DE2208275A1

DE2208275A1 - Vorrichtung zum Ermitteln der Ab nutzung einer Flache eines Maschinen elements

Info

Publication number: DE2208275A1
Application number: DE19722208275
Authority: DE
Inventors: Olav Oslo Egeland
Original assignee: Computas AS
Current assignee: Computas AS
Priority date: 1971-02-22
Filing date: 1972-02-22
Publication date: 1972-09-07
Also published as: JPS5421741B1; SE377617B; NL165535B; NO134348C; NL7202187A; GB1341814A; NL165535C; NO134348B; US3775680A

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH 8 MÖNCHEN 22.

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN !ΞίΓ^ι"».««

Dr. rer. nat. W. KÖRBER 22. Februar 1972

PATENTANWÄLTE Str.

A/S COMPUTAS
j^kernsveien 145
Oslo 5» Norwegen

Pat ent anmeldung

Vorrichtung zum Ermitteln der Abnutzung einer Fläche eines Maachinenelements

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ermitteln bzw. Feststellen der Abnutzung einer bestimmten Fläche eines Maschinenelementsο Bei zahlreichen laschinen mit relativ zueinander bewegbaren Seilen ist es erwünscht, daß man in der Lage ist, den Verlauf der Abnutzung bestimmter Flächen zu ermitteln bzw. zu messen und insbesondere das Auftreten einer übermäßigen Abnutzung festzustellen, so daß der Abnutzungsgrad automatisch überwacht oder ein Warnsignal erzeugt werden kann, damit es z.B. möglich ist, Beschädigungen bestimmter Maschinenteile zu verhindern. Ferner kann es erwünscht sein, Meßdaten über die Abnutzung zu gewinnen, so daß es möglich ist, bestimmte Zeitpunkte für die Wartung oder Erneuerung festzulegen; dies gilt beispielsweise für Lager oder Lagerschalen, wie sie z.B. bei Schiffsmaschinen verwendet werden.

Um die Abnutzung von Lagern und dergleichen zu überwachen, ist es bis jetzt üblich, die betreffenden Teile zu messen bzw. quantitative Messungen durchzuführen oder sekundäre Erscheinungen nachzuweisen, z.B» den Geräuschpegel, die Betriebstemperatur, die Konzentration von ketallteilchen im Schmiermittel oder die Verlagerung von Bauteilen Bei diesen

209837/0809

bekannten Verfahren ergeben sich jedoch verschiedene Nachteile, die in erster Linie darauf zurückzuführen sind, daß es sich bei den beobachteten Erscheinungen nicht um unzweideutige Funktionen der Abnutzung der Lager oder dergleichen handelt, und daß nur ein geringer Grad der Genauigkeit und Zuverlässigkeit erreicht wird.

In der U.S.Al-Patentschrift 3 078 707 ist ein Verfahren zum Messen der Dicke der feuerfesten Auskleidung von Hochöfen beschrieben, das auf der Verwendung elektrischer Widerstände beruht, die in Abständen verteilt und mit zwei Leitungen verbunden sind, welche sich von der Außenseite des Ofenmantels aus durch die im wesentlichen als elektrischer Isolator wirkende feuerfeste Auskleidung in Richtung auf die Innenfläche der Auskleidung erstrecken. Wenn die Auskleidung allmählich abgeschliffen oder weggerissen wird, werden die Widerstände nacheinander zerstört, so daß eine Änderung des resultierenden Widerstandes zwischen den beiden Leitungen gemessen werden kann, die aus der Ofenwand herausgeführt sind. Diese bekannte Anordnung ist jedoch zur Verwendung bei Maschinenelementen völlig ungeeignet, und zwar in erster Linie deshalb, weil die Abnutzung von Maschinenelementen in einer ganz anderen Größenordnung liegt als die bei den Auskleidungen von Hochöfen auftretende Abnutzung.

Gemäß der Erfindung wird nunmehr zur Lösung der genannten Aufgabe bei Maschinenteilen eine Vorrichtung vorgeschlagen, deren Wirkungsweise in erster Linie darauf beruht, daß im Werkstoff des zu überwachenden Maschinenelements ein Detektor in Form eines elektrischen Widerstandes vorgesehen wird, dessen Stromleitungsquerschnitt sich entsprechend der Abnutzung der betreffenden Oberfläche des Maschinenelements verkleinert.

Der Detektor bzw. das ftiderstandselement erstreckt sich normalerweise durch den körper bzw. eine Wand des Maschinenelement s bis zu der einer Abnutzung ausgesetzten !''lache. D%e

209837/0809

freiliegende Fläche des Detektors wird zusammen mit der zugehörigen Fläche des L:aschinenelements abgenutzt, und die hierbei eintretende Verkleinerung des Stromleitungsquerschnitts führt zu einer Erhöhung des Widerstandswertes des MderstandeSo

Diese Anordnung ermöglicht es daher, das Ausmaß der Abnutzung eines kaschinenelements oder dergleichen ständig zu überwacheηο Als Beispiele für Maschinenelemente, bei denen eine solche überwachung der Abnutzung erwünscht ist, seien die ZyIinderlaufbüchsen von Kolbenmaschinen und die Lagerschalen von Gleitlagern genannt.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Seichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert„ Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem elektrischen Widerstandselement;

fig. 2 die Querschnittsform eines Widerstandselements bei einer bestimmten Ausführungsform;

Fig. 3 im Längsschnitt eine in ein fcaschineneleiaent eingebaute Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig„ 4 die Vorrichtung nach Figo 3 bei Betrachtung derselben von oben; und

Fig» 5 eine weitere Ausführung sf orin eines erfindungsgemäßen %iderStandselements.

In Fig. 1 ist ein Detektorelement 3 dargestellt, das aus einem "Überzug 4- aus einem widerstandsmaterial besteht, welcher auf einer »Stützplatte 9 vorgesehen und an beiden Enden mit Zuleitungen 5 und 6 verbunden ist„ Das V»"iderstandselement hat eine allgemein rechteckige Form, und die beiden Längskanten 7 und δ verleufen parallel zueinander; der obere r-and 7 des wiaerstandselenients steht in Fluchtung mit dem freien Ende der iTagplatte 9°

209837/0809

Flg. 3 zeigt in einem Längsschnitt, auf welche Weise das Detektor- oder Widerstandselement nach Fig. 1 einer vollständigen erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeordnet ist, zu der ein konischer Stopfen 1C gehört, der in eine dazu passende konische Bohrung eines Lias chine ne lerne nt s 2 von einer Fläche 1 aus eingebaut worden ist, deren Abnutzung gemessen werden soll. Die Tragplatte 9 niit dem elektrischen Widerstand 4 und den elektrischen Anschlüssen in Form von Drahtleitungen 15 und 16, die gemäß Fig. 1 mit verbreiterten Anschlußflächen der Zuleitungen 5 und 6 verbunden sind, kann gemäß Fig. 4 in einem Hohlraum des konischen Stopfens 10 mit Hilfe zweier Keile 15 und 14 festgelegt werden. Aus Fig. 4 ist ferner ersichtlich, auf welche Weise auf beiden Flachseiten der Tragplatte 9 isolierende Flachmaterialstücke oder Schichten 11 und 12 angeordnet werden können, um den Widerstand 4 mit den Anschlüssen 5 und 6 gegenüber den Keilen 1$ und 14 zu isolieren, die gewöhnlich aus einem elektrisch leitenden Metall bestehen.

Gemäß Figo 3 können sich die Drahtleitungen 15 und 16 in der Praxis durch ein Itohr 17 aus dem Stopfen 10 heraus und durch den Körper des luaschinenelements 2 zu einer elektrischen Schaltung erstrecken, mittels welcher der Widerstandswert des rtiderstandselements 4 gemessen werden kann»

Bei der soeben beschriebenen Anordnung ist es möglich, eine Abnutzung der Fläche 1 des Laschinenelements nachzuweisen oder zu messen, da das Widerstandselement 4 mit seiner Längskante 7 an der Fläche 1, die einer Abnutzung ausgesetzt ist, frei zugänglich ist, so daß sich der Stromleitungsquerschnitt des ;.iderstandselements entsprechend der Abnutzung der Fläche 1 verkleinert.

Bei bestimmten Arten des Verschleißes, bei bestimmten Werkstoffen sowie bei bestimmten Formen des Maschinenelements 1 ist es wichtig, dafür zu sorgen, daß die isolierenden Schichten 11 und 12 so dick sind, daß keine leitfähigen

209837/0809

Brücken oder andere Verbindungen zwischen den Leilen 1J und 14 einerseits und dem freiliegenden Rand 7 des Widerstandselements 4 andererseits entstehen können» !Derartige uberbrückungen könnten unerwünschte, mit dem Widerstandselement parallelgeschaltete btromleitungswege bilden, die zu fehlern beim Messen der Abnutzung führen,,

Ferner ist es zweckmäßig, sowohl den Stopfen 10 als auch die Äeile 13 und 14 aus einem Werkstoff herzustellen, der annähernd die gleichen Abnutzungseigenschaften besitzt wie der "Werkstoff des kaschinenelements 2. Die Zunahme des Widerstandswertes, die bei einer Abnutzung der Kante 7 des Widerstandselements eintritt und auf die Verkleinerung des Stromleitungsquerschnitts des Widerstandselements 4 zurückzuführen ist, kann mit Hilfe eines keßgeräts, einer keßbrücke oder dergleichen festgestellt bzw» registriert werden, so daß man ein Maß für die Abnutzung des Maschinenelements erhält. Die zeitliche Ableitung der Zunahme des "widerstandswertes ist ein f/iaß für den Verlauf der Abnutzung der Fläche 1 des kaschinenelements 2»

Gemäß Fig. 2 kann man den Querschnitt des Widerstandselements 4 zwischen der freiliegenden Längskante 7 und der anderen Längskante 8 variieren, so daß es möglich ist, die Kennlinie des Widerstandselements in Abhängigkeit vom Ausmaß der Abnutzung nach Bedarf zu beeinflussen., Der Querschnitt des widerstandselements kann sich schrittweise ändern, wie es z.ii. in Fig. 2 dargestellt ist, wo drei abgestufte Abschnitte dargestellt sind, oder man kann eine kontinuierliche Änderung· des Querschnitts vorsehen« Wenn man dafür sorgt, daß die Dicke des Querschnitts von der Längskante 7 aus in Richtung auf die Längskante 8 abnimmt, ist es in einem gewissen Ausmaß möglich, die Zunahme der relativen Änderung des Widerstandswertes bei zunehmender Abnutzung des Detektorelements auszugleichen.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der eine vorteilhafte Änderung des vniderstandswertes als Funktion der

209837/0809

Abnutzung auf eine andere weise erzielt wird, und zwar durch die Verwendung eines vviderstandselements, dessen wirksame Länge sich bei fortschreitender Abnutzung verändert, anstelle eines Vviderstandselements der beschriebenen Art von ungleichmäßiger Querschnittsfornu Ebenso wie bei der Ausführungsform nach Pig. 1 ist bei der Ausführungsform nach Pig« ein Überzug 24 aus einem Widerstandsmaterial auf einer Tragplatte 29 vorgesehen, und an den Enden dieses vViderstandselements sind Zuleitungen 25 und 26 angeordnet. Dieses Widerstandselement hat jedoch keine allgemein rechteckige Grundrißform, sondern es hat im wesentlichen die Form eines Dreiecks, d.h. entlang der Zuleitung 25 und dem unteren icand 28 hat das Widerstandselement im wesentlichen gerade Begrenzungslinien, und außerdem ist eine Begrenzungslinie 27 vorgesehen, die sich längs einer Kurve mit dem gewünschten Verlauf und der gewünschten Keigung vom oberen Rand des Widerstandselements zu seinem unteren Band erstreckt» Längs dieser Linie oder Kurve 27 ist das Widerstandselement 24 durch einen verbreiterten leitfähigen Abschnitt 50 abgegrenzt, der eine erheblich höhere Leitfähigkeit aufweist als der das Widerstandselement 24 bildende Überzug, und der direkt mit der Zuleitung 26 verbunden ist. Diese Porm des Widerstandselements ermöglicht es auf vorteilhafte Weise, dem Widerstandselement die gewünschte ivennlinie zu verleihen. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, der Kurve 27 einen solchen Verlauf zu geben, daß die relative Änderung des widerstandswertes bei einem bestimmten kleinen Betrag der Abnutzung des gesamten in i^rrage kommenden Meßbereichs im wesentlichen konstant bleibt. Unter bestimmten Umständen kann es ferner erwünscht sein, ein Ausgangssignal zu erzielen, das in einer linearen oder exponentiellen Beziehung zum Ausmaß der Abnutzung steht; dies läßt sich ermöglichen, wenn man der Begrenzungslinie oder Kante 27 eine entsprechende Form gibt.

Ein Letektorelement mit einem Widerstand 4 und Zuleitungen 5 und 6 der beschriebenen Art läßt sich in der Praxis auf vorteilhafte Weise mit Hilfe der Dünnfilmtechnik

209837/0809

herstellen; in diesem Fall kann die Tragplatte 9 eine isolierende Unterlage bilden, auf die der den "widerstand 4-bildende Überzug aus einem Y/iderstandsmaterial z.B. im Wege der Kathodenzerstäubung aufgebracht wird, wobei die Zuleitungen 5 und 6 vorher oder nachher beispielsweise in Form von ■überzügen aus Gold aufgebracht werden«

Wenn die Abnutzung innerhalb eines großen Bereichs ermittelt werden soll, oder wenn bezüglich des Auflösungsvermögens der Meßanordnung hohe Anforderungen erfüllt werden müssen, kann man natürlich auch mehrere 'widerstände 4 mit den zugehörigen Zuleitungen 5 und 6 so anordnen, daß sie verschieden weit von der JJläche 1 des kaschinenelements entfernt sind und daher bei fortschreitender Abnutzung des Maschinenelements nacheinander zur Wirkung kommen«. Bei einer solchen Anordnung können den Enden der verschiedenen Widerstandselemente gemeinsame Zuleitungen und Anschlußdrähte zugeordnet sein·

Patentansprüche:

209837/0809

Claims

P A ί¹ ϊ Ii !l'A ß fc P fi 'iJ C H E

1,J Vorrichtung zum Ermitteln der Abnutzung einer Fläche eines !'.'aschinenelements, dadurch gekennzeichnet daß im 'werkstoff des kaschinenelements (2) ein Letektorelement in Form eines elektrischen Widerstandes (4) vorgesehen ist, dessen Stromleitungsquerschnitt sich beim Eintreten einer Abnutzung der betreffenden Fläche (1) des Maschinenelements verkleinert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstand (4) im wesentlichen die Form einer rechteckigen Platte hat und an zv/ei voneinander abgewandten Rändern mit Zuleitungen (5» 6) zum herstellen von Anschlüssen versehen ist.
3 ο , Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der elektrische Widerstand (4) zwischen seinen beiden anderen, voneinander abgewandten Rändern (7, £) eine kontinuierlich oder schrittweise variierende Dicke besitzt,
4. Vorrichtung- nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der elektrische widerstand (24) im wesentlichen plattenförmig ist und mindestens eine Begrenzungskante (27) aufweist, die sich von seinem der Abnutzung ausgesetzten itand aus allgemein schräg nach innen erstreckt, wobei sich der Neigungswinkel gegebenenfalls kontinuierlich ändert, so daß sich die wirksame Länge des Widerstandes bei zunehmender Abnutzung vorzugsweise kontinuierlich vergrößert O

2 0 9 8 3 7/0809

5» Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4₅ dadurch gekennzeichnet , daß das Detektorelement auf einer !Tragplatte (9) angeordnet ist, daß auf beiden Seiten des elektrischen Widerstandes (4) eine elektrische Isolation vorgesehen ist, daß die gesamte Baugruppe mit Hilfe von Keilen (13» 14-) fest in einen vorzugsweise konischen hohlen Stopfen (10) eingebaut ist, und daß der Btopfen und die Keile aus einem "Werkstoff bestehen, der annähernd die gleichen Verschleißeigenschaften aufweist wie der Werkstoff des Maschinenelements (2).

Der Patentanwalt:

209837/0809

/ο

Leerseite