DE19621213A1 - Vorrichtung mit einer Aufnahme für einen Sensor, der zur Schwingungsmessung dient - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Aufnahme für einen Sensor, der zur Schwingungsmessung dient und von einem Aufnahmegehäuse umgeben ist.

Es ist bekannt, daß bei Vibrationsaufnehmern, vor der Montage die Vor- und Nachteile jeder einzelnen Befestigungsmethode gut gegeneinander abzuwägen sind. Einflüsse, wie Ort der Anbringung auf dem Testobjekt, Material und Ober­ flächenbeschaffenheit, Zugang zum Sensor und Umgebungseinflüsse wie z. B. Temperatur sind wichtige Einflußgrößen im Hinblick auf die Qualität der Meßer­ gebnisse (VFI 3/95, S.47,51).

Die wichtigste und nach Auffassung des Verfassers meist übersehene Tatsache in diesem Zusammenhang ist angeblich der große Einfluß der Befestigung auf den nutzbaren Frequenzbereich des Schwingungs-Sensors.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für die Prüfung von Testobjekten wie z. B. Kraftfahrzeuggetrieben, eine Schwingungs-Meßvorrichtung zu schaffen, die eine schnelle, vorzugsweise automatisierte Anstellbarkeit zwischen dem Schwingungs-Sensor und einem Meßobjekt ermöglicht, wobei der Schwin­ gungs-Sensor nicht formschlüssig sondern nur kraftschlüssig angebracht ist und einen Meßbereich bis ca. 8 kHz gestattet.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine in dem Aufnahmegehäuse mit dem Schwingungs-Sensor verbundene und aus dem Aufnahmegehäuse herausragende Tastspitze in Tastrichtung verstellbar angeordnet ist und daß für Serienmessungen der Verstellweg der Tastspitze zumindest gleich oder größer ist als der größte Außentoleranzwert eines Meßobjektes. Dadurch ist eine schnelle automatisierbare Anstellbarkeit des Schwingungs-Sensors an das Meßobjekt bei nur kraftschlüssiger Berührung gegeben.

Eine praktische Ausführungsform besteht darin, daß an einen Aufnahmesockel anschließend ein hülsenförmiges Frontgehäuse vorgesehen ist, daß in dem Aufnahmesockel eine bis in das Innere des Frontgehäuses reichende Füh­ rungshülse eingesetzt ist, wobei sich die Führungshülse federnd gegen den Auf­ nahmesockel abstützt, und daß eine Grundstellung einer Tastspitze, die durch den vorderen Abschnitt des Frontgehäuses ragt und hierbei gegen das Frontgehäuse gefedert anliegt, eingestellt ist. Die federnde Tastspitze gleicht relativ große Toleranzen des Prüflings, z. B. von Gußgehäusen aus. Außerdem bewirkt die Vorspannung der Tastspitze eine erforderliche Anpreßkraft, die unmittelbar zur Verfügung steht. Es entsteht eine geringe Baugröße durch eine kleine schlanke Bauform. So kann z. B. ein Durchmesser des Aufnahmegehäuses von unter 30 mm erreicht werden. Dadurch wird eine Einsatzmöglichkeit auch bei beengten Platz- oder Raumverhältnissen geschaffen.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die aus leichtem und hartem Werkstoff bestehende Tastspitze mit einem rückwärtigen Sensor-Schaft in einer Sensoraufnahme befestigt ist, die ihrerseits in der Führungshülse gehalten ist. Dadurch ist die Tastspitze leicht auswechselbar und der Schwingungs-Sensor ist leicht zu befestigen.

Nach weiteren Merkmalen ist vorgesehen, daß die Sensoraufnahme aus einer aus leichtem und hartem Werkstoff gefertigten zylindrischen Scheibe gebildet ist. Das mitschwingende Bauteil bildet somit eine geringe Bewegungsmasse. Dieser Vorteil wird durch eine Miniaturbauweise und durch den Einsatz leichter Werkstoffe er­ reicht. Das Verbinden von Tastspitze und Sensoraufnahme kann z. B. durch Kleben erfolgen. Es ist auch möglich, den Sensor direkt in eingeklebtes Gewinde der Tast­ spitze einzuschrauben.

In diesem Sinn ist die Sensoraufnahme aus Titan hergestellt, kann aber auch aus Werkstoffen mit gleichen oder weitestgehend ähnlichen Eigenschaften bestehen, wie z. B. aus Aluminium-Legierungen oder Kunststoffen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist die Sensor-Tastspitze aus einem zylindrischen, die Tastspitze bildenden Vorderteil und einem kegelförmigen hinteren Abschnitt jeweils aus einem leichten und harten Werkstoff bestehend hergestellt. Der kegel­ förmige, hintere Abschnitt dichtet den Sensorkopf im Ruhezustand ab. Bei stark verschmutzter Umgebung kann das Eindringen von Schmutz durch Einblasen von Druckluft in den Kopf verhindert werden. Außerdem zentriert der integrierte Kegel die Tastspitze im Ruhezustand.

Hierbei ist die Tastspitze aus Titan bzw. aus Al₂ O₃-Keramik hergestellt. Die große Härte u. a. verhindert Kontaktresonanzen an der Berührungsfläche zwischen Tast­ spitze und Prüf- oder Meßobjekt. Die Keramik wirkt ferner als elektrischer Isolator zwischen Sensorkopf und Prüfling. Störeinflüsse durch Ausgleichsströme und Erdschleifen werden vermieden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Tastspitze bombiert ausgeführt ist. Die große Härte und ein relativ großer Radius von z. B. 40-50 mm an der Spitze verhindern ebenfalls Kontaktresonanzen an der Berührungsfläche zwischen Sensor­ kopf und Prüfling.

Die Erfindung ist ferner dahingehend ausgestaltet, daß die zylindrische Scheibe an ihrer rückwärtigen Seite mit einer Gewindebohrung versehen ist, in die der Schwin­ gungs-Sensor einschraubbar ist. Dadurch wird eine leichte und schnelle Montage oder Demontage des Sensors erzielt.

Weitere die Masse belastende Befestigungselemente werden ferner dadurch einge­ spart, daß die Tastspitze in die Sensoraufnahme eingeklebt ist.

Eine Weiterentwicklung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß zumindest der Schwingungs-Sensor, die Führungshülse und die Tastspitze eine bauliche, als Ganzes auswechselbare Einheit bilden. Der Vorteil liegt in einer schnellen Montage oder Demontage der Baueinheit.

Der erläuterte Toleranzausgleich der unterschiedlichsten Prüflinge kann konstruktiv derart gestaltet sein, daß auf der Führungshülse an einer nach hinten weisenden Schulter ein im Querschnitt winkliger Ring aufgesetzt ist, gegen den sich eine Druckfeder mit einem Druckfeder-Ende abstützt, die mit ihrem anderen Druckfeder-Ende gegen den Aufnahmesockel anliegt. Die federnde Tastspitze gleicht relativ große Toleranzen des Prüflings aus und durch die gegebene Vorspannung steht die notwendige Anpreßkraft zwischen der Tastspitze schon beim Anstellen bzw. Abheben zur Verfügung. Lediglich für den axialen Bewegungsweg sind einige mm Hub erforderlich.

Nach anderen Merkmalen der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zumindest die Druckfeder, die Führungshülse, die Tastspitze, das Frontgehäuse und der Aufnahmesockel auf einen Meßbereich von ca. 0-12 kHz abgestimmt sind zur Vermeidung von Eigenschwingungen. Diese Abstimmung erfolgt durch die geringe Bemessung und durch kleinstmögliche Gewichtsansätze sowie durch eine geringstmögliche Anzahl von Teilen.

Eine Alternative zur Begrenzung von Eigenschwingungen des Meßsystems besteht darin, daß Eigenschwingungen durch Maßnahmen in der elektronischen Meßschaltung ausgleichbar sind, an die die 2-Drahtleitung für den Schwingungs-Sensor angeschlossen ist.

Zur Vermeidung von Eigenschwingungen des Meßsystems trägt außerdem bei, daß die 2-Drahtleitung aus extrem leichten, aus einer Vielzahl von dünnen Litzendrähten gebildeten Meßleitungen besteht.

Eine Anwendung der Vorrichtung findet hauptsächlich für ein automatisches Kontaktieren in der Serienprüfung, z. B. im Automobilbau und dort bei der Prüfung von Getrieben statt. Dort ist es vorteilhaft, daß der Aufnahmesockel mit dem Front­ gehäuse an einem schwingungsarmen Stativ befestigt ist.

Der Einsatz in der Serienprüfung kann nach weiteren vorteilhaften Merkmalen derart erfolgen, daß der Aufnahmesockel mit dem Frontgehäuse an einer pneumatisch oder hydraulisch betätigbaren Kolben-Zylinder-Einheit befestigt ist, die jeweils auf eine gleiche Anstellkraft der Tastspitze an das auf Schwingungen zu prüfende Meßobjekt anstellbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Querschnitt durch die Vorrichtung mit dem Schwingungs-Sensor und

Fig. 2 eine Ansicht der Befestigung der Vorrichtung an einem schwingungs­ armen Stativ.

Die Vorrichtung dient als Aufnahme für einen Schwingungs-Sensor 1 (Fig. 1) in einem Aufnahmegehäuse 2. Eine im Innern 4a eines Frontgehäuses 4 geschützt untergebrachte und mit dem Schwingungs-Sensor 1 verbundene und aus dem Aufnahmegehäuse 2 herausragende Tastspitze 6 ist in Tastrichtung 16 verstellbar angeordnet. Für Serienmessungen ist der Verstellweg von ca. 1-4 mm im vorliegenden Ausführungsbeispiel zumindest gleich oder größer als der größte Außentoleranzweg eines Meßobjektes 15.

Das Aufnahmegehäuse 2 besteht aus einem Aufnahmesockel 3, an den sich das hülsenförmige Frontgehäuse 4 anschließt. Der Aufnahmesockel 3 ist wie gezeichnet mit Außengewinde und das Frontgehäuse 4 mit korrespondierendem Innengewinde versehen. In dem Aufnahmesockel 3, der eine zentrische Bohrung 3a besitzt, ist eine Führungshülse 5 gleitend in der Bohrung 3a gelagert und kann sich um einen Weg von ca. 1-4 mm verschieben, wie nachstehend noch erläutert wird. Die Füh­ rungshülse 5 befindet sich mit einem Längsabschnitt im Innern 4a des Frontge­ häuses 4 und zwar in einem vorderen Abschnitt 4b. Die Führungshülse 5 stützt sich federnd gegen den Aufnahmesockel 3 ab. Dabei ist eine Grundstellung gebildet, in der eine Tastspitze 6, die durch den vorderen Abschnitt 4b des Frontgehäuses 4 ragt, federbelastet gegen das Frontgehäuse 4 im Inneren 4a anliegt.

Die Tastspitze 6 besteht aus einem leichten und harten Werkstoff, vorzugsweise aus Titan oder Keramik und ist bombiert ausgeführt, wobei der Radius ca. 40-50 mm betragen kann. Die Tastspitze 6 weist einen rückwärtigen Tastspitzen-Schaft 6a auf der in eine Sensor-Aufnahme 7 ragt. Die Sensor-Aufnahme 7 ist mit ihrem Außendurchmesser in der Führungshülse 5 gehalten. Der äußere Umfang muß dabei nicht kreiszylindrisch sein; er kann auch polygonal sein. Die Sensoraufnahme 7 ist aus einem leichten und harten Werkstoff, wie z. B. aus Titan hergestellt und stellt eine kreiszylindrische Scheibe 8 dar.

Die Tastspitze 6 ist geometrisch aus einem zylindrischen, die Tastspitze mit Bombierung bildenden Vorderteil 6b und einem anschließenden kegelförmigen hinteren Abschnitt 6c zusammengesetzt.

Die zylindrische Scheibe 8 ist an ihrer rückwärtigen Seite mit einer Gewindebohrung 9 versehen, in die der handelsübliche Schwingungs-Sensor 1 eingeschraubt wird. Anstelle des Gewindes kann auch eine Klebeverbindung eingesetzt werden. Eine solche Klebeverbindung kann auch zwischen dem Tastspitzen-Schaft 6a und der Sensor-Aufnahme 7 eingesetzt werden.

Der Schwingungs-Sensor 1, die Führungshülse 5 und die Tastspitze 6 ergeben zusammen eine bauliche, als Ganzes auswechselbare Baueinheit.

Auf der Führungshülse 5 ist an einer nach hinten weisenden Schulter 5a ein im Querschnitt winkliger Ring 10 aufgeschoben. Gegen diesen Ring 10 stützt sich eine Druckfeder 11 mit ihrem vorderen Druckfeder-Ende 11a. Die Druckfeder 11 liegt mit ihrem anderen, hinteren Druckfeder-Ende 11b gegen den Aufnahmesockel 3 an.

Zumindest die Druckfeder 11, die Führungshülse 5, die Tastspitze 6, das Front­ gehäuse 4 und der Aufnahmesockel 3 sind auf einen Meßbereich von ca. 0-12 kHz abgestimmt, um Resonanzerscheinungen zu vermeiden.

Solche Resonanzerscheinungen sind auch durch Maßnahmen in der elektronischen Meßschaltung 17 ausgleichbar, an die eine 2-Drahtleitung 12 für den Schwingungs-Sensor 1 angeschlossen ist. Die 2-Drahtleitung ist aus extrem leichten, aus einer Vielzahl von dünnen Litzendrähten gebildeten Meßleitungen 12a und 12b gebildet.

Gemäß Fig. 2 ist der Aufnahmesockel 3 mit dem Frontgehäuse 4 an einem schwingungsarmen Stativ 13 befestigt. Für die Serienmessung an beliebigen, in Montage- oder Fertigungsstraßen transportierten Meßobjekten 15 ist der Aufnahme­ sockel 3 mit dem Frontgehäuse 4 an einer pneumatisch oder hydraulisch betätig­ baren Kolben-Zylinder-Einheit 14 befestigt, die jeweils auf eine bestimmte Anstell­ kraft der Tastspitze 6 an das auf Schwingungen zu prüfende Meßobjekt 15 angestellt wird. Eine gleichbleibend bestimmte Anpreßkraft ist dabei nicht erforderlich; vielmehr ist wichtig, daß die Kolben-Zylinder-Einheit 14 "auf Block" fährt und dadurch schwingungsarm wird.

Bezugszeichenliste

1 Schwingungs-Sensor (mit integriertem Montagebolzen)
2 Aufnahmegehäuse
3 Aufnahmesockel
3a zentrische Bohrung
4 Frontgehäuse
4a Inneres des Frontgehäuses
4b vorderer Abschnitt
5 Führungshülse
5a Schulter
6 Tastspitze
6a Tastspitzen-Schaft
6b Vorderteil
6c hinterer Abschnitt
7 Sensoraufnahme
8 zylindrische Scheibe
8a rückwärtige Seite
9 Gewindebohrung
10 Ring mitwinkligem Querschnitt
11 Druckfeder
11a Druckfeder-Ende
11b Druckfeder-Ende
12 2-Drahtleitung mit Stecker
12a Meßleitung
12b Meßleitung
13 schwingungsarmes Stativ
14 Kolben-Zylinder-Einheit
15 Meßobjekt
16 Tastrichtung
17 Meßelektronik

Claims (17)

1. Vorrichtung mit einer Aufnahme für einen Sensor, der zur Schwingungsmes­ sung dient und von einem Aufnahmegehäuse umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine in dem Aufnahmegehäuse (2) mit dem Schwingungs-Sensor (1) verbundene und aus dem Aufnahmegehäuse (2) herausragende Tastspitze (6) in Tastrichtung (16) verstellbar angeordnet ist und daß für Serienmes­ sungen der Verstellweg der Tastspitze (6) zumindest gleich oder größer ist als der größte Außentoleranzwert eines Meßobjektes (15).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß an einen Aufnahmesockel (3) anschließend ein hülsenförmiges Front­ gehäuse (4) vorgesehen ist, daß in dem Aufnahmesockel (3) eine bis in das Innere (4a) des Frontgehäuses (4) reichende Führungshülse (5) eingesetzt ist, wobei sich die Führungshülse (5) federnd gegen den Aufnahmesockel (3) abstützt, und daß eine Grundstellung einer Tastspitze (6), die durch den vorderen Abschnitt (4b) des Frontgehäuses (4) ragt und hierbei gegen das Frontgehäuse (4) gefedert anliegt, eingestellt ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die aus leichtem und hartem Werkstoff bestehende Tastspitze (6) mit einem rückwärtigen Tastspitzen-Schaft (6a) in einer Sensoraufnahme (7) befestigt ist, die ihrerseits in der Führungshülse (5) gehalten ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoraufnahme (7) aus einer aus leichtem und hartem Werkstoff gefertigten zylindrischen Scheibe (8) gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoraufnahme (7) aus Titan oder Al₂O₃-Keramik hergestellt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastspitze (6) aus einem zylindrischen, die Tastspitze bildenden Vorderteil (6b) und einem kegelförmigen hinteren Abschnitt (6c) jeweils aus einem leichten und harten Werkstoff bestehend hergestellt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastspitze (6) aus Titan bzw. aus Al₂O₃-Keramik hergestellt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastspitze (6) bombiert ausgeführt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Scheibe (8) an ihrer rückwärtigen Seite (8a) mit einer Gewindebohrung (9) versehen ist, in die der Schwingungs-Sensor (1) einschraubbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastspitze (6) in die Sensoraufnahme (7) eingeklebt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Schwingungs-Sensor (1), die Führungshülse (5) und die Tastspitze (6) eine bauliche, als Ganzes auswechselbare Einheit bilden.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Führungshülse (5) an einer nach hinten weisenden Schulter (5a) ein im Querschnitt winkliger Ring (10) aufgesetzt ist, gegen den sich eine Druckfeder (11) mit einem Druckfeder-Ende (11a) abstützt, die mit ihrem anderen Druckfeder-Ende (11 b) gegen den Aufnahmesockel (3) anliegt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Druckfeder (11), die Führungshülse (5), die Tastspitze (6), das Frontgehäuse (4) und der Aufnahmesockel (3) auf einen Meßbereich von ca. 0-12 kHz abgestimmt sind zur Vermeidung von Eigenschwingungen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Eigenschwingungen durch Maßnahmen in der elektronischen Meßschaltung ausgleichbar sind, an die die 2-Drahtleitung (12) für den Schwingungs-Sensor (1) angeschlossen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die 2-Drahtleitung (12) aus extrem leichten, aus einer Vielzahl von dünnen Litzendrähten gebildeten Meßleitungen (12a, 12b) besteht.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmesockel (3) mit dem Frontgehäuse (4) an einem schwin­ gungsarmen Stativ (13) befestigt ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmesockel (3) mit dem Frontgehäuse (4) an einer pneumatisch oder hydraulisch betätigbaren Kolben-Zylinder-Einheit (14) befestigt ist, die jeweils auf eine bestimmte Anstellkraft der Tastspitze (6) an das auf Schwin­ gungen zu prüfende Meßobjekt (15) anstellbar ist.