmtwerden soll.The measuring device 422 according to the invention comprises a laser optical source 420 which emits an optical signal 432 passing through a polarizing prism 444 and as an optical signal having a polarization angle of 0 ° across a λ / 74 wave plate 424 and a main lens 418 in FIG a gap 416 is located between two bearing components 410 and 412. The gap 416 is filled with a bearing fluid 440 whose level in the gap is to be determined.

[0061] Die λ/4-Wellenplatte 424 spaltet das linear polarisierte Licht 432 in zwei senkrecht zueinander polarisierte Teilbündel und erzeugt zwischen den Teilbündeln einen Gangunterschied von einer viertel Wellenlänge.The λ / 4 wave plate 424 splits the linearly polarized light 432 into two sub-beams polarized perpendicular to each other and produces a path difference of one-quarter wavelength between the sub-beams.

[0062] Die Messeinrichtung 422 kann über eine Positionierungseinrichtung 450 sowohl axial in Bezug auf den Spalt 416 entsprechend den Pfeilrichtungen 442 als auch radial in Bezug auf den Spalt 416 entsprechend den Pfeilrichtungen 446 positioniert und bewegt werden. Der ausgesendete und die λ/4-Wellenplatte 424 passierende Lichtstrahl 432' wird über die Hauptlinse 418 auf die Oberfläche 426 der Flüssigkeit 440 gerichtet und dort reflektiert. Der reflektierte Anteil 434 des Lichtes passiert die Hauptlinse 418 und die λ/4-Wellenplatte 424 und trifft um 90° in Bezug auf den ausgesendeten Lichtstrahl 432 polarisiert auf das Polarisationsprisma 444. Aufgrund der 90° Polarisation passiert der Lichtstrahl 434 das Polarisationsprisma 444 nicht gerade, sondern wird im rechten Winkel abgelenkt und fällt nicht zurück auf den optischen Sender 420. Der abgelenkte reflektierte Lichtstrahl 434' passiert nun die astigmatische Linsenkombination, die aus einer Sammellinse 436 und einer Zylinderlinse 438 zusammengesetzt ist. Von der astigmatische Linsenkombination wird der Lichtstrahl 434' auf das Fotoempfänger-Array 448 9/23 österreichisches Patentamt AT 506 773 B1 2010-09-15 geworfen. Die Messeinrichtung 422 muss nun gegenüber der Flüssigkeitsoberfläche 426 so positioniert werden, dass der Fokus des ausgesendeten Lichtes 432 bzw. 432' genau auf der Flüssigkeitsoberfläche 426 zu liegen kommt. Die beschriebene Messanordnung verwendet eine astigmatische Linsenkombination, welche das von der Flüssigkeitsoberfläche 426 reflektierte Licht 434' auf das Fotoempfänger-Array 448 projiziert. Der die astigmatische Linsenkombination passierende Lichtstrahl 434' erzeugt auf dem Fotoempfänger-Array 448 nur dann eine runde Strahlform, wenn der Lichtstahl 432 auf der Flüssigkeitsoberfläche 426 fokussiert ist. Das Fotoempfänger-Array 448 besteht vorzugsweise aus einem Quadrantendetektor mit vier Detektorflächen in einer 2x2 Anordnung, welcher benutzt wird, um die Strahlform des auftreffenden Lichtstrahls 434' zu analysieren. Ist die Strahlform rund, so ist die Einrichtung im Fokus; in diesem Fall detektiert jede Detektorfläche des Fotoempfänger-Arrays 448 etwa gleich viel Licht. Ist die Einrichtung nicht im Fokus, so wird eine ovale, langgezogene Strahlform erzeugt, wodurch sich die Lichtverteilung auf dem Fotoempfänger-Array 448 ändert und dadurch die nicht-im-Fokus-Lage detektiert werden kann. Die Änderung der Fokuslage des Lichtstrahls 432 bzw. 432’ erfolgt durch eine Positionierung der gesamten Messeinrichtung 422 durch eine Positioniereinrichtung 450, vorzugsweise in Pfeilrichtung 442 bzw. auch in Richtung 446. Die Positioniereinrichtung 450 ist an einer Referenzfläche 428 des Lagerbauteils 410 ausgerichtet, so dass der Abstand d zwischen der Positioniereinrichtung bzw. der Messeinrichtung 422 und der Referenzfläche 428 bekannt ist. Gleichzeitig ist der Abstand L des Fokuspunktes von beispielsweise der Hauptlinse 418 bekannt. Aus der Differenz L-d kann dann die Füllhöhe h der Flüssigkeit 440 im Spalt 416 relativ zur Referenzfläche 428 bestimmt werden, und damit auch die absolute Füllhöhe.The measuring device 422 can be positioned and moved both axially with respect to the gap 416 according to the arrow directions 442 and radially with respect to the gap 416 according to the arrow directions 446 via a positioning device 450. The emitted and the λ / 4 wave plate 424 passing light beam 432 'is directed via the main lens 418 on the surface 426 of the liquid 440 and reflected there. The reflected portion 434 of the light passes through the main lens 418 and the λ / 4 wave plate 424 and is polarized by 90 ° with respect to the emitted light beam 432 onto the polarization prism 444. Due to the 90 ° polarization, the light beam 434 does not pass the polarization prism 444 straight but is deflected at right angles and does not fall back on the optical transmitter 420. The deflected reflected light beam 434 'now passes the astigmatic lens combination, which is composed of a converging lens 436 and a cylindrical lens 438. Of the astigmatic lens combination, the light beam 434 'is thrown onto the photoreceptor array 448 9/23 Austrian Patent Office AT 506 773 B1 2010-09-15. The measuring device 422 now has to be positioned relative to the liquid surface 426 such that the focus of the emitted light 432 or 432 'comes to rest precisely on the liquid surface 426. The described measurement arrangement employs an astigmatic lens combination which projects the light 434 'reflected from the liquid surface 426 onto the photoreceptor array 448. The light beam 434 'passing through the astigmatic lens combination produces a round beam shape on the photoreceptor array 448 only when the light beam 432 is focused on the liquid surface 426. The photoreceiver array 448 preferably consists of a quadrant detector with four detector surfaces in a 2x2 array, which is used to analyze the beam shape of the incident light beam 434 '. If the beam shape is round, then the device is in focus; In this case, each detector surface of the photoreceptor array 448 detects approximately the same amount of light. If the device is not in focus, then an oval, elongate beam shape is generated, whereby the light distribution on the photoreceptor array 448 changes and thereby the non-in-focus position can be detected. The change in the focus position of the light beam 432 or 432 'is effected by positioning the entire measuring device 422 by a positioning device 450, preferably in the direction of arrow 442 or also in direction 446. The positioning device 450 is aligned with a reference surface 428 of the bearing component 410, so that the distance d between the positioning device or the measuring device 422 and the reference surface 428 is known. At the same time, the distance L of the focal point from, for example, the main lens 418 is known. The filling height h of the liquid 440 in the gap 416 relative to the reference surface 428 can then be determined from the difference L-d, and thus also the absolute filling level.

[0063] Anstelle der gesamten Messeinrichtung 422 kann die Positioniereinrichtung 450 auch nur die Hauptlinse entsprechend axial verstellen, um den Lichtstrahl 432 auf der Flüssigkeitsoberfläche 426 zu fokussieren.Instead of the entire measuring device 422, the positioning device 450 can also axially adjust only the main lens in order to focus the light beam 432 on the liquid surface 426.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN 10 Lagerbauteil 12 Lagerbauteil 14 Drehachse 16 Spalt 18 Glasfaser 20 Messeinrichtung 22 Abstandsmesseinrichtung 24 Halterung 26 Flüssigkeitsoberfläche 28 Referenzfläche 30 Isolierung 32 Lichtstrahl 34, 34' Lichtstrahl (reflektiert) 36 Endfläche 38, 38' Lichtstrahl (austretend) 40 Flüssigkeit 42 Verspiegelung 44 Prisma 46 Glasfaserende (geschliffen) 48 Chromatischer Sensor 50 Positionier- / Vorschubeinrichtung 110 Lagerbauteil 112 Lagerbauteil 116 Spalt 117 Luftspalt 118 Glasfaser 10/23LIST OF REFERENCE SIGNS 10 Bearing component 12 Bearing component 14 Rotary axis 16 Slit 18 Fiberglass 20 Measuring device 22 Distance measuring device 24 Holder 26 Liquid surface 28 Reference surface 30 Insulation 32 Light beam 34, 34 'Light beam (reflected) 36 End surface 38, 38' Light beam (exiting) 40 Liquid 42 Mirroring 44 Prisma 46 Glass fiber end (ground) 48 Chromatic sensor 50 Positioning / feeding device 110 Bearing component 112 Bearing component 116 Gap 117 Air gap 118 Glass fiber 10/23

Claims

AT 506 773 B1 2010-09-15 Austrian Patent Office 126 Liquid surface 132 Light beam 134 Light beam (reflected) 142 Mirroring 210 Bearing component 211 Wall 212 Bearing component 213 Wall 214 Rotary axis 216 Slit 218 Glass fiber 220 White light source 226 Liquid surface 230 Insulation 232 Light beam 234 Light beam (reflected) 244 Prism, wedge plate 248 spectrometer 250 fiber coupler 252 bisector 254 line of sight 256 GRIN lens 258 Fresnel lens 260 diffractive lens 410 bearing component 412 bearing component 414 rotation axis 416 gap 418 main lens 420 light source 422 measuring device 424 λ / 4 wave plate 426 liquid surface 428 reference surface 432, 432 ' Light beam 434, 434 'Light beam (reflected) 436 Conveying lens 438 Cylindrical lens 440 Liquid 442 Arrow direction 444 Prism 446 Arrow direction 448 Photoreceiver 450 Positioning / feeding device Patent claims 1. Method for optical detection d it level of a liquid in a Flohlraum (16; 116; 216; 416) with a sub-mm wide aperture by means of an optical measuring method, comprising the steps of arranging a light-conducting and / or reflective or refractory optical fiber element (18, 118, 218) in or at the opening of the cavity ( 16; 116; 216; 416), feeding an optical signal (32; 132; 232; 432) from an optical source (20; 48; 11/23 Austrian Patent Office AT 506 773 B1 2010-09-15 220; the optical element into the cavity such that it is affected by the liquid, whereby a portion (34; 134; 234; 434) of the optical signal is returned via the optical element to an optical well (20; 48; 248; 448) detecting the returned portion (34; 134; 234; 434) of the optical signal in the optical well (20; 48; 248; 448), detecting the geometric position of the optical source and / or the optical element relative to a reference position (Fig. 28, 428), determining the filling level de r fluid (40; 440) in the cavity by evaluating the returned portion (34; 134; 234; 434 ') of the optical signal (32; 132; 232; 432) and the detected position of the optical source / drain and / or the optical element, characterized in that a contactless chromatic measuring method is used, and in that the injected optical signal (132; 232) is projected from the optical element onto the liquid surface (126; 226) by means of an additional element for deflecting the optical signal.

The method of claim 1, characterized in that the optical signal (132; 232) from the optical source (48; 220) via the optical element (118; 218) to the surface (126; 226) of the liquid and the recycled portion (134, 234) is passed back to the optical sink (48, 248) and evaluated there.

3. Method according to one of claims 1 to 2, characterized in that the optical element (18; 118; 218; 418) is inserted into the opening of the cavity (16; 116; 216; 416) by means of a positioning device (50) or in the Area of the opening is arranged.

4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the position of the optical element (18; 118; 218; 418) and / or the optical source / sink (48; 220; 248; 420, 448) is determined by means of a Adjustment path of the positioning (50; 250) is detected mechanically.

5. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the position of the optical element (18; 118; 218; 418) and / or the optical source / sink (48; 220; 248; 420, 448) is determined by means of a optical distance measuring method is determined.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the cavity (216) is so narrow that due to the capillary action results in a curved liquid surface having a certain focal point, wherein the light-focusing property of the curved liquid surface (226 ) is exploited by placing the optical element in the cavity (216) so that it lies at the focal point where the returned portion (234) of the optical signal (232) has a maximum, the level being determined at that position ,

7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the returned portion (434, 434 ') of the optical signal (432, 432') by means of an astigmatic lens combination (436, 438) and a positioning device (450) on a photoreceiver array (448) is focused, wherein the astigmatic lens combination (436, 438) produces only at the focal point a round beam shape of the recirculated portion (434, 434 ') of the optical signal detected by the photoreceptor array (448) is determined, the level by evaluating the position of the positioning (450) at this point.

8. The method according to any one of claims 1 to 7 for measuring the level of bearing fluid in the gap of a fluid dynamic bearing system.

Apparatus for optically detecting the level of a liquid in a sub-mm-wide cavity (16; 416) by means of an optical measuring method, comprising: positioning means (50; 450) for positioning a light-conducting and / or re-focusing or refractive optical element (18; 118; 218; 418) in or at the opening of the cavity (16; 116; 216; 416), an optical source (20; 48; 220; 420) for emitting an optical measurement signal (32; 132 232; 432) via the optical element into the cavity, an optical sink (20; 48; 12/23 Austrian Patent Office AT 506 773 B1 2010-09-15 220; 248; 448) for receiving a liquid-influenced and thereby means for determining the position of the optical source / sink and / or the optical element relative to a reference position (28, 428) via the optical element's optical-sink portion (34; 134; 234; 434); , an evaluation direction for determining the level of the liquid in the cavity by evaluating the recycled portion (34; 134; 234; 434) of the optical signal (32; 132; 232; 432) and the position of the optical source / drain and / or the optical element (18; 118; 218; 418), characterized in that the optical element comprises a glass fiber (18; 118; 218), and in that an additional element is formed to form or guide the light beam at the end of the glass fiber introduced into the opening.

10. The device according to claim 9, characterized in that an inserted into the opening end of the glass fiber, a 90 ° cone prism (44, 46).

11. The device according to claim 9, characterized in that an inserted into the opening of the cavity end of the glass fiber, a gradient index lens (256) and / or Fresnel lens (258) and / or diffractive lens (260).

12. Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that an end face (36) of the glass fiber (118; 218) is flattened at an angle with respect to the longitudinal axis of the glass fiber.

13. Device according to one of claims 12, characterized in that the end face (36) of the glass fiber is provided with a reflective coating (42).

14. Device according to one of claims 9 to 13, characterized in that the end region of the glass fiber (18) is stripped.

15. Device according to one of claims 9 to 14, characterized in that the introduced into the opening end of the glass fiber (18) is surrounded with a liquid-repellent barrier film.

16. Device according to one of claims 9 to 15, characterized in that the optical source is a white light source (220).

17. Device according to one of claims 9 to 16, characterized in that the optical sink is a photosensitive element (448).

18. Device according to one of claims 9 to 17, characterized in that the optical sink is a spectrometer (248).

19. Device according to one of claims 9 to 18, characterized in that the means for determining the position of the optical source / drain and / or the optical element is a mechanical distance measuring device (50; 450).

20. Device according to one of claims 9 to 19, characterized in that the means for determining the position of the optical source / sink and / or the optical element is an optical distance measuring device (22).

21. Device according to one of claims 9, 19 or 20, characterized in that the optical source (420) is a laser source, and an astigmatic lens combination (436, 438) for focusing the returned portion (434, 434 ') of the optical Signal (432, 432 ') is provided on a designed as a photoreceiver array (442) optical drain.

22. Device according to one of claims 9 to 21 for measuring the level of bearing fluid in the gap of a fluid dynamic bearing system. For this 10 sheets drawings 13/23