CH629589A5 - Schwingungsdetektor. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungsdetektor. Solch ein Detektor wird zum Nachweis lokaler mechanischer Schwingungen an Einrichtungen verwendet und gibt beim Überschreiten eines vorgegebenen Schwingungspegels zu einer Störmeldung Anlass.

Zum Beispiel in gasisolierten elektrischen Einrichtungen, bei denen ein Tank mit einem elektrisch isolierenden Gas gefüllt ist, können unerwartete explosionsartige Vorgänge auftreten, wie z.B. elektrische Entladungen, deren Auswirkungen sich indirekt äusserlich feststellen lassen. Bei elektrischen Einrichtungen, die mehrere solcher Tanks aufweisen, ist es schwierig, die Stellen zu ermitteln, an denen solche Fehlerscheinungen auftraten, so dass es erforderlich ist, die Tanks für eine Inspektion und Wartung zu öffnen.

Für die Ermittlung von Fehlerscheinungen an solchen elektrischen Einrichtungen sind Schwingungsdetektoren erwünscht. Beim Auftreten von Fehlerscheinungen an elektrischen Einrichtungen, wie Transformer-Unterstationen, Kraftanlagen usw., entstehen Schwingungen mit grossen Amplituden unmittelbar an dem betroffenen speziellen Teil. Durch Ermittlung der entstehenden Schwingungsenergie lässt sich die Stelle, an der die Fehlerscheinung auftrat, schnell nachweisen, so dass die Ausbreitung des Fehlers und Folgeschäden sich vermeiden lassen.

Durch die DE-OS 1 773 797 ist ein Detektor für mechanische Schwingungen bekannt, der insbesondere für eine Einbruchmeldeanlage vorgesehen ist. An einer Blattfeder ist ein Gewicht befestigt, und die Einstellung der Empfindlichkeit ist mittels einer an der Blattfeder anliegenden Schraube möglich. Ein durch eine Zugfeder belasteter Hebel wird in einer Kerbe • der Blattfeder gehalten. Bei Schwingungsbelastung bewegt sich das Gewicht und damit die Blattfeder, so dass der Hebel freikommt und seine Stellung verändert. Diese Veränderung der Hebelstellung stellt bis zur Rückstellung des Hebels eine bleibende Anzeige dar für die Überschreitung einer bestimmten

Schwingungsintensität. Dieser bekannte Detektor besteht aus zahlreichen Einzelheiten und ist verhältnismässig kompliziert aufgebaut.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Schwingungsdetektor für die Auffindung mechanischer Schwingungen zu finden, der eine einfache, preisgünstig herstellbare Konstruktion aufweist und das Auftreten einer Fehlerscheinung an elektrischen Einrichtungen, die in einem Tank angeordnet sind, schnell nachweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Schwingungsdetektor gemäss den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Durch eine Ausführungsform entsprechend dem Anspruch 3 soll eine hohe Antriebskraft beim Beginn der Bewegung dem beweglichen Körper erteilt werden. Durch die Ausführungsform gemäss dem Anspruch 4 wird eine höhere Zuverlässigkeit erreicht und verhindert, dass der bewegliche Körper kippt und entsprechend von dem Basiskörper aus einen direkten Schlag erhält.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Schwingungsdetektor in seiner Bereitschaftsstellung bzw. Betriebsstellung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Blattfeder des Detektors nach Fig. 1, und

Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 im Zustand des Detektors nach dem Nachweis einer Schwingung.

Entsprechend der Darstellung nach Fig. 1 hat der Detektor einen Basiskörper 10, dessen oberer Teil die Form eines kreisförmigen Hohlzylinders hat und dessen unterer Teil an der Aus-senwand eines Tanks 12 einer nicht dargestellten elektrischen Einrichtung befestigt ist, die hinsichtlich evtl. auftretender Schwingungen überwacht werden soll. Auf das offene Ende des oberen Teiles des Basiskörpers 10 ist eine Abdeckkappe 14 aufgeschraubt, wodurch unter Mitwirkung eines ringförmigen Abstandshalters 20 zwei ringförmige Blattfedern 16 und 18 klemmend festgehalten werden. Der Abstandshalter 20 befindet sich entsprechend zwischen den Blattfedern 16 und 18, und eine der Blattfedern 16 zwischen dem Abstandshalter und dem unteren Rand der Abdeckkappe.

In dem zylindrischen Raum, der durch den Basiskörper 10 und die Abdeckkappe 14 begrenzt ist, befindet sich ein beweglicher Körper 22, der die Form eines Kreiszylinders hat. Er wird in der Längsachse des zylindrischen Hohlraumes durch das Blattfederpaar 16,18 gehalten, indem er sich durch die Blattfedern hindurch erstreckt, und seine untere Endfläche entsprechend der Ansicht nach Fig. 1 steht in Kontakt mit dem Boden des Basiskörpers 10. Der bewegliche Körper 22 hat einen Aussendurchmesser d, der etwas grösser ist als der Innendurchmesser D der Blattfeder 16 oder 18. Beim Zusammenbau des Detektors nach Fig. 1 wird zuerst der bewegliche Körper 22 in den Basiskörper 10 in dessen Längsachse so angeordnet, dass seine untere Endfläche auf dem Boden des Basiskörpers aufsteht. Anschliessend werden die ringförmige Blattfeder 18, der Abstandshalter 20 und die ringförmige Blattfeder 16 in den Basiskörper 10 in der genannten Reihenfolge eingesetzt, so dass der bewegliche Körper 10 in die Blattfedern 16 und 18 hineingezwängt wird. Danach wird die Abdeckkappe 14 auf das obere Ende des Basiskörpers 10 aufgeschraubt, so dass die Blattfedern fest eingespannt werden.

Aufgrund einer sehr geringen Differenz zwischen dem Aussendurchmesser des beweglichen Körpers 22 und dem Innendurchmesser der Blattfedern 16 und 18 wird der Teil beider Blattfedern, der sich in das Innere des Basiskörpers 10 hineinerstreckt, kegelstumpfförmig entsprechend der Darstellung in Fig. 1 ausgebogen. Der innere Umfang der unteren Blattfeder 18 liegt in einer Umfangsnut 22a am unteren Ende des beweglichen Körpers 22 an. Auf diese Weise ergibt sich, dass die Blatt2

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federn 16 und 18 den beweglichen Körper 22 für eine Aufwärtsbewegung entlang der Mittelachse festhalten, wobei die untere Endfläche des beweglichen Körpers 22 an dem Boden des Basiskörpers 10 im stabilisierten Zustand des Detektors anliegt. Der Abstandshalter 20 dient auch dazu, die Blattfedern 16 und 18 um einen vorgegebenen Betrag in Abstand voneinander zu halten und eine Bewegung des Körpers 22 in einer vorgegebenen Richtung zuzulassen, selbst wenn dieser horizontal angeordnet ist.

Die Abdeckkappe 14 hat einen sich nach unten erstreckenden zentralen Teil und einen in seinem oberen zentralen Teil z.B. durch Vernieten befestigten Grenzschalter 24. Dieser Grenzschalter hat einen Betätigungsschaft 24a, der der oberen flachen Endfläche des beweglichen Körpers 22 gegenüberliegenden mit vorgegebenem Abstand dazu angeordnet ist.

Um das Einpressen des beweglichen Körpers 22 in die Blattfedern 16 oder 18 hinein zu erleichtern, sind diese mit mehreren Schlitzen 16a bzw. 18a versehen, die sich im gleichen Winkelabstand voneinander von innen radial nach aussen erstrecken. Im Beispiel nach Fig. 2 hat jede Blattfeder 8 solche Schlitze.

Im folgenden wird die Funktionsweise des Detektors anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben. Wird angenommen, dass in dem Tank 12 infolge eines Kurzschlusses eine Explosion auftritt, so wird die Aussenwand des Tankes 12 sofort durch die entstehende Energie unter hoher Frequenz und mit starker Beschleunigung erschüttert. Diese Erschütterung bzw. mechanische Schwingung überträgt sich auf den an der Aussenwand des Tankes 12 befestigten Detektor, so dass die entsprechend der Darstellung in Fig. 1 nach oben gerichtete Anfangsbeschleunigung zu einer Schlagkraft zwischen dem beweglichen Körper 22 und dem Basiskörper 10 führt, so dass der bewegliche Körper 22 nach oben gestossen wird, bis der innere Umfang der unteren Blattfeder 18 die Nut 22a des beweglichen Körpers 22 freigibt. Infolge seiner Trägheitskraft will sich der bewegliche Körper 22 dabei weiter aufwärtsbewegen. Anschliessend ist ein abwärts gerichteter Teil der Schwingungsbewegung bestrebt, den beweglichen Körper 22 entgegen der Reibungskraft zwischen ihm und den Blattfedern nach unten zu bewegen. Die Blattfedern 16 und 18 sind jedoch so ausgeführt, dass zu dieser Zeit die Kraft geringer ist als die Trägheitskraft des beweglichen Körpers 22. Dies führt zu einem Schlupf zwischen der Berührungsfläche zwischen dem beweglichen Körper 22 und den Blattfedern 16 oder 18, so dass die Berührungsfläche bis zur unteren Grenze der abwärts gerichteten Schwingungsbewegung verschoben wird. Eine Rückwärtsbewegung des beweglichen Körpers relativ zu den Blattfedern ist aufgrund von deren konischer Ausbiegung unter dem Winkel 0 gegenüber einer senkrecht zur Längsachse des beweglichen Körpers 22 verlaufenden Achse nicht möglich,

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da dann der Körper 22 in der Blattfeder mit zunehmender Klemmkraft blockiert wird. Folglich kann nur der aufwärts gerichtete Teil der Schwingungsbewegung den Körper 22 anheben.

Der beschriebene Vorgang wiederholt sich aufgrund der aufeinanderfolgenden Schwingungsbewegungen, bis der bewegliche Körper 22 nach und nach so weit nach oben gelangt ist,

dass seine obere flache Endfläche an der Unterseite der Abdeckkappe 14 anliegt und dabei der Betätigungsschaft 24a des Grenzschalters entsprechend der Darstellung in Fig. 3 nach oben gestossen ist. Dies führt dazu, dass der Grenzschalter 24 betätigt wird und ein Signal abgibt, durch das der Fehler, d.h. die Explosion, signalisiert wird.

Wie erwähnt, wird der bewegliche Körper 22 Schwingungen ausgesetzt, indem er vom Boden des Basiskörpers 10 zu Beginn der an der Aussenwand des Tanks 12 entwickelten Schwingung eine Schlagkraft aufnimmt. Unter diesen Umständen kann eine Richtung der Schwingung gegenüber der Längsachse des beweglichen Körpers 22 geneigt sein. Selbst in diesem Fall besteht keine Gefahr, dass der bewegliche Körper 22 gegenüber der Längsachse des durch den Basiskörper 10 und die Abdeckkappe 14 begrenzten zylindrischen Raumes gekippt wird. Dies ergibt sich dadurch, dass die untere Endfläche des beweglichen Körpers sich in Punktkontakt mit dem Boden des Basiskörpers 10 auf dieser Längsachse befindet. Dies verhindert, dass der Kontaktdruck zwischen dem beweglichen Körper und jeder Blattfeder ungleichförmig ist, so dass ein stabilisiertes Verhalten des beweglichen Körpers erzielt wird. Der Grenzschalter hat entsprechend auch weniger Abweichungen seiner Ansprechzeit, so dass sich eine höhere Zuverlässigkeit ergibt.

Aus der vorangehenden Beschreibung ergibt sich, dass der Detektor einfach aufgebaut ist, indem der bewegliche Körper unter vorgegebenem Winkel zwischen den Blattfedern gehalten wird. Durch geeignete Dimensionierung und Auswahl des Federverhaltens der Blattfedern sowie der Masse des beweglichen Körpers ist es möglich, mechanische Schwingungsenergie in vorgegebenen Grenzen zu ermitteln und ausserdem ein solches Ereignis zu speichern.

Es versteht sich, dass zahlreiche Abwandlungen gegenüber dem beschriebenen Ausführungsbeispiel im Rahmen der Erfindung möglich sind. Es versteht sich auch, dass der Detektor nicht nur für den Nachweis von Unfällen geeignet ist, sondern auch für den Nachweis bestimmter Beschleunigungen, indem die Dimension und Federkraft der Blattfedern sowie die Masse des beweglichen Körpers auf die erforderliche Grösse gebracht werden. Schliesslich ist es auch möglich, den Grad bzw. die Grösse von Schwingungen zu messen, indem die Grösse der Bewegung des beweglichen Körpers gemessen wird.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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1. Schwingungsdetektor, gekennzeichnet durch einen Basiskörper (10), der mit Mitteln für die Befestigung an einer durch den Detektor zu überwachenden Einrichtung versehen ist, mindestens eine mit dem Basiskörper fest verbundene Blattfeder (16), einen durch die Blattfeder getragenen, in einer vorgegebenen Richtung beweglichen Körper (22), wobei die Blattfeder an dem beweglichen Körper so anliegt, dass zwischen ihnen ein Winkel (8) vorhanden ist und der Körper durch an der zu überwachenden Einrichtung auftretende Schwingungen in der vorgegebenen Richtung bewegt wird, und auf die Bewegung des Körpers in der vorgegebenen Richtung ansprechende singaler-zeugende Mittel.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Körper (22) die Form eines Kreiszylinders hat und die Blattfeder (16) ringförmig ist und mehrere von einer inneren Öffnung aus radial nach aussen verlaufende Einschnitte (16a) mit vorgegebenen gleichen Längen aufweist wobei der Aussendurchmesser des beweglichen Körpers und der Innendurchmesser der ringförmigen Blattfeder einen so geringen Unterschied aufweisen, dass sie sich geringfügig gegenseitig überlappen, und dass der bewegliche Körper in diese Blattfeder derart eingefügt ist, dass die Blattfeder den Winkel (0) einnimmt.

3. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Richtung der Bewegung gesehene rückseitige Endfläche des beweglichen Körpers (22) gegen den Basiskörper (10) anliegt.

4. Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endfläche des beweglichen Körpers (22) sich in Punktkontakt mit dem Basiskörper (10) befindet, wobei dieser Punkt in der Längsachse des beweglichen Körpers liegt.