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Verfahren zur Meßwertübertragung von bewegten Maschinenteilen Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Meßwertübertragung von einem Sender, der in
einem bewegten Maschinenteil, beispielsweise in einem Kolben oder in einem Turbinenrad,
eingebaut ist, zu einem stationären Empfänger.
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Es sind mehrere Verfahren bekannt, um Meßwerte von sich bewegenden
Teilen auf eine stationäre Anordnung zu übertragen. So wendet man vielfach Schleppkabel
oder - sei rotierenden Maschinenteile - Schleifringe an. Bei der Meßwertübertragung
mittels Schleppkabel ist das eine Ende des Kabels an dem sich bewegenden Teil (z.B.
dem Kolben) befestigt und das andere Ende an einer Durchführung am starren Teil
(z.B. dem Kurbelgehäuse). Das
Kabel muß nun durch eine geeignete
Konstruktion so geführt werden, daß es einerseits der Bewegung des Kolbens folgen
kann, sich andererseits aber nicht verklemmt. Darüber hinaus müssen die Kabelbefestigungen
so ausgebildet sein, daß die auftretenden hohen Beschleunigungen keine Beschädigung
des Kabels hervorrufen. Die Realisierung dieser Forderungen bedeutet einen erheblichen
Eingriff in den Aufbau des Prüflings (z.B. ein Versuchsmotor) und führt zu Einschränkungen
im Versuchsablauf. Ebenso aufwendig erscheint auch die Übertragung der Meßwerte
mittels Schleifringen. Hierbei ist an jedem Drehgelenk ein gegen Öl gekapselter
Schleifringsatz notwendig. Darüber hinaus ist jede Übertragung über einen solchen
Schleiffingsatz mit einem zusätzlichen Übergangswiderstand verbunden, dessen Größe
nicht bekannt ist und der somit das Meßergebnis stark verfälschen kann.
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Um die Schwierigkeiten bei den eben kurz geschilderten Verfahren zu
umgehen, wurden drahtlos arbeitende Verfahren entwickelt. Diese verwenden zur Übertragung
des Meßwerts eine induktive oder kapazitive Übertragungsstrecke oder eine Funkübertragung
von einem am bewegten Teil befindlichen Sender zu einer im starren Gehäuse untergebrachten
Empfangsantenne. Bei diesen UTbertragungsmethoden könnte man wohl die mechanischen
Schwierigkeiten, die mit einer Verlegung von Neßkabeln verbunden sind,
umgehen.
Es zeigte sich jedoch, daß hierbei in noch weitgenenderem Maße als bei der Meßwertübertragung
über Kabel Störungen, wie z.B, durch den Zündvorgang im Motor, auftreten, und daß
die zu diesem Zeitpunkt übertragenen Meßwerte sehr stark fehlerbehaftet sind Es
wurde nun gefunden, daß die beschriebenen Nachteile der bekannten Methoden durch
ein Verfahren der eingangs genallLr-;ten Art beseitigt werden könnens wenn die Meßwerte
vor der Übertragung in einem digitalen Datenspeicher, der in dem bewegten Teil angeordnet-
ist, gesammelt und nur während solcher Zeitspannen übertragen werden, in denen die
auftretenden elektrischen Störungen relativ klein sind.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung wird die Übertragung
durch äußere Abfragesignale gesteuert. Dabei ist es auch möglich, die Abfragesignale
selbsttätig bei niedrigem Störpegel in der Übertragungsstrecke auszulösen.
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Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebautes Meßwertübertragungssystem
ist unabhängig von Kabelverbindungen, wobei dennoch die durch äußere Umstände entstehenden
Störungen weitgehend ohne Einfluß bleiben.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es während der Bewegung
eines Maschinenteils, z.B. während einer Motorumdrehung oder während eines Kolbenhubs,
Zeitspannen gibt, in denen die auftretenden elektrischen Störungen ein Minimum aufweisen
und somit die Wahrscheinlichkeit sehr groß ist, daß die anfallenden Meßwerte störungsfrei
drahtlos übertragen werden können. Die einzelnen Meßwertaufnehmer in dem bewegten
Maschinenteil sind dagegen mit dem Datenspeicher über Leitungen verbunden, so daß
hier eine relativ geringe Störanfälligkeit besteht.
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Ist nur ein Datenspeicher vorhanden, sollte die Ubertragungszeitspanne
möglichst kurz sein, da während der drahtlosen Meßwertübertragung zu dem stationären
Empfänger keine neuen Meßwerte in den Speicher eingelesen werden können. Sind mehrere
Datenspeicher vorhanden, braucht die Messung während der Übertragung nicht unterbrochen
zu werden. Die für die Übertragung erforderliche Zeitspanne ist im wesentlichen
abhängig von der Übertragungsfrequenz sowie von der Art und Anzahl der gespeicherten
Meßwerte.
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Eine weitere Sicherheit gegenüber Störeinflüssen während der Meßwertübertragung
ist dadurch gegeben, daß erfindungsgemäß die Meßwerte in digitaler Form gespeichert
und übertragen werden. Dadurch besteht auch die Möglichkeit, durch Verwendung
von
redundanten Codes einen Fehler in der Übertragung zu erkennen und unter bestimmten
Voraussetzungen eine selbsttätige Fehlerkorrektur durchzuführen.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in der beigefügten Figur
1 der Zeitablauf der Meßwertübertragung bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
schematisch dargestellt.
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In Figur 2 ist das Blockschaltbild der Sendeeinheit eines Übertragungssystems
wiedergegeben, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.
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Im folgenden soll nun der Senderteil eines Übertragungssystems, das
sich an einem bewegten Maschinenteil, z.B. an einen Hubkolben befindet, näher beschrieben
werden. Das vom Meßwertaufnehmer ankommende Signal U5 wird mit einer Taktfrequenz
fl abgetastet. Sie bestimmt somit die Anzahl der pro Motorumdrehung anfallenden
Meßdaten. Sie wird in erster Linie von der zur Verfügung stehenden Speicherkapazität
und der zugelassenen Lesefrequenz f2 bestimmt. Die abgetasteten Meßwerte werden
in einem Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) digitalisiert und in einen Datenspeicher
eingelesen. Im Einlesewerk des Speichers werden die digitalen Meßwerte für die Übertragung
aufbereitet, d.h. sie werden in einen geeigneten Codeumgesetzt und mit den entsprechenden
Prüf- und Korrekturmöglichkeiten versehen.
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Sobald der Zeitpunkt für die Übernahme bzw. Abfrage der Meßwerte gekommen
ist, wird von der Empfangseinheit über die Ubertragungsstrecke ein entsprechend
codierter Befehl an die Sendeeinheit übermittelt. Dieser Befehl bewirkt nun, daß
die Meßwerte mit einer Taktfrequenz f2 aus dem Datenspeicher ausgelesen und über
einen Senderverstärker zur Empfangseinheit übertragen werden. Für die Erzeugung
der beiden Takt frequenzen ist ein gemeinsamer Oszillator vorgesehen. In der Empfangseinheit
werden die ankommenden Meßwerte zunächst gespeichert. Um eine Zuordnung der Meßwerte
zur Stellung des sich bewegenden Maschinenteils zu erhalten, muß die jeweilige Stellung
mit der gleichen Taktfrequenz fl abgefragt werden. Hierzu ist in der Empfangseinheit
ein Oszillator vorzusehen, der vom Oszillator der Sendeeinheit synchronisiert wird.
Dies kann durch eine geeignete Impulsfolge während der Übertragungszeit der Meßwerte
geschehen.
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Um das hier beschriebene Übertragungssystem realisieren zu können,
ist es notwendig, die elektronischen Baugruppen auf der Senderseite, wie Abtasteinheit,
Analog-Digital-Wandler, Speicher, Oszillator und Sendeverstärker und Spannungsversorgung,
soweit zu miniaturisieren, daß es möglich ist, diese Einheit im bewegten Maschinenteil
unterzubringen, ohne dessen Betriebsverhalten zu stören.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, bei einem rotierenden
Maschinenteil pro Umdrehung bei einem Fehler von 1 %o etwa 100 bis 200 Meßwerte
zu übertragen.