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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Inspektion eines schmalen
Luftspaltes zwischen zwei Oberflächen mittels einer Sonde,
wobei mindestens eine der zwei Oberflächen ferromagnetisch
ist. Sie betrifft insbesondere eine Vorrichtung mit einem Motor
zur Bewegung der Sonde, wobei der Motor ausserhalb des Spaltes angeordnet
ist und die Sonde durch einen einzigen Zugang in den Spalt einführbar ist.
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Stand der Technik
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Maschinen,
Motoren und industrielle Apparate mit langer Betriebsdauer werden
typischerweise in regelmässigen Zeitabständen
auf ihre Funktionstüchtigkeit inspiziert. Zum Beispiel
werden Turbinen, Boiler oder Generatoren auf Schäden an
den Oberflächen der Bauteile inspiziert, um ein Versagen
oder Schäden während des Betriebs zu vermeiden,
indem gegebenenfalls Schäden behoben oder Bauteile ersetzt
werden müssen. Um eine Inspektion mit möglichst
wenig Aufwand und in kurzer Zeit zu vollbringen, soll die Maschine
nach Möglichkeit nicht auseinander gebaut werden. Häufig
stehen dann jedoch zur Inspektion nur ein begrenzter Raum und schmale
Zugänge zur Verfügung. Zum Beispiel werden Stator und
Rotor eines Generators über einen schmalen Luftspalt zwischen
den Oberflächen des Stators und Rotors inspiziert.
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Für
Inspektionen dieses Art sind verschiedene Inspektionsvorrichtungen
wie folgt bekannt.
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Zum
Beispiel ist in
US 6,672,413 eine
ferngesteuerte Vorrichtung zur Inspektion von Räumen offenbart,
die durch Menschen nicht zugänglich sind. Sie umfasst einen
oder mehrere Wagen, die durch ein Scharnier miteinander verbunden
sind. Die Wagen verfügen über einen Motor sowie
Magneten, die den Kontakt mit den Oberflächen gewährleisten,
insbesondere mit Oberflächen, von denen die Vorrichtung
aufgrund der Schwerkraft sonst abgleiten würde. Die Vorrichtung
eignet sich aufgrund ihrer Grösse und Komplexität
nur für Räume ab einer bestimmten Grösse.
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EP 684483 offenbart ein System
zur Inspektion eines Generators, dessen Rotor für eine
Inspektion nicht ausgebaut werden muss. Es umfasst einen oder mehrere
Sensoren auf einem Wagen mit Rädern, die gleichzeitig entlang
den Oberflächen des Rotors sowie in Nuten des Stators rollen.
Die Vorrichtung wird mittels einem Motor ausserhalb der zu inspizierenden
Maschine und einem Kabel bewegt, das sich über die Länge
der Maschine bis zu deren beiden Enden erstreckt. Während
das System eine Inspektion eines schmalen Spaltes ab einer Grösse von
40 mm ermöglicht, ist zu deren Installation ein Zugang
von beiden Seiten der Maschine notwendig.
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EP 1420260 offenbart einen
Detektor zur Inspektion eines Generatorstators mit eingebautem Rotor
mit einer Schiene, die am einen Ende des Stators montiert und in
Statornuten magnetisch befestigt ist. Der Wagen lässt sich
nach Einbau der Schiene entlang der Schiene mittels einem ferngesteuerten Antrieb,
einem aufziehbaren Kabel, vorzugsweise mit einer Umlenkrolle, sowie
einer Feder bewegen.
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In
EP 1233278 ist eine Vorrichtung
zur Inspektion des Luftspalts zwischen Stator und Rotor eines Generators
bei eingebautem Rotor, für dessen Befestigung ein Zugang
von beiden Seiten des Luftspalts erforderlich ist.
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US 6,100,711 offenbart eine
Vorrichtung zur Inspektion eines Luftspalts in einem Generator.
Die Vorrichtung umfasst einen verlängerbaren Masten, der
zwecks Positionierung im Luftspalt mittels Seitenelementen mit dessen
Seitenwänden in Kontakt gebracht wird. Ein Motor zur Fortbewegung
der Vorrichtung ist auf dieser selbst montiert. Die Vorrichtung
erfordert eine Mindesthöhe des Luftspaltes von einem halben
Zoll.
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EP 1 863 153 offenbart eine
Inspektionsvorrichtung für einen Luftspalt, die einen Masten
in der Form eines expandierbaren und zusammenklappbaren Rohrs umfasst,
auf dem ein Sensorkopf befestigt ist. Hierzu besteht der Masten
aus zwei Teilen, die ihrer Länge nach sich voneinander
trennen und damit den Masten aufweiten. Der Masten besteht aus einem
aufrollbaren Material, das mittels einem Antrieb ausserhalb des
Luftspaltes aus- und aufgerollt wird. Der Masten wird in einem zusammengeklappten
Zustand von einem Ende des Spalts in den Luftspalt eingeführt.
Nachdem er eingeführt ist, wird er in seiner Breite aufgeweitet,
sodass er die erforderliche Steifigkeit erreicht, um den Sensor
fortzubewegen. Der Sensor und Masten werden sodann mittels des Antriebs
entlang der Länge des Spaltes geführt. Bei Nicht-Verwendung
des Sensors wird der Masten in seinem zusammengeklappten Zustand
aufgerollt aufbewahrt.
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Darstellung der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung ist die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung
zur automatischen Inspektion von schmalen Luftspalten zwischen Oberflächen zu
schaffen, wobei mindestens eine Oberfläche ferromagnetisch
ist, wie zum Beispiel in Maschinen, insbesondere Generatoren. Die
Vorrichtung soll eine Inspektion von schmalen Luftspalten erlauben,
ohne dass die Luftspalten durch einen Ausbau von Bauteilen vergrössert
werden müssen. Zudem soll die Vorrichtung einfach und effizient
installiert und innerhalb des Luftspaltes bewegt werden können.
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Eine
Vorrichtung zur Inspektion eines Luftspaltes zwischen Oberflächen,
wovon mindestens eine der zwei Oberflächen ferromagnetisch
ist, weist eine Sensorplattform einen oder mehrere Sensoren auf,
die an einem länglich ausgebildeten, ausfahrbaren Träger
befestigt ist, wobei der Träger durch eine einzige Zugangsöffnung
in den Spalt ein- und herausführbar, mittels einem Antrieb über
die Länge des Spaltes vorwärts und zurück
führbar und ausserhalb des Spaltes aufrollbar ist. Erfindungsgemäss weist
der Träger eine Mehrzahl von Magneten auf, die über
die Länge des Trägers verteilt sind und den Träger
in Kontakt mit einer ferromagnetischen Oberfläche bringen
und halten. Die Magneten sind dabei an einer Oberfläche
des Trägers befestigt, die von der ferromagnetischen Oberfläche
abgewandt ist. Die Magnete bewirken einen kontinuierlichen Kontakt entlang
der gesamten Länge des ausgefahrenen Trägers mit
der zu inspizierenden Oberfläche und ermöglichen
die Sensorplattform vorwärts zu schieben, ohne dass sich
der Träger durchbiegt. Die Anordnung der Magnete auf der
der ferromagnetischen Oberfläche abgewandten Seite des
Trägers gewährleistet ein gleichmässiges
Gleiten des Trägers entlang der Oberfläche und
somit ein ungehindertes Aus- und Einführen.
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In
einer Ausführung der Erfindung weist der Träger
zusätzlich, zumindest im ausgefahrenen Zustand, in einem
zu seiner Längserstreckung senkrechten Querschnitt eine
Krümmung auf.
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Die
Krümmung im Querschnitt gewährt dem Träger
in seinem ausgefahrenen Zustand eine Steifigkeit, die es ermöglicht,
den Träger in einen Spalt einzuführen, ohne dass
dieser durchhängt oder sich biegt. Die Magnete am Träger
gewährleisten zudem, dass der Träger während
der Bewegung entlang dem Spalt sowie der Inspektionsmessungen im
Spalt in Kontakt mit der ferromagnetischen Oberfläche bleibt. Dies
ermöglicht einerseits, zusammen mit der Krümmung
des Trägers, dass der Träger in den Spalt bis zu
dessen Ende kontrolliert eingeführt und wieder herausgeführt
werden kann, ohne dass dieser sich biegt, wölbt oder von
der ferromagnetischen Oberfläche wegbewegt. Der Kontakt
mit der Oberfläche aufgrund der Magnete gewährleistet
zudem, dass in jeder Position entlang des Spaltes die gleiche Distanz zwischen
dem Sensormesskopf und der ferromagnetischen Oberfläche
aufrechterhalten bleibt.
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Die
Magnete sind an einer Oberfläche des Trägers befestigt,
die von der ferromagnetischen Oberfläche, mit welcher der
Träger in Kontakt ist, abgewandt ist. Sie sind somit nicht
in direktem Kontakt mit der ferromagnetischen Oberfläche, sondern
wirken von der abgewandten Seite her durch den Träger hindurch.
Die Befestigung der Magnete an der ferromagnetischen Oberfläche
abgewandten Seite des Trägers ermöglicht ein einwandfreies
Gleiten entlang der Oberfläche, ohne dass die Magnete sich
an Unregelmässigkeiten der Oberfläche anstossen
könnten. Zudem vermeidet diese Platzierung, dass der Träger
durch die Magnetkräfte zu stark an der Oberfläche
festgehalten und ein Gleiten behindert würde.
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Die
Magnete garantieren zudem, dass der Träger mit dem Sensor
auch dann mit ferromagnetischen Oberflächen in Kontakt
bleibt, wenn die Schwerkraft am Träger entgegen der Haltekraft
der Magneten wirkt.
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Der
Träger ist aufrollbar, was eine Lagerung in kleinem Raum
und damit auch eine vielseitige Platzierung der Vorrichtung an Stellen
in Maschinen mit begrenzten Raumverhältnissen ermöglicht.
Zudem vereinfacht die raumeffiziente Lagerung den Transport und
die Handhabung der Vorrichtung.
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In
einer Ausführung der Erfindung weist die Sensorplattform
mehrere weitere Magneten sowie ein oder mehrere gleitfähige
oder rollende Elemente auf. Diese Magneten sind wiederum in oder
an der Sensorplattform angeordnet, dass sie nicht in direktem Kontakt
mit der ferromagnetischen Oberfläche sind. Die Bauhöhe
der ein oder mehreren gleitfähigen oder rollenden Elemente
sind grösser als die der Magneten, sodass sie von der Oberfläche
der Sensorplattform gegenüber den Magneten hervorstehen. Somit
können sie direkt auf einer ferromagnetischen Oberfläche
gleiten oder rollen. Dies gewährleistet, dass der Sensor
stets und in allen Positionen in einem Spalt in Kontakt mit einer
ferromagnetischen Oberfläche bleibt und zugleich ein Gleiten
oder Rollen der Sensorplattform entlang der Oberfläche
bei möglichst kleinem Widerstand ermöglicht ist.
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In
einer ersten Variante dieser Ausführung sind Magneten in
der Sensorplattform eingebettet, indem ihre Oberflächen
in der gleichen Ebene sind wie die Oberfläche der Plattform
oder ihre Oberflächen leicht unter der Oberfläche
der Plattform und von einem gleitfähigen Material auf der
Sensorplattform überdeckt sind. Dies gewährleistet
ein einwandfreies Gleiten der Sensorplattform auf der Oberfläche.
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In
einer zweiten Variante dieser Ausführung sind die Magnete
auf der Oberfläche der Sensorplattform angeordnet, wobei
auf derselben Oberfläche zusätzlich eine Mehrzahl
von Rollelementen angeordnet sind. Die Rollelemente sind dabei so
dimensioniert und angeordnet, dass sie von der Plattformoberfläche
gegenüber den Magneten vorstehen und die Magnete entsprechend
zurückversetzt sind und somit nicht in direkten Kontakt
mit der ferromagnetischen Oberfläche kommen.
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In
einer weiteren Ausführung weist die Sensorplattform keine
Roll- oder Gleitelemente auf. Es sind jedoch in der Sensorplattform
ein oder mehrere Magneten eingebettet, indem ihre Oberflächen
in der gleichen Ebene liegen wie die Oberfläche der Plattform
oder ihre Oberflächen leicht unter der Oberfläche
der Plattform liegen und von einem gleitfähigen Material
auf der Sensorplattform überdeckt sind. Dies gewährleistet
bereits ein Gleiten der Sensorplattform auf der Oberfläche.
In einer Variante sind zusätzlich ein Magnet oder mehrere
Magneten an der Sensorplattform in einer Ausnehmung verschiebbar
angeordnet, wobei die Magnete in der Ausnehmung in einer Richtung
in einem rechten Winkel zur Längsrichtung des Trägers
bewegt werden können. Dies erlaubt eine optimale Positionierung
der Magneten bezüglich der ferromagnetischen Oberfläche
und somit eine optimale Führung der Sensorplattform entlang der
Oberfläche, die inspiziert werden soll.
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In
einer weiteren Ausführung weist die Vorrichtung eine Träger-
oder Lagerungsrolle auf, mit welcher der Träger aufgerollt
und wieder abgerollt und ausgefahren werden kann. Sie ermöglicht
eine Lagerung des Trägers auf kleinstmöglichem
Raum und somit eine Positionierung der Vorrichtung an Orten mit
begrenzten Platzverhältnissen und einen einfachen Transport
zur Inspektion einer weiteren Maschine.
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In
einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die Vorrichtung
ein Paar oder mehrere Paare von Führungselementen auf,
zwischen denen der Träger beim Ausfahren hindurchgeführt
wird und welche dazu dienen, die Richtung des ausfahrenden Trägers
festzulegen. In einer ersten Variante besteht ein Paar von Führungselementen
aus einem unbeweglichen Element und einem um seine eigene Achse
rotierbaren Element. Das unbewegliche Element weist Flächen
auf, welche die konvexe Seite einer Krümmung oder Tangenten
zu Teilen der konvexen Seite einer Krümmung bilden. Das
rotierbare Element besteht aus einer Walze mit Flächen,
welche die konkave Seite einer Krümmung oder Teile der konkaven
Seite einer Krümmung bilden. Das unbewegliche Element und
das rotierbare Element sind so angeordnet, dass die konkav angeordneten
Flächen des rotierenden Elementes in die konvexen Flächen oder
Flächenteile des unbeweglichen Elementes hineinragen.
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In
einer zweiten Variante besteht ein Paar von Führungselementen
aus einem Paar von Führungswalzen, wobei jedes Paar von
Führungswalzen aus einer Walze mit einem konvexen Querschnitt
und einer Walze mit einem konkaven Querschnitt gleicher Krümmung
besteht. Die konvexe Walze ist bezüglich der konkaven Walze
angeordnet, sodass das konvex gekrümmte Teil in das konkav
gekrümmte Teil der anderen Führungswalze hineinragt.
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In
beiden Varianten ist der Träger zwischen den beiden Führungswalzen
hindurchführbar, wobei dessen Krümmung den Krümmungen
der Walzen entspricht.
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In
einer weiteren Ausführung weist der Träger entlang
jeder Längsseite eine Mehrzahl von regelmässig
voneinander beabstandeten Öffnungen auf. Eine Transportwalze,
die vom Antrieb gedreht wird, weist eine Mehrzahl von Nocken auf,
die gemäss den Öffnungen dimensioniert, positioniert
und beabstandet sind. Der Träger wird über diese
Transportwalze geführt, indem beim Ausfahren und Einrollen
des Trägers die Nocken an der Transportwalze in die Öffnungen
am Träger eingreifen. Dies bewirkt, dass beim Ausfahren
und Einrollen der Träger entsprechend der Antriebskraft
bewegt wird, ohne zu rutschen. Die Nocken und Öffnungen
ermöglichen zudem eine Bestimmung der Länge des
ausgefahrenen Trägers und die Position des Trägers
innerhalb des Spaltes aufgrund eines Impulssignals des Antriebs.
Die Transportwalze kann gleichzeitig auch als Führungselement
mit entsprechend und vorgängig beschriebenen geformten
Flächen dienen.
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In
einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die Vorrichtung
Kabel zur Übermittlung von Messsignalen vom Sensor an eine
Signalverarbeitungs-Vorrichtung auf, wobei die Kabel entlang dem Träger
geführt sind und an diesem befestigt und zusammen mit dem
Träger aufrollbar sind.
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In
einer weiteren Ausführung weist die Vorrichtung auf der
Sensorplattform eine Elektronik zur Digitalisierung der Messsignale
und Übermittlung der Signale gemäss einem Übertragungsprotokoll
auf. Dies gewährleistet eine genaue und zuverlässige Übermittlung
der Signale.
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In
einer weiteren Ausführung weist die Vorrichtung einen Schleifring
auf zur einwandfreien Übermittlung der Messsignale vom
Ende des Trägers am Eingang zum Luftspalt über
die Lagerungswalze zu einer Vorrichtung zur Verarbeitung und Darstellung
der Messsignale.
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In
einer Ausführung der Erfindung besteht der Träger
aus einem länglichen, streifenförmigen Element
aus einem biegeelastischen Metall, beispielsweise Stahl, und einem
zusätzlichen länglichen, streifenförmigen
Element aus einem auf Metall gleitfähigen Kunststoff, wie
zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE), auch unter TeflonTM bekannt, oder einem Polyethylen. Der Kunststoff,
das TeflonTM oder Polyethylen ist auf der
konvexen Seite des Trägers, das heisst auf der Seite des
Trägers, die der ferromagnetischen Oberfläche
zugewandt ist, in Form eines Streifens oder einer Beschichtung angeordnet.
Diese Materialien erlauben ein Gleiten des Trägers entlang der
ferromagnetischen Oberflächen sowie eine Wirkung der Magnetkraft
durch das Trägermaterial. Das TeflonTM oder
Polyethylen dient zudem als Isolation, die bei einer Messung des
Magnetfelds notwendig ist, und schützt sowohl die ferromagnetische
Oberfläche als auch den Träger gegen Abrieb. Das
Material des Trägers zeichnet sich einerseits durch seine
Flexibilität, die für das Aufrollen des Träges
notwendig ist, und gleichzeitig durch seine Steifigkeit, die für Ausfahren
und Führen im Spalt notwendig ist. Zudem verfügt
es über einen Ermüdungswiderstand, der ein vielfaches
Ausrollen und wieder Aufrollen ohne Einbusse seiner Steifigkeit
erlaubt.
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Um
die Steifigkeit des Trägers weiter zu erhöhen,
besteht in einer besonderen Ausführung der Träger
aus mehreren, aufeinanderliegenden, biegeelastischen Metallstreifen,
wobei der Streifen aus Kunststoff, TeflonTM oder
Polyethylen auf der konvexen Oberfläche des äussersten
Metallstreifens angeordnet ist.
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In
einer weiteren Ausführung weist die Vorrichtung einen zusätzlichen
Antrieb für ihre Bewegung über den Umfang eines
Rotors eines Generators auf. Die Sensorplattform kann einen oder
mehrere Sensoren oder ein oder mehrere Messinstrumente aufweisen,
wie zum Beispiel eine Kamera zur visuellen Inspektion oder Sensoren
zur Niederinduktions-Eisenmessungen oder einer Messvorichtung zur Prüfung
der Nutverkeilung in einem Generator. In einer weiteren Ausführung
weist die Sensorplattform, beispielsweise in Kombination mit der
Kamera, einen schwenkbaren Spiegel auf. Dieser wird in geeignete Position
gebracht entsprechend der Distanz, die zwischen der zu inspizierenden
Oberfläche und der Sensorplattform liegt. Zudem gewährleistet
der schwenkbare Spiegel eine visuelle Inspizierung einer Oberfläche
unter verschiedenen Betrachtungswinkeln.
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In
einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die Sensorplattform
ein oder mehrere Instrumente zum Greifen und Transportieren von
Objekten im Spalt auf. Dies ermöglicht die gleichzeitige
Entfernung von etwaigen Fremdkörpern oder unerwünschtem
Material.
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Aufgrund
der Anordnung des Trägers und der Sensorplattform sowie
der Art und Weise der kontrollierten Bewegung der Sensorplattform
im Spalt, ermöglicht die erfindungsgemässe Vorrichtung Messungen
in Spalten beispielsweise ab 4 mm Höhe. Zudem ist die Vorrichtung
durch ihre kleine und leichte Bauweise leicht transportierbar und
handzuhaben und deshalb vielseitig einsetzbar.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Generators einer Kraftanlage, in dem
die erfindungsgemässe Vorrichtung angewendet werden kann,
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2 eine
nähere perspektivische Ansicht des Stators und Rotors des
Generators von 1 und dem zu inspizierenden
Luftspalt,
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3 eine
Ansicht in einem Querschnitt entlang der Rotorachse eines mit III
bezeichneten Teils des Stators und Rotors von 2 mit
einer Eintrittsgeometrie zum Luftspalt,
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4 eine
Gesamtansicht der erfindungsgemässen Inspektions-Vorrichtung,
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5 eine
Teilansicht der erfindungsgemässen Inspektions-Vorrichtung,
insbesondere eine nähere Ansicht der Vorrichtung zum Auf-
und Abrollen eines Trägers für die Sensorplattform,
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5a eine
erste Variante von Elementen zur Führung des Trägers,
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5b eine
zweite Variante von Elementen zur Führung des Trägers,
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6 eine
Querschnittsansicht des Trägers gemäss VI-VI in 4 senkrecht
zur Längserstreckung des Trägers,
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7a eine
Teilansicht gemäss VIIa in 4 einer
ersten Variante einer Sensorplattform der Inspektionsvorrichtung,
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7b eine
Teilansicht gemäss VIIb in 4 einer
zweiten Variante einer Sensorplattform der Inspektionsvorrichtung,
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7c in
der gleichen Perspektive wie sie in 4 gezeigt
ist, eine Ansicht der Sensorplattform mit verschiebbaren Magneten
und einem schwenkbaren Spiegel,
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7d die
Positionierung der Sensorplattform aus 7c auf
einer ferromagnetischen Oberfläche im Luftspalt eines Generators
in einem Querschnitt senkrecht zur Generatorachse,
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7e eine
weitere Ausführung der Inspektionsvorrichtung mit einer
Führungsschiene für den Träger zwecks
Stabilisierung des Trägers ausserhalb des Stators eines
Generators,
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8a eine
Anordnung des Trägers der Inspektionsvorrichtung im Luftspalt
eines Generators in einem Querschnitt senkrecht zur Generatorachse,
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8b eine
nähere Ansicht der Inspektionsvorrichtung im Luftspalt
eines Generators von 8a.
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Ausführung der Erfindung
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1 zeigt
eine allgemeine Ansicht eines Generators 1 einer Kraftanlage,
insbesondere dessen Stator 2 und Rotor 3 mit jeweils
ferromagnetischen Elementen 4 (weiss) und nicht-ferromagnetischen
Elementen 5 (grau schattiert).
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2 zeigt
eine nähere Ansicht des Stators 2 und Rotors 3,
zwischen denen sich ein schmaler, annularer Luftspalt 6 erstreckt.
Die Oberflächen des Stators und Rotors weisen jeweils ferromagnetische Elemente 4 und
nicht-ferromagnetische Elemente 5 auf, die über
den Umfang alternierend angeordnet sind und sich parallel zur Generatorachse 7 erstrecken.
Am Stator ist die Breite der einzelnen Elemente in der Regel konstant über
dessen Umfang. Am Rotor ist die Breite ebenfalls konstant, mit Ausnahme
des Bereichs der magnetischen Pole. Am Rotor ist das ferromagnetische
Material das Rotormaterial selbst. Parallel zur Rotorachse erstrecken
sich eine Mehrzahl von Nuten, in denen die Wicklung angeordnet ist und
die mittels Keilen in den Nuten befestigt ist. Diese Keile sowie
die Wicklung bilden die nicht-ferromagnetischen Elemente. Die Wicklung
besteht aus Kupfer. Die Keile können aus verschiedenen,
nicht-ferromagnetischen Materialien bestehen. Am Stator ist das
ferromagnetische Material, ähnlich wie beim Rotor, das
Statormaterial selbst, wobei das nicht-ferromagnetische Material
das Material von Statorwicklung und Befestigungskeilen ist, die
sich in Nuten parallel zueinander und parallel zur Achse des Generators
erstrecken.
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In 3 ist
eine typische Eintrittspartie zu einem Luftspalt 6 zwischen
Stator 2 und Rotor 3 eines Generators 1 dargestellt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Inspektion ist in
dieser Eintrittspartie platzierbar und der Träger mit Sensorplattform
in den Spalt einführbar.
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Am
Rotor 3 befindet sich am Eingang zum Spalt auf dem Rotor 3 eine
Rotorkappe 9, die sich parallel zur Generatorachse sowie
radial zum Statorstab 8 hin erstreckt. Der Statorstab 8 und
die Rotorkappe 9 definieren die Breite d des Spaltes 6, durch den
der Träger 23 mit Sensorplattform 26 der
Vorrichtung geführt werden soll. Diese kann beispielsweise nur
4 mm betragen. Der Träger 23 mit Sensorplattform 26 kann
in der erfindungsgemässen Bauweise einen Spalt dieser Breite
passieren.
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Ausserhalb
der Rotorkappe 9 ist ein Ventilator 10 angeordnet.
Dieser begrenzt weiter die Platzverhältnisse für
eine Inspektionsvorrichtung. Ein Gehäuse 21 kann
dank der aufgerollten Lagerung des Sensorträgers dort platziert
werden. Zudem ist die Vorrichtung aufgrund ihrer kompakten Grösse
an verschiedene Eingangs-Geometrien von verschiedenen Generatoren
anpassbar. Zwischen der Position des Gehäuses 21 und
der Eingangsöffnung zum Spalt 6 kann in einer
Variante der Erfindung zusätzlich eine Führungsschiene
angeordnet sein, die den Träger bis zum Beginn der ferromagnetischen
Oberflächen führen kann.
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4 stellt
die erfindungsgemässe Inspektionsvorrichtung als Ganzes
dar, 5 eine Ansicht einer Vorrichtung für
das Auf- und Abrollen sowie der Führung des Trägers.
Sie umfasst ein Gehäuse 21 für eine Lagerungsrolle 22 zur
Lagerung eines Trägers 23 sowie verschiedene Elemente
zum Auf- und Abrollen bzw. Ausfahren des Trägers aus dem
Gehäuse 21. Am Ende des Trägers ist eine
Sensorplattform 26 mit Sensoren für die Inspektion
der Oberflächen, für eine Niederinduktions-Eisenmessung,
eine Prüfung der Nutverkeilung und anderes angeordnet. Der
Träger wird mittels eines Antriebs 24, der die
Lagerungsrolle 22 sowie eine Transportwalze 29 antreibt,
von der Lagerungsrolle 22 abgerollt. Der Antrieb 24 verfügt
beispielsweise über eine Rückzugsfeder.
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Die
Transportwalze 29 weist über ihren Umfang zwei
Reihen von regelmässig beabstandeten Tansportnocken 32 auf,
die in Transportöffnungen 28 im Träger 23 eingreifen.
Die Transportöffnungen sind hierzu ebenfalls in zwei parallel
laufenden Längsreihen am Träger angeordnet, wobei
Beabstandung, Form und Dimension jenen der Transportnocken angepasst
sind und damit einen einwandfreien und rutschfreien Transport des
Trägers gewährleistet. Im Gehäuse 21 befindet
sich eine Öffnung 25, durch die der Träger
aus dem Gehäuse 21 gefahren wird.
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Am
Träger 23 sind zudem entlang seiner Länge
eine Mehrzahl von Magneten 27 befestigt, die über
die Länge des Trägers verteilt sind. Diese ermöglichen
eine Positionierung des Trägers und der Sensorplattform
entlang den ferromagnetischen Oberflächen, ohne dass sich
der Träger aufgrund der Schwerkraft von diesen ablöst.
Die Magnete sind an der konkaven Oberfläche des Trägers
befestigt, wobei diese konkave Oberfläche der ferromagnetischen Oberfläche
abgewandt ist. Dies ermöglicht, dass der Träger
entlang der ferromagnetischen Oberfläche gleitend bewegt
werden kann, jedoch in Kontakt mit ihr bleibt und seine Position
relativ zur ferromagnetischen Oberfläche aufrechterhält,
siehe hierzu auch 8a und b.
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Die
Magneten 27 sind so klein wie möglich, insbesondere
mit einer möglichst kleinen Bauhöhe, ausgebildet,
dies um eine Lagerung des Trägers im aufgerollten Zustand
in möglichst kleinem Raum zu ermöglichen. Die
Magneten können entweder auf der Trägeroberfläche
direkt mittels einem geeigneten Klebstoff befestigt sein. Als Alternative
können die Magnete in Vertiefungen im Träger angeordnet
und mittels Klebstoff befestigt sein. Um die Befestigung werter
zu stärken, kann ein in der Form leicht anpassbares Gewebe über
die Magnete gelegt sein und mit Klebstoff gesichert sein.
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Der
Träger besteht vorzugsweise aus einem biegeelastischen
Metall, wie zum Beispiel Stahl, das sich zum Aufrollen und Ausrollen
eignet. Vorzugsweise und insbesondere um die Steifigkeit im ausgerollten
Zustand zu erhöhen, steht der Träger im aufgerollten
Zustand unter einer Einrollspannung und unter einer Querbiegespannung,
wobei die Querbiegespannung grösser ist als die Einrollspannung.
Dies trägt dazu bei, dass im ausgerollten Zustand der Träger
einen gewölbten Querschnitt aufweist und dadurch in diesem
Zustand eine Steifigkeit aufweist.
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Um
die Richtung des ausfahrenden Trägers 23 festzulegen,
weist die Vorrichtung ein Paar von Führungswalzen 30, 31 auf, über
die der Träger 23 geführt wird. Das Paar
von Führungswalzen besteht jeweils aus einer Walze 30 mit
konvexer und einer Walze 31 mit konkaver Querschnittsform
von gleicher Krümmung, wobei diese zueinander, wie in 5a) gezeigt,
so angeordnet sind, dass die Wölbung der konvexen Walze
in jene der konkaven Walze hineinragt und der Träger 23 zwischen
den beiden hindurchfährt. Die Führungswalzen 30 und 31 dienen dabei
der Richtungsgebung des Trägers 23, wobei dieser
die Wölbung, wie in 6 gezeigt,
beibehält. Die konvexen und konkaven Flächen der
Walzen 30 und 31 stehen dabei so zueinander, dass
der Träger 23 seine Längsrichtung, in
die er ausgefahren wird, beibehält und nicht gebogen oder
geknickt wird. Die konvexen Walzen 30 weisen etwa in deren
Mitte und über ihren Umfang eine Nut 33 auf, durch
welche die Magneten 27 passieren können. Weitere
zwei Nuten 34 sind an der konvexen Walze 30 über
ihren Umfang und jeweils auf der Höhe der Tansportnocken 32 und Transportöffnungen 25 angeordnet.
Diese erlauben ein einwandfreies Passieren der Transportnocken 32.
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In
einer Variante der Erfindung ist die Führung des Trägers
auch durch Elemente gemäss 5b) realisierbar.
Dort besteht ein Paar von Führungselementen aus einem fix
befestigten Element 30' und einem um eine Achse rotierbare
Walze 29'. Der Träger 23 wird zwischen
den beiden Elementen hindurchgeführt, wobei die Walzen
die Ausfahrrichtung des Trägers bestimmen. Beide Elemente
weisen Flächen, die entweder gemäss der Wölbung
des Trägers gekrümmt sind oder eine Tangente an
die gewölbte Fläche des Trägers bilden.
Wiederum weist das Element 30' in seinen Flächen 33' jeweils
eine Nut 35' auf, welche die Nocken 32' passieren
lassen.
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Am
Ende des Trägers 23 ist eine Sensorplattform 26 befestigt,
auf der ein oder mehrere Sensoren und Messvorrichtungen angeordnet
werden können, wie zum Beispiel eine Kamera, Wirbelstromsensor,
Sensor zur Niederinduktions-Eisenmessung und weiteres. Zudem kann
dort auch eine Elektronik angeordnet sein, beispielsweise zur Verstärkung,
Digitalisierung und Komprimierung von Mess- und Bildsignalen.
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Messsignale
von den Sensoren werden mittels einer Elektronik auf der Sensorplattform
zunächst verstärkt, digitalisiert, nach Bedarf
komprimiert und schliesslich gemäss einem Übertragungsprotokoll übermittelt.
Dies gewährleistet die notwendige Genauigkeit der Übertragung
der typischerweise kleinen Signale.
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Hierzu
sind (nicht dargestellte) Kabel entlang dem Träger 23 befestigt.
Diese werden bei der Lagerung des Trägers mit dem Träger
auf die Lagerrolle 22 aufgerollt. Um die Übermittlung
der Signale vom Ende des Trägers auf der sich drehenden
Lagerungsrolle 22 an eine Signalverarbeitungsvorrichtung zu
ermöglichen, weist die Vorrichtung an der Lagerrolle einen
Schleifring auf. Die Position der Sensorplattform im Spalt kann
aufgrund von Impulssignalen des Antriebs 24 für
die Lagerrolle 22 und Transportwalze 29 bestimmt
werden, wobei deren Positionsgenauigkeit davon abhängt,
dass der Träger während des Aus- und Einfahrens
nicht rutscht, d. h. von der Genauigkeit der Transportnocken und
Transportöffnungen abhängt.
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7a zeigt
die Sensorplattform 26 aus der Sicht wie mit Pfeil VIIa
in 4 angedeutet und insbesondere die Seite der Sensorplattform,
die in Kontakt mit einer ferromagnetischen Oberfläche kommt. In
dieser ersten Variante ist die Sensorplattform 26 mit einer
Anzahl von Magneten 26c bestückt, die im Material
der Sensorplattform 26, eingebettet sind, wobei sie vom
Plattformmaterial überdeckt sind. Dabei sind Magnetstärke
und Beabstandung der Magnete von der Plattformoberfläche
so gewählt, dass wiederum gewährleistet ist, dass
die Plattform stets mit der ferromagnetischen Oberfläche
in Kontakt bleibt. Indem die Magnete nicht von der Oberfläche der
Plattform vorstehen, ist ein Gleiten entlang der ferromagnetischen
Oberflächen ermöglicht. Alternativ können
die Magneten 26c auch nur so weit im Plattformmaterial
eingebettet sein, dass ihre Oberfläche in der gleichen
Ebene liegt wie der Sensorplattform.
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7c zeigt
eine Sensorplattform in gleicher Perspektive wie in 4,
wobei Magneten 26c und 26d in der Sensorplattform 26 eingebettet
sind, sodass sie nicht in direkten Kontakt mit der ferromagnetischen
Oberfläche kommen. Erste Magneten 26c sind im
gezeigten Beispiel in einer fixen Position angeordnet. Zweite Magneten 26d hingegen
sind in einer Ausnehmung 26e angeordnet, wobei die Ausnehmung
eine manuelle Verschiebung der Magneten 26d in einer Richtung
senkrecht zur Längsrichtung der Sensorplattform 26 und
des Trägers 23 sowie in der Ebene der Sensorplattform
erlaubt. Wird die Inspektionsvorrichtung im Luftspalt von Generatoren angewendet,
erlaubt die Ausnehmung 26e die Positionierung der Magneten
entsprechend der Breite der ferromagnetischen Oberflächen 4,
wie es in 7d gezeigt ist. Dort sind die
Magneten 26d sowie die Magneten 26c so positioniert,
dass sie mit dem Rand der ferromagnetischen Oberfläche 4 justiert
sind.
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7c zeigt
zusätzlich die Anordnung einer Kamera 40 sowie
Leuchtquellen 43 zwecks visuellen Inspektion der Oberflächen.
Der Spiegel 41 lässt sich mittels eines Antriebs 42 schwenken,
beispielsweise durch Fernsteuerung während der Inspektion,
und damit in eine optimale Position bringen. Dies ermöglicht
eine Inspektion einer Oberfläche entsprechend der Brennweite
der Kamera und unter verschiedenen Winkels sowie auch die Inspektion
von verschiedenen Oberflächen in einem Luftspalt, beispielsweise die
Oberflächen des Stators sowie auch des Rotors.
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In 7b zeigt
in gleicher Ansicht wie in 7a eine
zweite Variante der Sensorplattform 26. Hier weist die
Sensorplattform 26 ein oder mehrere Magneten 26d und
eine Mehrzahl von Rollelementen 26b auf, welche die Bewegung
entlang der ferromagnetische Oberfläche gewährleisten.
Die Magnete 26d sind dabei nicht in direktem Kontakt mit
der ferromagnetischen Oberfläche, garantieren jedoch aufgrund
ihrer Stärke und Beabstandung von der ferromagnetischen
Oberfläche, dass die Sensorplattform 26 in allen
Positionen ihres Einsatzes, zum Beispiel in einem Generator, mit
der ferromagnetischen Oberfläche in Kontakt bleibt.
-
Eine
weitere Ausführung der Inspektionsvorrichtung gemäss 7e weist
eine Führungsschiene 45 auf, die den Träger 23 über
eine erste Distanz stabilisiert. Diese Ausführung gewährt
beispielsweise bei der Anwendung der Vorrichtung zur Inspektion des
Luftspalts eines Generators Vorteile. Da die Vorrichtung nur bis
zu einer bestimmten Distanz vom Eingang in den Luftspalt und somit
von ferromagnetischen Flächen gebracht werden kann, muss
der Träger über diese Distanz ohne Hilfe der Magnete
ausgefahren werden. Um ein Durchbiegen des Trägers in diesem
Bereich vor dem Luftspalt des Generators zu vermeiden, stabilisiert
die Führungsschiene den Träger über diesen
Bereich.
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8a und
b zeigen die Positionierung des Trägers 23 mit
Sensorplattform 26 in einem Spalt 6 zwischen Stator 2 und
Rotor 3 eines Generators. Es ist der gekrümmte
Träger 23 im Querschnitt gezeigt mit einem Magneten 27 in
Kontakt mit einer ferromagnetischen Oberfläche 4 des
Stators.
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Bei
der besonderen Anwendung einer Vorrichtung zur Inspektion eines
Luftspaltes bei einem Generator ist die Montage der Vorrichtung
auf dem Rotor des Generators allgemein bekannt. Hierzu wird typischerweise
ein spannbarer Riemen verwendet zur Befestigung der Vorrichtung
auf dem Rotor, wobei die Vorrichtung beispielsweise auf Rollen oder
Gleitelementen angeordnet ist, die über den Umfang des Rotors
bewegt werden.
-
In
einer weiteren Ausführung der erfindungsgemässen
Vorrichtung, weist die Vorrichtung einen Antrieb auf zwecks ihrer
Bewegung auf dem Rotor in Umfangsrichtung. Insbesondere ist die
Position des Gehäuses für die Lagerungsrolle zusammen
mit dem Träger und dessen Führungsschiene relativ
zur Position des Antriebs zur Bewegung der Vorrichtung in seiner
radialen Höhe von der Rotoroberfläche einstellbar.
Dies erlaubt für jeden Generator eine optimale radiale
Positionierung entsprechend dem Generatortyp.
-
- 1
- Generator
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- ferromagnetische
Elemente
- 5
- nicht-ferromagnetische
Elemente
- 6
- Luftspalt
- 7
- Generator-/Rotor-Achse
- 8
- Statorstab
- 9
- Rotorkappe
- 10
- Ventilator
- 20
- Inspektionsvorrichtung
- 21
- Gehäuse
- 22
- Rolle
zur Lagerung des Trägers
- 23
- Träger
- 24
- Antrieb
- 25
- Öffnung
- 26
- Sensorplattform
- 26a
- Sensoren
- 26b
- Rollelement
- 26c
- Magnet
- 26d
- verschiebbarer
Magnet
- 26e
- Ausnehmung
für verschiebbaren Magnet
- 27
- Magnet
- 28
- Transportöffnungen
- 29
- Führungs-
und Transportwalze
- 30
- Führungswalze
(konvex)
- 31
- Führungswalze
(konkav)
- 32
- Transport-Nocken
- 33
- Nut
in konvexer Walze
- 34
- Nuten
in konvexer Walze
- 33'
- schräg
verlaufende Flächen in Element 30'
- 34'
- schräg
verlaufende Flächen in Element 30'
- 35'
- Nuten
in Element 30'
- d
- Spaltbreite
zwischen Rotorkappe 9 und Statorstab 8
- 40
- Kamera
- 41
- schwenkbarer
Spiegel
- 42
- Antrieb
für schwenkbaren Spiegel
- 43
- Leuchtquellen
- 45
- Führungsschiene
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6672413 [0004]
- - EP 684483 [0005]
- - EP 1420260 [0006]
- - EP 1233278 [0007]
- - US 6100711 [0008]
- - EP 1863153 [0009]