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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Messen des Weges, den zwei Bauteile zurückgelegt haben, wenn sie aus
einer ersten Position in eine zweite Position auseinanderbewegt,
und sodann wieder einander angenähert
werden.
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Die Messung von temporären Spalten
hat große
Bedeutung bei rotierenden Bauteilen oder sonstigen Bauteilen, die
während
der Bildung des Spaltes nicht zugänglich sind.
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Ein Beispiel ist der Rotor eines
Generators. Wie bekannt, ist die Blechkette des Generators durch Schrumpfen
auf der Nabe befestigt. Dies bedeutet, dass zunächst zwischen Blechkette und
Nabe eine flächige
Berührung
vorliegt, somit noch kein Spalt.
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Dieser Zustand hält auch bei Nenndrehzahl noch
an. Es verbleibt somit immer noch eine Restschrumpfung, das heißt die beiden
Teile Nabe und Blechkette liegen noch satt aneinander an.
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Bei einer – konstruktiv – vorgegebenen Überdrehzahl ändert sich
dies jedoch. Die Schrumpfung wird aufgehoben, so dass zwischen der
inneren Mantelfläche
der Blechkette und der äußeren Mantelfläche der
Nabe ein Spalt entsteht. Das Erfassen dieses Spaltes ist von großer Bedeutung.
Wird nämlich
die Schrumpfverbindung zu einem frühen Zeitpunkt aufgehoben und
bildet sich ein Spalt noch während
der Generator bei Nenndrehzahl umläuft, so kann es mechanische
Probleme geben. Es ist daher sehr wichtig, zu ermitteln, welches
Maß der
Spalt bei einer bestimmten Drehzahl eingenommen hat
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Weiterhin ist die Frage von Bedeutung,
ob der Spalt, wenn er dann eingetreten sein wird, rundum eine gleichmäßige Weite
hat, d. h. konzentrisch ist. Ist dies
nicht der Fall, so bedeutet diese Exzentität, dass es zu einer Unwucht
kommt und dies bedeutet dann eine Laufunruhe.
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Bisher hat man verschiedene Methoden
angewandt, um die Spaltweite zu erfassen.
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Es ist bekannt, mittels elektrischer
oder elektronischer Sensoren, beispielsweise Dehnungsmessstreifen,
die Spaltweite zu erfassen und das Messsignal telemetrisch nach
außen
zu leiten. Auch hat man in einem Datensammler die Spaltweite zum Ablesen
nach dem Stillstand der Maschine gesammelt.
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Der Nachteil besteht darin, dass
die bekannten Vorrichtungen teuer in der Herstellung und ungenau
im Messergebnis sind.
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Auch ist eine mechanische Messung
bekannt. Dabei wird die plastische Verformung von Messkörpern erfasst,
die an der Fuge zwischen den beiden Bauteilen Blechkette und Nabe
beziehungsweise am Spalt zwischen diesen beiden eingespannt sind.
Hierbei wird aber immer ein elastischer Verformungsanteil vorliegen.
Dies wirkt sich gerade bei kleinen Spalten sehr störend aus.
Auch diese Messvorrichtungen sind somit ungenau und zudem teuer.
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DE 30 36 979 C2 betrifft eine Vorrichtung
zur reibungsschlüssigen
Befestigung einer Nabe auf einer Welle. Dabei ist jedoch kein Element
vorgesehen, das bei einem Auseinanderbewegen von Bauteilen von einer
ersten in eine zweite Position eine Verformung erfährt.
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DE-PS 367 391 beschreibt eine Einrichtung zum
Bestimmen von Dehnungen und Spannungen fester elastischer Körper. Dabei
geht es jedoch um Baukonstruktionen, nicht um Generatoren. Auch
geht es dort nicht um das Ermitteln einer Wegstrecke, die zwei Bauteile
relativ zueinander zurücklegen.
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US
4 018 085 beschreibt eine Vorrichtung zum Messen eines
Weges, den ein Punkt eines einzigen Bauteiles gegenüber einem
anderen Punkt desselben Bauteiles zurücklegt. Die Vorrichtung betrifft
keine Generatoren, sondern Fallschirmmaterial und aufblasbare Folien.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Messeinrichtung anzugeben, mit welcher die Spaltweite nach dem Lösen der
Schrumpfverbindung zuverlässig,
genau und kostengünstig
erfasst werden kann. Damit soll festgestellt werden, ob der Spalt zum
richtigen Zeitpunkt auftritt, vor allem nicht zu einem frühen Zeitpunkt,
solange die Maschine noch mit Nenndrehzahl umläuft. Ferner soll die Messeinrichtung
eine Angabe machen, inwieweit der Spalt konzentrisch ist und somit
eine über
den Umfang konstante Weite hat.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
von Anspruch 1 gelöst.
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Wesentliches Element der Messvorrichtung ist
demgemäß ein biegsames
flächiges
Element. Dieses wird im Allgemeinen ein Streifen aus elastischem,
biegsamen Material sein, vor allem aus Blech. Einen solchen Blechstreifen
kann man auf die beiden Bauteile in jenem Zustand auflegen, indem sie
aufeinander geschrumpft sind und in welchem somit noch kein Spalt
herrscht. Dabei ist jedem Bauteil eine Führungseinrichtung zum Führen eines
Endes des Blechstreifens zugeordnet. Die beiden Führungseinrichtungen
erlauben ein freies Verschieben des Blechstreifens beim Auseinanderfahren
der Bauteile, so dass der Blechstreifen hierbei nicht verformt wird.
Jedoch sind die Führungseinrichtungen
oder die Enden des Blechstreifens selbst derart gestaltet, dass
beim Wiederannähern
der beiden Bauteile eine Arretierung der Enden des Blechstreifens
erfolgt. Die Enden sind somit während
dieser Phase des Annäherns
fixiert. Die Folge davon ist, dass sich der Blechstreifen beim Wiederannähern der
Bauteile ausbeult oder wölbt.
War er vorher gerade, so ist die Auswölbung ein Maß für den Weg,
den die beiden Bauteile zurückgelegt
haben, oder anders ausgedrückt,
ein Maß für den maximalen
gegenseitigen Abstand, der zwischen den beiden Bauteilen jemals
vorlag.
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Die Vorrichtung liefert ein außerordentlich genaues
Messergebnis. Das Abstandsmaß wird nämlich durch
das Krümmungsmaß gewissermaßen übertrieben
wiedergegeben.
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Der Blechstreifen braucht dabei von
Anfang an nicht unbedingt eben zu sein, das heißt beim Auflegen auf die beiden
Bauteile in deren erster Position. Er könnte bereits eine gewisse Auswölbung haben. Besser
ist es aber, wenn er von vornherein eben ist und sich erst dann
auswölbt,
wenn die Bauteile einander wieder angenähert werden.
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Auch muss der Blechstreifen nicht
unbedingt elastisch sein. Theoretisch wäre auch ein nicht-elastisches
Material geeignet, wenn auch nicht so gut.
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Die Erfindung ist anhand der Zeichnung
näher erläutert. Darin
ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
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1 weist
einen Maschinensatz mit einer Francisturbine und einem Generator
auf.
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2 zeigt
einen elektrischen Generator in einem Axialschnitt.
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3 zeigt
den Gegenstand von 2 in
einem achssenkrechten Schnitt.
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4 zeigt
in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform einer Messvorrichtung.
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5 zeigt
in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform einer Messvorrichtung.
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6 gibt
eine Kalibrier-Kurve wieder.
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7 veranschaulicht
das Messergebnis eines exzentrischen Spaltes.
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In 1 erkennt
man eine Francisturbine 1, die einen Generator 2 antreibt.
Der Generator 2 weist eine Nabe 2.1 sowie eine
auf diese aufgeschrumpfte Blechkette 2.2 auf. Man erkennt
eine Stossstelle 2.3 zwischen der äußeren Mantelfläche der
Nabe 2.1 und der inneren Mantelfläche der Blechkette 2.2.
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Gleiches ist wieder den 2 und 3 zu entnehmen – siehe dort Nabe 2.1,
Blechkette 2.2 und Stossstelle 2.3. An der Stossstelle
sind die beiden Teile aufeinandergeschrumpft. Hier entsteht bei Überschreiten
der Nenndrehzahl ein Ringspalt.
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4 veranschaulicht
wiederum zwei Bauteile 2.1, 2.2. Hierbei kann
es sich wiederum um die Nabe 2.1 und die Blechkette 2.2 eines
elektrischen Generators handeln. Man erkennt auch hier wiederum
die Stossstelle 2.3.
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Das wesentliche erfindungsgemäße Element ist
ein Blechstreifen 4, ferner Führungseinrichtungen 5.1, 5.2.
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Blechstreifen 4 weist an
seinen beiden Enden Widerhaken 4.1 auf. Die beiden Führungseinrichtungen 5.1, 5.2 sind
mit Eingriffselementen 5.1.1, 5.2.1 versehen.
Wird aus der Stoßstelle 2.3 durch Bewegen
von Bauteil 2.2 in Richtung des Pfeiles A ein Spalt, so
bleibt Element 4 – im
vorliegenden Falle ein elastischer, biegsamer Blechstreifen – gradlinig. Die
beiden Führungseinrichtungen 5.1 und 5.2 sind an
den Bauteilen 2.1, 2.2 fixiert. Führungseinrichtung 5.2 macht
somit die Bewegung von Bauteil 2.2 in Richtung des Pfeiles
A mit. Die Eingriffselemente 5.1.1, 5.2.1 befinden
sich zwar mit den Widerhaken 4.1 im Eingriff. Aufgrund
der sägezahnartigen
Ausführungsform
der Widerhaken wird jedoch die genannte Bewegung in Richtung des
Pfeiles A nicht behindert.
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Findet nach dem gegenseitigen Entfernen der
Bauteile 2.1, 2.2 eine gegenseitige Annäherung statt,
so sind aber die Enden des Blechstreifens 4 fixiert. Die
Eingriffselemente 5.1.1 und 5.2.1 verhindern nämlich eine
Bewegung der Enden in Gegenrichtung zum Pfeil A. Die Folge davon
ist eine Auswölbung 4' des Blechstreifens 4 – gestrichelt
dargestellt. Das Wölbungsmaß ist nunmehr
ein Maß für den in
Richtung des Pfeiles A zurückgelegten
Weg und den maximal erreichten gegenseitigen Abstand zwischen den
Bauteilen 2.1 und 2.2.
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Statt der Ausführungsform gemäß 4 könnte auch die eine der beiden
Führungseinrichtungen,
beispielsweise die Führungseinrichtung 5.1, eine
Fixiereinrichtung sein, mittels welcher das links dargestellte Ende
des Blechstreifens 4 an Bauteil 2.1 fixiert wird.
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In 5 sieht
man wiederum Führungseinrichtungen 50.1, 50.2.
Diese klemmen den Blechstreifen 4 zunächst ein. Dies ist dann der
Fall, wenn die beiden Bauteile 2.1, 2.2, so wie
hier dargestellt, aufeinandergeschrumpft sind und somit kein Spalt, sondern
nur eine Stoßfuge 2.3 zwischen
diesen beiden herrscht.
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Aufgrund der besonderen Gestalt der
Führungseinrichtungen 50.1, 50.2 kann
bei einem Auseinanderfahren der Bauteile 2.1, 2.2 jedes
Ende des Blechstreifens 4 zwar aus der Führungseinrichtung 50.1 beziehungsweise 50.2 herausrutschen.
Aufgrund eines Kraftschlusses (Reibung) oder eines Formschlusses
(Widerhaken oder dergleichen) in den beiden Führungseinrichtungen ist jedoch
ein Wiedereinschieben beim Zurückkehren
von Bauteil 2.2 nicht möglich.
Die Folge ist eine Ausbeulung 4'. Bei dieser Ausführungsform
vermag somit das betreffende Ende des Blechstreifens 4 beim
Annähern der
Bauteile 2.1, 2.2 nicht wieder unter die Führungseinrichtungen
zu rutschen. Vielmehr stößt das betreffende
Ende des Blechstreifens 4 an den Führungseinrichtungen an und
wölbt sich
aus. Die Führungseinrichtungen
können
selbst aus Blechstreifen bestehen.
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6 veranschaulicht
eine Kalibrierkurve. Hierbei ist die Spaltweite s aufgetragen über der
Wölbung
w.
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Aus 7 erkennt
man, dass die Spaltweite, gemessen an sechs Messstellen, recht unterschiedlich
ist. Dies führt
zu einer Unwucht und damit zu einem unruhigen Lauf der Maschine.
Wie man sieht, ist es mit der Erfindung möglich, die Ursache eines unruhigen
Laufes der Maschine festzustellen.
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Die erfindungsgemäße Messvorrichtung ist sehr
genau und zuverlässig,
einfach und billig.