DE19724440A1

DE19724440A1 - Gerät zum Anzeigen und Aufzeichnen von Vibrationen - Vibrationsrecorder

Info

Publication number: DE19724440A1
Application number: DE1997124440
Authority: DE
Inventors: Kai Parthy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 1998-12-17

Description

Vibrationsrecorder sind in der Technik als Geräte bekannt, die Vibrationen messen und die dazugehörenden Amplituden mit den sich ergebenden Beschleunigungswerten in geeigneter Weise aufzeichnen. Diese Geräte nutzen z. B. mechanische, elektrische oder piezo-elektrische Aufnehmer.

Problemstellung

Schädliche Auswirkungen hat die Vibration an Maschinen und Anlagen insbesondere beim Versand von Gütern, da hier häufig der Nachweis zu erbringen ist, wer einen Transportschaden zu verantworten hat.

Die bisher bekannten Geräte sind entweder aufwendige Schwingungsmesser oder aber Schock- Indikatoren, die nur einen Schock, aber keine Überstrapazierung durch Vibration nachweisen können. Es stand somit zur Aufgabe, einen preiswerten Ein-Weg-Indikator zu entwickeln, der die über die Gesamtheit der Transportdauer eines Produktes die auftretenden Vibrationen und Schocks aufnimmt und dokumentiert.

Ursache für die Notwendigkeit der Vibrationsüberwachung ist u. a. der eintretende Fall, das eine Schwingung mit einer bestimmten Frequenz an sich für das Transportgut gar nicht schädlich ist, sondern erst die Dauer der Einwirkung über mögliche Schäden entscheidet. Dies ist der etwa der Fall, wenn sich Schrauben lockerrütteln oder Materialermüdung in Folge einer hohen Lastspielzahl eintritt.

Diese Innovation beschreibt ein Verfahren zur Aufnahme und Dokumentation von Vibrationen, wobei in einer vergleichenden Messung, die von der Vibration geleistete Arbeit anhand eines angeregten Stoffdurchsatzes gemessen wird.

Erstes zu beschreibendes Grundprinzip für die visuelle Darstellung geleisteter Arbeit ist die vorranschreitende Zerstörung/Zerkleinerung eines, in einem Vorratsgefäß befindlichen, Opfer-Kör pers. Hierfür findet eine poröse Substanz z. B. ein Kalkstein, Sinterkeramik, ein mit Bindemitteln gebundenes Pulver oder ein anderes pulverisierbares Material Verwendung. Als Werkzeug für die gezielte Zerstörung findet ein Körper Verwendung, der angetrieben durch die Rüttelbewegungen in der Lage ist, kleine Mengen Material aus dem Opfer-Körper herauszulösen, herauszubrechen oder abzureiben (2, Fig. 3).

Dieser "Meißel" kann z. B. eine freibewegliche Kugel (3) sein. Es ist aber auch möglich, kein separates Werkzeug zur Herauslösung zu verwenden, sondern zwei oder mehrere Opferkörper (6) bis zur gegenseitigen Auflösung gegeneinander schlagen zu lassen.

Gemessen wird die aus dem Opfer-Körper herausgelöste Menge des Materials in einem Meßgefäß. Es wird davon ausgegangen, daß mit größerer Vibrationsenergie auch die zerstörende Kraft des "Meißels" steigt. Damit besteht die Möglichkeit, alle in zeitlicher Folge liegenden Vibrationsereignisse durch die geleistete Arbeit kumuliert aufzuzeichnen. Die Messung erfolgt durch Wägung oder im einfachsten Fall durch volumetrische Bestimmung der herausgelösten Materialmenge.

Angezeigt werden im Meßgefäß (5) die Summen von stattgefundenen Vibrationen in einem Zeitabschnitt. Eventuell stattfindende Schockereignisse gehen in die Zählung durch vermehrten Stofftransport ein.

Ein zweites Grundprinzip nutzt die Wirkung der Vibration auf ein Sieb. Eine Anhäufung eines Pulvers ruht solange auf einem Sieb ohne hindurchzurieseln, bis die Rüttel-Bewegung einsetzt. Durch sie werden die Körner aus der Ruhe gebracht und treten durch die offenen Maschen eines Siebes hindurch. Bleibt die Vibration aus, erfolgt kein Massendurchsatz durch die Sieb-Poren. Gemessen wird der Massendurchsatz, der in Kornelation zur Anzahl und Stärke der Vibration steht. Das Pulver befindet sich wiederum in einem Vorratsgefäß, welches jedoch mit Löchern in der Wandung ausgestattet ist.

Anstelle eines Pulvers kann zur Änderung der kinetischen Eigenschaften auch eine Pulvermischung verwendet werden oder es werden nicht zerstörbare Kugeln mit einer vom Pulver verschiedenen Dichte hinzugegeben.

Die Messung erfolgt hier wie beim ersten Grundprinzip.

Die Empfindlichkeiten beider Geräte können durch die verwendeten Materialien so eingestellt werden, daß die zerstörende oder die transportierende Wirkung der Schwingungen im Meßgerät erst oberhalb festzulegender Frequenzen und Amplituden einsetzt und bei Erreichen von festzulegenden Grenzfrequenzen ausbleibt.

Dies geschieht z. B. beim ersten Grundprinzip durch die Dimensionierung des pulvrigen Materials und Festigkeit des verwendeten Bindemittels (durch welches die nötige Zerkleinerungsarbeit maßgeblich bestimmt wird), sowie der Materialien und Ausmaße des Meißels.

Im Fall 2 sind die Variablen u. a. der Korndurchmesser oder die Maschenweite des Siebes.

Weitere Möglichkeiten zur Anpassung des vorgestellten Meßsystems an das zu messende Schwingungssystem sind:

- Aufhängung des Vorratsgefäßes an elastischen Materialien, so daß es bei bestimmten Frequenzen zu Resonanzschwingungen des Meßgerätes kommt. Wird hierfür eine Feder (13) verwendet, so ist mittels einer Spannschraube (14) ein Justieren des Systems möglich.
- Auffüllen der Vorratsgefäße mit einer Flüssigkeit, durch deren Viskosität die Partikel oder das zerstörende Werkzeug in ihrer Bewegung gedämpft werden.

Zur Zählung der Schwingungsereignisse kann das Auffanggefäß mit Meßskala (15) zusätzlich mit einer Farbreaktion ausgestattet werden. Dies gestattet eine augenfälligere Auswertung. Zu diesem Zweck ist das Auffanggefäß mit einer Lösung angefüllt, welche beim Eintreffen der Partikel durch eine Titrationsreaktion eine Farbreaktion hervorruft.

Mit Hilfe des vorgestellten Meßprinzips ist es auch möglich, in einer Transportüberwachungsaufgabe Vibrationen und Schocks getrennt voneinander aufzuzeichnen.

Zu diesem Zweck müssen mindestens zwei Vibrationsindikatoren (Fig. 10) verwendet werden. Die Materialkomponenten des ersten werden der Vibrationsmessung angepaßt, der zweite Indikator soll hingegen nur Schockereignisse zählen.

Wird zur Schockmessung beispielsweise das Vorratsgefäß mit Kugel (Fig. 1) verwendet, so muß der Opferkörper die Berührungen der Kugel im Falle von leichten Vibrationen aushalten, ohne Partikel abzugeben. Erst bei einem Schock wird die Energie der Kugel stark genug sein, um Partikel aus dem Feststoff herauszulösen. Der Feststoff wird entsprechend der nötigen Zerkleinerungsenergie stabiler ausgewählt, als für eine Vibrationsmessung. Stärkere Schocks lösen in diesem Sinne naturgemäß eine größere Menge Partikel aus dem Feststoff. Anhand der Pulvermenge im Meßgefäß kann dann auf die Anzahl von Schocks geschlossen werden, die stattgefunden haben müssen.

Eine im Sektor der Transportüberwachung praktische Ausführung für die kombinierte Messung von Vibrationen und Schocks, ist eine Anordnung von zwei oder mehreren verschieden eingestellten Vibrationsindikatoren, die auf einem selbstklebenden Substrat befestigt sind. Mit Hilfe zweier Indikatoren fällt somit die Interpretation der stattgefundenen Vibrationsereignisse leichter.

Verwendung: Der Vibrationsindikator/Recorder ist aufgrund seiner preiswerten Bauweise geeignet, als Ein-Weg Meßgerät in der Funktion eines Schock- oder Vibrationsindikators, die Palette möglicher Transportunfälle bei gefährdeten Gütern aller Art zu überwachen.

Wird er in Form eines selbstklebenden Etikettes auf das Transportgut appliziert, so ist beim Empfang der Sendung durch den Abnehmer zu erkennen, ob Vibrationsschäden eingetreten sind. Er ist somit geeignet festzustellen, ob der Spediteur eine schwingungsarme Versandart gewählt hat.

Der Vibrationsrecorder ist auch geeignet, vibrierende Maschinenteile, insbesondere Lager zu überwachen. So kann z. B. die Rest-Lebensdauer von Maschinenteilen abgeschätzt werden, wenn sich an ihnen ein Vibrationsrecorder befindet. Ein besonderes Anwendungsgebiet sind Stoßdämpfer (11). Diese verschleißen bei unsachgemäßer Verwendung zeitiger als vorgesehen oder nach einer überschrittenen Laufzeit. In beiden Fällen kann ein Vibrationsrecorder, der sich am Stoßdämpfer befindet, den nötigen Austausch durch ein angefülltes Meßröhrchen oder einen Farbumschlag anzeigen.

Fig. 1 Vibrationsrecorder mit Kugel und Opfer-Partikel in gebundener Form im Vorratsgefäß,

Fig. 2 Seitenansicht von Fig. 1,

Fig. 3 Vibrationsrecorder nach eingesetztem Abtrag der Opferpartikel,

Fig. 4 Vibrationsrecorder ohne Kugel, mit sich selbst zerstörenden Opferpartikeln,

Fig. 5 Vibrationsrecorder mit elastischer Aufhängung, hier mit Feder und Spannschraube,

Fig. 6 Seitenansicht nach Fig. 5,

Fig. 7 Vibrationsrecorder mit ungefülltem Vorratsgefäß und Löchern in der Wandung

Fig. 8 wie Fig. 7, gefüllt mit einem Pulver und Kugeln,

Fig. 9 Vibrationsrecorder an einem Kraftfahrzeugstoßdämpfer befestigt,

Fig. 10 Kombinierter Vibrations- und Schockindikator

Bezugszeichenliste

1

Vorratsgefäß mit gebundenen Opfer-Partikeln gefüllt

2

Opfer-Partikel, teilweise abgetragen

3

Kugel

4

Schutzgehäuse

5

Auffang- und Meßgefäß

5

a gefülltes Meßgefäß

6

Opferpartikel in gebundener Form, zerstören sich bei Vibration selbst

7

Partikel in Pulverform

8

Kugeln

9

durch die Löcher in der Wandung gefallene Partikel

10

Wandung des Vorratsgefäßes mit Löchern

11

Kraftfahrzeugstoßdämpfer

11

a aufgeklebter Vibrationsrecorder

13

Feder

14

Spannschraube

15

Skala

Claims

1. Gerät zum Anzeigen und Aufzeichnen von Vibrationen und Schockereignissen, gekennzeichnet dadurch, daß zur Registrierung und Dokumentation vorhandener Vibrationen und Schocks, ein Pulver, Partikel in gebundener Form oder Teile eines Feststoffgefüges durch die Wirkung der Vibration oder Schocks von einem räumlichen Standort zum anderen bewegt werden, wobei das Gewicht, das Volumen oder die Anzahl der fortbewegten Partikel gemessen werden.

2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich das Pulver, die Partikel in gebundener Form oder Teile eines Feststoffgefüges in einem Vorratsgefäß (1) befinden und sich angeregt durch die Vibration oder Schocks in ein Auffang- und Meßgefäß (5) hinein bewegen.

3. Gerät nach Anspruch 1-2, gekennzeichnet dadurch, daß diese Gefäße so angeordnet sind, daß der Stofftransport nicht in umgekehrter Richtung erfolgen kann.

4. Gerät nach Anspruch 1-3, gekennzeichnet dadurch, daß sich in dem Vorratsgefäß zusätzlich eine Flüssigkeit befindet.

5. Gerät nach Anspruch 1-4, gekennzeichnet dadurch, daß sich das Pulver, die Partikel in gebundener Form oder Teile eines Feststoffgefüges in einem Vorratsgefäß befinden, dessen Wandung mit Löchern (10) versehen ist, wodurch bei einsetzenden Vibrationen oder Schocks Partikel (9) durch die Wandung fallen und in einem Auffang-Gefäß gesammelt werden.

6. Gerät nach Anspruch 1-5, gekennzeichnet dadurch, daß sich Partikel in gebundener Form oder Teile eines Feststoffgefüges in einem Vorratsgefäß befinden und durch die Zusammenstöße mit einem Gegenstand (3) aus ihrer gebundenen Form herausgelöst werden und als lose Partikel in ein Auffang- und Meßgefäß fallen.

7. Gerät nach Anspruch 1-6, gekennzeichnet dadurch, daß sich Partikel in gebundener Form oder Teile eines Feststoffgefüges (6) in einem Vorratsgefäß befinden und durch die Zusammenstöße mit sich selbst, Partikel aus ihrer gebundenen Form herausgelöst werden und in ein Auffang- und Meßgefäß fallen.

8. Gerät nach Anspruch 1-7, gekennzeichnet dadurch, daß das Auffanggefäß mit einer Meßskala (15) versehen ist.

9. Gerät nach Anspruch 1-8, gekennzeichnet dadurch, daß das Auffanggefäß mit mehreren Meßskalen versehen ist.

10. Gerät nach Anspruch 1-9, gekennzeichnet dadurch, daß das Pulver im Vorratsgefäß eine Mischung aus verschiedenen Partikeln ist, wobei sich die Sorten entweder durch ihre Dichte oder den Durchmesser unterscheiden.

11. Gerät nach Anspruch 1-10, gekennzeichnet dadurch, daß dem Pulver im Vorratsgefäß Kugeln (8) oder andere geometrische Körper beigemischt sind, deren Eigenschaft darin besteht, sich durch die Vibrationen nicht in Partikel aufzulösen.

12. Gerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Gegenstand eine Kugel (5) ist.

13. Gerät nach Anspruch 1-12, gekennzeichnet dadurch, daß die nach Vibrationseinwirkung im Meßgefäß befindliche Menge pulvrige Substanz ein Maß für die erfolgte Vibration oder der zerstörenden Wirkung der Vibration auf Bauteile und Anlagen über den Meßzeitraum ist.

14. Gerät nach Anspruch 1-13, gekennzeichnet dadurch, daß sich im Auffanggefäß eine Flüssigkeit befindet, die beim Eintreffen von Partikeln mit diesen eine Farbreaktion hervorruft.

15. Gerät nach Anspruch 14, gekennzeichnet dadurch, daß die Farbreaktion durch Ph-Wertänderung infolge einer Titrationsreaktion eingeleitet wird.

16. Gerät nach Anspruch 1-15, gekennzeichnet dadurch, daß das Vorratsgefäß frei schwingend auf einem Substrat befestigt ist, wobei die Aufhängung an einer spannbaren Feder (13) oder anderen spannbaren oder nicht spannbaren elastischen Materialien erfolgen kann.

17. Gerät nach Anspruch 1-16, gekennzeichnet dadurch, daß das Gerät auf einem selbstklebenden Substrat befestigt wird.

18. Gerät nach Anspruch 1-17, gekennzeichnet dadurch, daß das Gerät auf Stoß- oder Schwingungsdämpfern (11) befestigt oder in diese baulich integriert wird.

19. Gerät nach Anspruch 1-18, gekennzeichnet dadurch, daß das Gerät zur Anzeige einer noch verbleibenden oder bereits überschrittenen Lebensdauer eines Bauteils verwendet wird.

20. Gerät nach Anspruch 1-19, gekennzeichnet dadurch, daß zur kombinierten Messung von Schwingungs- oder Schockereignissen auf einem Substrat mindestens zwei getrennte Vorrats- und Meßgefäße (Fig. 10) angebracht sind.

21. Gerät nach Anspruch 1-20, gekennzeichnet dadurch, daß die nach Vibrationseinwirkung im Meßgefäß befindliche Menge pulvrige Substanz ein Maß für die Anzahl oder Stärke der erfolgten Schocks über den Meßzeitraum ist.