DE19950215C2

DE19950215C2 - Verfahren zur Zustands-, Verschleiß- und Bruchüberwachung eines bewegten Maschinenteils sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19950215C2
Application number: DE19950215A
Authority: DE
Inventors: Dirk Overzier
Original assignee: ARGOTECH GES fur MESTECHNIK M
Current assignee: ARGOTECH GES fur MESTECHNIK M
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 1999-10-19
Publication date: 2001-11-29
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: DE19950215A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Zustands-, Verschleiß- und Bruchüberwachung eines bewegten Maschinenteils durch Detektion von Körperschall, wobei an dem Maschinenteil oder an anderer Stelle der Maschine ein Schall abnehmer vorgesehen ist, der einen Teil des Körperschalls der Maschine an eine piezoelektrische Wandlereinrichtung ableitet, die daraus ein auswertbares Überwachungssignal generiert, wobei das Überwachungssignal in kausaler Abhängigkeit zu dem von der Maschine abgeleiteten Körperschall verändert wird.

Aus der DE 36 27 796 C1 ist ein gattungsgemäßer Gegenstand bekannt. Diese schlägt eine Vorrichtung mit einem flüssigen Schallabnehmer vor, der im Freistrahl gegen das bewegte Ma schinenteil strömt, in diesem Fall ein spanendes Werkzeug. Hierbei wird ein Teil des Körperschalls der Maschine durch den Flüssigkeitsstrahl an eine piezoelektrische Wandlereinrichtung abgeleitet, die daraus ein analoges Nutzsignal generiert und über eine feste Leitungsverbindung an eine Auswertungselek tronik weiterleitet. Vorzugsweise soll dieses Verfahren bei Werkzeugmaschinen eingesetzt werden. Dort übernimmt der ohne hin vorhandene Kühlschmierstoff die Zusatzfunktion des Schall abnehmers. Die Qualität der Körperschallverbindung ist unter anderem von der Art der Strömung in dem Freistrahl abhängig.

Eine gute Körperschallübertragung wird mit einer laminaren Anströmung des Maschinenteils erreicht. Nachteiligerweise verschlechtert sich die Ankopplung, wenn sich das Maschinen teil, beispielsweise ein rotierendes Werkzeug, mit einer der art hohen Umfangsgeschwindigkeit bewegt, daß es an der Auf treffstelle des Freistrahls zu einem Strömungsabriß kommt. Das Verfahren eignet sich somit nicht für schnell bewegte Werkzeu ge. Darüber hinaus dämpfen Luftblasen in der Flüssigkeit die Übertragung des Körperschalls in dem Freistrahl, so daß kein ausreichendes Nutzsignal erhalten werden kann. Zur Beseitigung der Luftblasen müssen zusätzlich Entgasungseinrichtungen vor gesehen werden.

Die DE 43 16 473 C2 offenbart eine Vorrichtung, deren Schall abnehmer einen Teil des Körperschalls des bewegten Maschinen teils, beispielsweise eines Werkzeugs, über ein Federstahl element abgreift. Das Federstahlelement steht mit dem bewegten Maschinenteil in direktem Kontakt und leitet den abgegriffenen Körperschall an eine piezoelektrische Wandlereinrichtung, die daraus ein analoges Nutzsignal generiert. Auch hierbei wird das Nutzsignal über eine feste Leitungsverbindung zur Überwa chung des Maschinenteils an eine Auswertungselektronik gelei tet. Weiterhin ist die Entstehung von reibungsbedingtem Kör perschall zwischen dem Federstahlelement und dem bewegten Maschinenteil problematisch, weil sich der reibungsbedingte Körperschall und der von der Maschine abgeleitete Körperschall überlagern. Um reibungsbedingten Körperschall zu vermeiden, muß daher an der Kontaktstelle zwischen dem Federstahlelement und dem zu überwachenden Maschinenteil ständig eine Schmierung aufrechterhalten werden, was mit zusätzlichem Vorrichtungsauf wand verbunden ist.

Darüber hinaus ist an den Vorrichtungen gemäß DE 36 27 796 C1 sowie DE 43 16 473 C2 gleichermaßen zu bemängeln, daß ein Einsatz an mobilen Maschinen oder Maschinenkomponenten wegen der leitungsgebundenen Übertragung des Nutzsignals von der Wandlereinrichtung zur Auswertungselektronik nicht möglich ist beziehungsweise wegen zu hoher Kosten nicht praktiziert wird.

Außerdem ist die Auswertungselektronik üblicherweise in eini ger Entfernung von der Wandlereinrichtung angebracht, wobei sich eine erhöhte Störanfälligkeit schon dadurch ergibt, daß die relativ lange Leitungsverbindung wie eine Antenne wirkt und Störsignale externer elektromagnetischer Quellen empfängt. Die Frequenz und der Pegel des analogen Nutzsignals werden von diesen Störsignalen überlagert. Eine Abschirmung der Leitungs verbindungen kann diese Störeinflüsse nur unzureichend mil dern.

Aus der 197 38 229 A1 ist ferner ein OFW-Senor bekannt, dessen Überwachungssignal in kausaler Abhängigkeit zu einer prozeßbe dingten Verformung des Maschinenteils steht. Der OFW-Sensor muß so appliziert sein, daß er im Betrieb derselben Verformung unterworfen ist, wie das Maschinenteil selbst. Die Einkoppe lung von Körperschall ist nicht vorgesehen.

Aus der DE 42 00 076 A1 ist es bekannt für eine Meßwertermitt lung zwei OFW-Sensoren vorzusehen, wobei der zweite OFW-Sensor als Referenz dient. Offengelassen ist, auf welche Weise die zu messende physikalische Größe Einfluß auf den OFW-Sensor nehmen soll damit dieser ein auswertbares Überwachungssignal gene riert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren anzugeben, das auf der Ableitung von Körperschall aus dem Maschinenteil basiert sowie eine kostengünstige und einfach applizierbare Vorrichtung zur Zustands-, Verschleiß- und Bruchüberwachung für bewegte Maschinenteile zu schaffen, die auch die Überwachung mobiler Maschinen oder Maschinen komponenten vereinfacht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die pie zoelektrische Wandlereinrichtung als passiver OFW-Sensor aus gebildet ist und wenigstens eine Wandlerstruktur mit Antenne sowie einen Reflektor aufweist, daß eine Sendeelektronik auf einanderfolgend Funksignale und Funkpausen generiert, daß die Funksignale von der Antenne empfangen und von der Wandlerstruktur in gedämpfte Oberflächenschwingungen des OFW-Sensors umgesetzt werden, daß die Oberflächenschwingungen von dem Reflektor zurück zur Wandlerstruktur reflektiert werden, die in den Funkpausen der Sendeelektronik mit den reflektierten Oberflächenschwingungen ein Antwortsignal erzeugt, das von der Antenne abgestrahlt und von einer Auswertungselektronik emp fangen wird, wobei der Schallabnehmer mit dem abgeleiteten Körperschall der Maschine zusätzliche Oberflächenstörwellen auf dem OFW-Sensor erzeugt, die das Antwortsignal in kausaler Abhängigkeit zu dem von der Maschine abgeleiteten Körperschall verändern.

Die Abkürzung OFW steht für Oberflächenwellen. Bei dem OFW- Sensor handelt es sich um einen elektromechanischen Sensor, wie er beispielsweise in Funktelefonen zur Stabilisierung der Frequenz angewandt wird. Der OFW-Sensor besteht im wesentlichen aus einer Platte mit geringen Kantenlängen von wenigen Millimetern beispielsweise. Die Platte ist aus einem piezo elektrischen Material gebildet, wie zum Beispiel einem Quarz substrat. Eine Oberfläche der Platte ist mit dünnen fadenför migen Strukturen versehen, nämlich der wenigstens einen Wand lerstruktur und dem Reflektor. Die Wandlerstruktur weist zwei Wandlerkämme auf, deren Zinken ineinandergreifen. Einer dieser Wandlerkämme hat beispielsweise eine Masseverbindung. Der andere Wandlerkamm ist mit der Antenne verbunden, über die ein hochfrequentes Funksignal, also die Energie eines elektro magnetischen Feldes, empfangbar ist. Mit dem Hochfrequenz signal regt die Wandlerstruktur die Oberfläche der Platte zu Schwingungen an. Es sind transversale und longitudinale Schwingungsanteile, die sich an der Grenzfläche zwischen der festen Platte und der Umgebungsluft überlagern und die soge nannten Oberflächenwellen oder Oberflächenschwingungen erzeu gen.

Nach dem vorgeschlagenen Verfahren stellt das von der Antenne des OFW-Sensors abgestrahlte Antwortsignal das auswertbare Überwachungssignal dar. Dieses wird von der Auswertungselek tronik empfangen und weiterverarbeitet. Das Antwortsignal ist eine Folge gedämpfter Oberflächenschwingungen, die während der Funkpause der Sendeelektronik von der Wandlerstruktur in ein Spannungssignal umgewandelt und von der Antenne abgestrahlt werden. Die Wandlerstruktur wandelt dabei zwei sich überla gernde Wellenerscheinungen in ein Spannungssignal um, nämlich die reflektierten Oberflächenschwingungen, die von der Sende elektronik verursacht werden sowie die Oberflächenstörwellen, die der Schallabnehmer mit dem abgeleiteten Körperschall er zeugt.

Im Normalbetrieb ergibt sich ein charakteristisches Überwa chungssignal für das intakte Maschinenteil, beispielsweise ein Werkzeug. Das Überwachungssignal verändert sich durch Ver schleiß oder Bruch des Maschinenteils in charakteristischer Weise. Dann, wenn sich der OFW-Sensor in dem Sende- und Emp fangsbereich der Sende- und Auswertungselektronik befindet, ist stets eine zuverlässige Information über den Zustand des Maschinenteils verfügbar.

Der Schallabnehmer und der OFW-Sensor lassen sich sehr leicht nahe an dem zu überwachenden Maschinenteil applizieren, so daß dessen Körperschall zuverlässig abgeleitet werden kann. Da es sich bei dem OFW-Sensor um einen passiven Sensor handelt, wird keine eigene Energieversorgung benötigt. Für das während der Funkpause generierte Antwort- oder Überwachungssignal wird nur eine geringe Energie benötigt. Diese Energie entnimmt der OFW- Sensor dem elektromagnetischen Feld der Funksignale.

Das Verfahren gestattet es daher, eine Vielzahl von Schallab nehmern und OFW-Sensoren zu applizieren, die alle von einer Sende- und einer Auswertungselektronik gespeist und überwacht werden. Der OFW-Sensor ist wartungsfrei. Da es sich um ein passives Bauteil handelt, weist der OFW-Sensor eine sehr lange Lebensdauer auf. Der Schallabnehmer und der OFW-Sensor lassen sich zu einer kompakten Baugruppe zusammenfassen, die in einem Montageschritt appliziert werden kann.

Als Beispiel zur Überwachung einer mobilen Maschine wären Schienenfahrzeuge zu nennen. Es können zum Beispiel alle Rä der, Achsen, etc. eines Zuges oder mehrerer Züge mit jeweils einem Schallabnehmer und einem OFW-Sensor versehen und von einer stationären Sende- und Auswertungselektronik sehr ko stengünstig überwacht werden.

Externe elektromagnetische Störquellen haben günstigerweise keinen Einfluß mehr auf das von der Antenne abgestrahlte Ant wortsignal. Überdies ist die Applikation des Schallabnehmers und des OFW-Sensors besonders einfach, weil keine lange Lei tungsverbindungen benötigt werden.

Durch eine kontinuierliche Überwachung des Antwortsignals können allmähliche Veränderungen eines Maschinenteils erfaßt werden, beispielsweise das Abstumpfen eines Bearbeitungswerk zeugs oder der Verschleiß der Räder eines Zuges.

Eine einfache Ausführung des Verfahren sieht vor, daß der Schallabnehmer einen flüssigen oder festen Wellenleiter auf weist, der an den OFW-Sensor angekoppelt ist und einen Anteil des von der Maschine abgeleiteten Körperschalls in Oberflä chenstörwellen des OFW-Sensors umsetzt. Das Verfahren eignet sich besonders für Maschinen, bei denen der Schallwandler und OFW-Sensor an einer einfachen Maschinenstruktur appliziert werden können, die ausreichende Platzverhältnisse bietet. Es läßt sich beispielsweise dann ein hoher Anteil des Körper schalls in Oberflächenstörwellen des OFW-Sensors umwandeln, wenn es sich um einen Wellenleiter handelt, der den Körper schall mit geringen Verlusten transportieren kann und, wenn an der Kontaktstelle zwischen dem Wellenleiter und dem OFW-Sensor möglichst geringe Reflektionsverluste auftreten.

Eine alternative Weiterbildung des Verfahrens arbeitet mit einem Schallabnehmer, der ein zusätzliches Wandlerelement aufweist, das den abgeleiteten Körperschall in ein Spannungs signal umwandelt. Das Spannungssignal wird zu einer zweiten Wandlerstruktur des OFW-Sensors geleitet, die mit dem Span nungssignal des zusätzlichen Wandlerelements die Oberflächen störwellen auf dem OFW-Sensor erzeugt. Ein Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß sich das zusätzliche Wandlerele ment und der OFW-Sensor auch an komplizierteren Maschinen strukturen gut applizieren lassen. Dies, weil eine kurze Ka belverbindung zwischen dem zusätzlichen Piezoelement und dem OFW-Sensor flexibler anzubringen ist, als ein fester Wellen leiter. Weiterhin ist es hilfreich, daß die von dem zusätzli chen Wandlerelement gelieferten Spannungssignale mit Hilfe der zweiten Wandlerstruktur des OFW-Sensors einen hohen Anteil der Energie des abgeleiteten Körperschalls in Oberflächenstörwel len umsetzen.

Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Vorrichtung mit einem Schallabnehmer, mit dem ein Teil des Körperschalls der Maschine an eine piezoelektrische Wandlereinrichtung ableitbar ist, wobei die Wandlereinrichtung als passiver elektromecha nischer OFW-Sensor aus einer Platte piezoelektrischen Materi als gebildet ist. Auf einer Plattenoberfläche der Platte sind fadenförmige Strukturen nämlich wenigstens eine Wandlerstruk tur und ein Reflektor aufgebracht. Die Wandlerstruktur ist aus zwei Wandlerkämmen aufgebaut, deren Zinken ineinandergreifen. Ein Wandlerkamm weist eine Masseverbindung auf und der andere Wandlerkamm ist mit einer Antenne verbunden. Es ist eine Sen deelektronik vorgesehen, mit der aufeinanderfolgend Funksigna le und Funkpausen generierbar sind und es ist eine Auswer tungselektronik vorgesehen, mit der in den Funkpausen der Sendeelektronik ein Antwortsignal empfangbar und auswertbar ist. Mit dem Schallabnehmer sind aus dem abgeleiteten Körper schall der Maschine zusätzliche Oberflächenstörwellen auf dem OFW-Sensor (1) erzeugbar.

Eine einfache Ausführungsform der Vorrichtung weist einen Schallabnehmer mit einem flüssigen oder festen Wellenleiter auf, der an den OFW-Sensor angekoppelt ist und mit dem ein Anteil des von der Maschine abgeleiteten Körperschalls in Oberflächenstörwellen des OFW-Sensors umsetzbar ist.

Eine alternative Ausführungsform weist einen Schallabnehmer mit einem zusätzlichen Wandlerelement auf, das den abgeleite ten Körperschall in ein Spannungssignal umwandelt. Der OFW- Sensor weist dafür eine aus zwei Wandlerkämmen aufgebaute zweite Wandlerstruktur auf. Die Zinken der beiden Wandlerkämme der zweiten Wandlerstruktur greifen ineinander und jeder Wand lerkamm ist über eine Kabelverbindung mit dem zusätzlichen Wandlerelement verbunden, damit mit dem Spannungssignal des zusätzlichen Piezoelements die Oberflächenstörwellen des OFW- Sensors erzeugbar sind.

Der Einfachheit halber ist das zusätzliche Wandlerelement des Schallabnehmers als Piezoelement ausgebildet. Ein derartiges Piezoelement ist sehr kostengünstig und läßt sich leicht ap plizieren.

Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung ist für die Über wachung von Maschinenteilen vorgesehen, die ferromagnetische Eigenschaften aufweisen. Hierbei ist das zusätzliche Wandler element des Schallabnehmers als Spule ausgebildet, die das zu überwachende Maschinenteil umgibt. Zweckmäßig ist dann, wenn sich das Maschinenteil bewegt, beispielsweise rotiert, Luft zwischen der Spule und dem Maschinenteil vorgesehen. Alterna tiv ist es auch möglich, daß die Spule mit dem Maschinenteil in Kontakt steht. Mit dieser Konstruktion wird der sogenannte Barkhausen-Effekt ausgenutzt. Nach Barkhausen wird in einer ein ferromagnetisches Bauteil umgebenden Spule eine Spannung induziert, wenn sich der magnetische Zustand des Bauteils än dert. Dabei werden die geringen sprunghaften Änderungen des magnetischen Zustands des Maschinenteils aufgenommen, von denen jede kleine Änderung auf einer Versetzung innerhalb eines ferromagnetischen Kristalls beruht.

In der vorliegenden Konstruktion erzeugt der Körperschall innere Zug-, Druck- und Scherwirkungen in einem Maße, daß die dadurch hervorgerufenen Änderungen des magnetischen Zustands des Maschinenteils als Induktionsspannung an der Spule ab greifbar sind. Das Spannungssignal wird dann auf die gleiche Weise zur Erzeugung der Oberflächenstörwellen auf dem OFW- Sensor verwendet, wie bei dem vorbeschriebenen Schallabnehmer mit Piezoelement.

Nachstehend ist die Erfindung in einer Zeichnung beispielhaft veranschaulicht und anhand der Figuren detailliert beschrie ben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schallabnehmer mit einem festen Wellenleiter und einen OFW-Sensor,

Fig. 2 einen Schallabnehmer mit einem Piezoelement und einen OFW-Sensor mit zwei Wandlerstrukturen,

Fig. 3 einen Schallabnehmer mit einer das bewegte Maschinen teil umgebenden Spule und einen OFW-Sensor mit zwei Wandlerstrukturen.

In den Figuren sind die wesentlichen Bauteile dreier Ausfüh rungsformen der Vorrichtung dargestellt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen. Gleiche Merkmale sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Gemäß Fig. 1 ist eine piezoelektrische Wandlereinrichtung 1 in Form eines OFW-Sensors vorgesehen. Der OFW-Sensor 1 ist aus einer Platte 2 gebildet, die aus einem Quarzsubstrat besteht. Auf der Plattenoberfläche 3 sind fadenförmige Strukturen auf gebracht, die in dem Ausführungsbeispiel aus Aluminium beste hen. Bei den fadenförmigen Strukturen handelt es sich um eine aus zwei Wandlerkämmen 4a und 4b bestehende Wandlerstruktur 4 und um zwei Reflektorfelder 5 und 6 mit mehreren parallel ne beneinander angeordneten Reflektoren 5a, 5b, 5c, 5d, 5e sowie 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6e. Die Wandlerkämme 4a und 4b der Wand lerstruktur 4 sind so angeordnet, daß die Zinken a und b der Wandlerkämme 4a und 4b ineinandergreifen. Die Zinken a und b der Wandlerkämme 4a und 4b sind parallel zu den Reflektoren 5a, 5b, 5c, 5d, 5e sowie 6a, 6b, 6c, 6d, 6e der Reflektor felder 5 und 6 ausgerichtet. Von der Wandlerstruktur 4 er zeugte Oberflächenschwingungen breiten sich zu beiden Längs seiten des OFW-Sensors 1 im wesentlichen senkrecht zu den Zinken a und b der Wandlerkämme 4a und 4b auf der Plattenober fläche 3 aus. Anstelle einzelner Reflektoren 5a, 5b, 5c, 5d, 5e sowie 6a, 6b, 6c, 6d, 6e ist zu jeder Seite der Wandler struktur 4 deshalb je ein Reflektorfeld 5 beziehungsweise 6 mit mehreren nebeneinander angeordneten Reflektoren vorgese hen, damit die von der Wandlerstruktur erzeugte Oberflächen schwingungen möglichst vollständig reflektiert und die Energie möglichst effizient zur Erzeugung eines Antwortsignals ausge nutzt werden kann. Die Wandlerstruktur 4 ist in der vorliegen den Ausführungsform in unterschiedlichen Abständen zwischen den beiden Reflektorfeldern 5 und 6 angeordnet.

Zur Erzeugung der Oberflächenschwingung ist an einem Wand lerkamm 4a der Wandlerstruktur 4 eine Antenne 7 angebracht und weist der andere Wandlerkamm 4b eine Masseverbindung 8 auf. Eine Sendeelektronik (nicht dargestellt) sendet ein durch Funkpausen unterbrochenes hochfrequentes Funksignal, dessen Frequenz vorzugsweise im Resonanzbereich des OFW-Sensors 1 liegt. Der Abstand zwischen den Reflektoren 5a, 5b, 5c, 5d, 5e sowie 6a, 6b, 6c, 6d, 6e eines Reflektorfeldes 5 beziehungs weise 6 ist zweckmäßig so auf die Resonanzfrequenz des OFW- Sensors 1 abgestimmt, daß sich im Normalbetrieb eine vorzugs weise stehende Oberflächenschwingung und eine gute energeti sche Ausnutzung des Funksignals der Sendeelktronik ergibt.

Es ist ein Wellenleiter 9 vorgesehen, der einen Teil des Kör perschalls von einer Maschine oder einem Maschinenteil ablei tet. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist in den Figs. 1 und 2 auf die Darstellung der Maschine beziehungsweise des Maschi nenteils verzichtet worden. Um mit dem abgeleiteten Körper schall Oberflächenstörwellen auf dem OFW-Sensor 1 zu erzeugen, steht der Wellenleiter 9 mit der Plattenoberfläche 3 in Kon takt. Um eine gute akkustische Übertragung zwischen dem Wel lenleiter 9 und der Plattenoberfläche 3 zu erreichen, kann der Wellenleiter 9 beispielsweise mit einer Klebeverbindung oder unter Zwischenschaltung eines pastösen Übertragungsmittels an die Plattenoberfläche 3 angekoppelt sein.

Die von den Reflektorfeldern 5 und 6 des OFW-Sensors 1 reflek tierten Oberflächenschwingungen werden von den Oberflächenstörwellen überlagert, die der Wellenleiter 9 auf der Plattenoberfläche 3 des OFW-Sensors 1 erzeugt. Daraus generiert die Wandlerstruktur 4 in den Funkpausen der Sendee lektronik ein Antwortsignal, das von der Antenne 7 abgestrahlt und von einer Auswertungselektronik (nicht dargestellt) emp fangen wird.

Im Normalbetrieb der Maschine ergibt sich aus den reflektier ten Oberflächenschwingungen und den Oberflächenstörwellen ein charakteristisches Antwortsignal. Abnorme Betriebszustände, wie Verschleiß des Maschinenteils oder sonstige Schädigung des Maschinenteils sind jederzeit und zuverlässig erkennbar. An hand der Veränderung des Antwortsignals kann sogar auf die Art der Schädigung eine Maschinenteils geschlossen werden.

Gemäß Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform der Vorrich tung dargestellt, deren grundsätzliche Funktion der Funktion der vorbeschriebenen Vorrichtung entspricht. Es unterscheiden sich aber die Art der Ableitung des Körpeschalls von der Maschine sowie die Art der Erzeugung der Oberflächenstörwellen auf dem OFW-Sensor 1. Hierzu weist der OFW-Sensor 1 nämlich eine zweite zwischen den Reflektorfeldern 5 und 6 angeordnete Wandlerstruktur 10 mit zwei ineinandergreifenden Wandlerkämmen 10a und 10b auf, mit der die Oberflächenstörwellen aus einem Spannungssignal erzeugt werden. Das Spannungssignal wird von einem besonderen Schallabnehmer geliefert. Dieser weist ein zusätzliches wandlerelement in Form eines Piezoelements 11 auf, das den Körperschall der Maschine in ein analoges Span nungssignal umwandelt. Das Spannungssignal wird auf kurzem Wege über Kabelverbindungen 12 und 13 an die zweite Wandler struktur 10 des OFW-Sensors 1 geleitet, auf dem die Oberflä chenstörwellen entstehen. Das Piezoelement 11 und der OFW- Sensor 1 werden sehr nah beieinander appliziert, so daß sich Störsignale externer elektromagnteischer Quellen nicht nach teilig auswirken können. Mit dieser Anordnung läßt sich ein hoher Anteil des von der Maschine abgeleiteten Körperschalls in Oberflächenstörwellen umsetzen.

Schließlich ist in Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zu sehen, die sich den Barkhausen-Effekt zur De tektion des Körperschalls einer Maschine zu nutze macht. Hier bei ist ebenfalls ein OFW-Sensor 1 mit einer zweiten zwischen den Reflektorfeldern 5 und 6 angeordneten Wandlerstruktur 10 vorgesehen, mit der die Oberflächenstörwellen aus einem Span nungssignal erzeugt werden. Das Spannungssignal wird bei die ser Konstruktion aus einem zusätzlichen Wandlerelement gewon nen, das eine Spule 14 aufweist. Wie in Fig. 3 erkennbar, um gibt die Spule 14 das zu überwachende Maschinenteil. Mit der Spule 14 sind solche Änderungen des magnetischen Zustands des Maschinenteils 15 erkennbar, die eine Induktionsspannung her vorrufen. Diese Ausführungsform eignet sich daher ausschließ lich für die Überwachung von Maschinenteilen, die ferromagne tische Eigenschaften aufweisen. Die durch den Körperschall be wirkten geringen inneren Zug-, Druck- und Scherkräfte in dem Maschinenteil 15 führen bereits zu sprunghaften Versetzungen innerhalb der ferromagnetischen Kristallstruktur und sind als sprunghafte Spannungsinduktionen an der Spule 14 abgreifbar.

Dieses Spannungssignal wird dann über Kabelverbindungen 12 und 13 der zweiten Wandlerstruktur 10 des OFW-Sensors 1 zugeführt und auf die gleiche Weise zur Erzeugung der Oberflächenstör wellen auf dem OFW-Sensor 1 verwendet, wie bei dem gemäß Fig. 2 beschriebenen Schallabnehmer mit Piezoelement.

Bezugszeichenliste

1

piezoelektrische Wandlereinrichtung/OFW-Sensor

2

Platte

3

Plattenoberfläche

4

Wandlerstruktur

4

a Wandlerkamm

4

b Wandlerkamm

5

Reflektorfeld

5

a Reflektor

5

b Reflektor

5

c Reflektor

5

d,

5

e Reflektor

6

Reflektorfeld

6

a Reflektor

6

b Reflektor

6

c Reflektor

6

d,

6

e Reflektor

7

Antenne

8

Masseverbindung

9

Wellenleiter

10

zweite Wandlerstruktur

10

a Wandlerkamm

10

b Wandlerkamm

11

Piezoelement

12

Kabelverbindung

13

Kabelverbindung

14

Spule

15

Maschinenteil
a Zinke
b Zinke
c Zinke
d Zinke
x Abstand

Claims

1. Verfahren zur Zustands-, Verschleiß- und Bruchüberwachung eines bewegten Maschinenteils (15) durch Detektion von Körperschall, wobei an dem Maschinenteil (15) oder an anderer Stelle der Maschine ein Schallabnehmer (9, 10, 11, 12, 13, 14) vorgesehen ist, der einen Teil des Körper schalls der Maschine an eine piezoelektrische Wandlerein richtung (1) ableitet, die daraus ein auswertbares Überwa chungssignal generiert, wobei das Überwachungssignal in kausaler Abhängigkeit zu dem von der Maschine abgeleiteten Körperschall verändert wird, dadurch gekenn zeichnet, daß die piezoelektrische Wandlereinrich tung als passiver OFW-Sensor (1) ausgebildet ist und we nigstens eine Wandlerstruktur (4) mit Antenne (7) sowie einen Reflektor (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e) aufweist, daß eine Sendeelektronik aufeinanderfolgend Funksignale und Funkpausen generiert, daß die Funksignale von der Antenne (7) empfangen und von der Wandlerstruktur (4) in gedämpfte Oberflächenschwingungen des OFW-Sensors umgesetzt werden, daß die Oberflächenschwingungen von dem Reflektor (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e) zurück zur Wandlerstruktur (4) reflektiert werden, die in den Funkpausen der Sendeelektronik mit den reflektierten Oberflächenschwingungen ein Antwortsignal erzeugt, das von der Antenne (7) abgestrahlt und von einer Auswertungselek tronik empfangen wird, wobei der Schallabnehmer (9, 10, 11, 12, 13, 14) mit dem abgeleiteten Körperschall der Maschine zusätzliche Oberflächenstörwellen auf dem OFW- Sensor erzeugt, die das Antwortsignal in kausaler Abhän gigkeit zu dem von der Maschine abgeleiteten Körperschall verändern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schallabnehmer einen flüssigen oder festen Wellenleiter (9) aufweist, der an den OFW- Sensor (1) angekoppelt ist und einen Anteil des von der Maschine abgeleiteten Körperschalls in Oberflächenstörwel len des OFW-Sensors (1) umsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schallabnehmer ein zusätzliches Wandlerelement (11) aufweist, das den abgeleiteten Körper schall in ein Spannungssignal umwandelt, daß das Spannungssignal zu einer zweiten Wandlerstruktur (10) des OFW-Sensors (1) geleitet wird und, daß die zweite Wandler struktur (10) mit dem Spannungssignal des zusätzlichen Wandlerelements (11) auf dem OFW-Sensor (1) die Oberflä chenstörwellen erzeugt.

4. Vorrichtung zur Zustands-, Verschleiß- und Bruchüberwa chung eines bewegten Maschinenteils, mit einem Schall abnehmer, mit dem ein Teil des Körperschalls der Maschine an eine piezoelektrische Wandlereinrichtung (1) ableitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtung als passiver elektromechanischer OFW- Sensor (1) aus einer Platte (2) piezoelektrischen Materi als gebildet ist, daß auf einer Plattenoberfläche (3) der Platte (2) fadenförmige Strukturen nämlich wenigstens eine Wandlerstruktur (4, 10) und ein Reflektor (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e) aufgebracht sind, daß die Wandler struktur (4, 10) aus zwei Wandlerkämmen (4a, 4b, 10a, 10b) aufgebaut ist, deren Zinken (a, b, c, d) ineinandergrei fen, daß ein Wandlerkamm (4a) eine Masseverbindung auf weist und der andere Wandlerkamm (4b) mit einer Antenne (7) verbunden ist, daß eine Sendeelektronik vorgesehen ist, mit der aufeinanderfolgend Funksignale und Funkpausen generierbar sind und eine Auswertungselektronik vorgesehen ist, mit der in den Funkpausen der Sendeelektronik ein Antwortsignal empfangbar und auswertbar ist, und daß mit dem Schallabnehmer (9, 10, 11, 12, 13, 14) aus dem abge leiteten Körperschall der Maschine zusätzliche Oberflä chenstörwellen auf dem OFW-Sensor (1) erzeugbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Platte (2) aus einem Quarzsub strat besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder S. dadurch ge kennzeichnet, daß der Schallabnehmer ein zu sätzliches Wandlerelement aufweist, das den abgeleiteten Körperschall in ein Spannungssignal umwandelt, daß der OFW-Sensor (1) eine aus zwei Wandlerkämmen (10a, 10b) aufgebaute zweite Wandlerstruktur (10) aufweist, daß die Zinken (c, d) der beiden Wandlerkämme (10a, 10b) inein andergreifen, und daß jeder Wandlerkamm (10a, 10b) über eine Kabelverbindung (12, 13) mit dem zusätzlichen Wand lerelement verbunden ist, damit mit dem Spannungssignal des zusätzlichen Wandlerelements die Oberflächenstörwellen des OFW-Sensors (1) erzeugbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das zusätzliche Wandlerelement des Schallabnehmers als Piezoelement (11) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung eines bewegten Maschinenteils (15) mit ferromagnetischen Eigenschaften, das zu sätzliche Wandlerelement des Schallabnehmers als Spule (14) ausgebildet ist, die das zu überwachende Maschinenteil (15) umgibt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Schallabnehmer einen flüssigen oder festen Wellenleiter (9) aufweist, der an den OFW-Sensor (1) angekoppelt ist und mit dem ein Anteil des von der Maschine abgeleiteten Körperschalls in Ober flächenstörwellen des OFW-Sensors (1) umsetzbar ist.