DE2439416A1 - DEVICE FOR MONITORING THE OPERATING CONDITIONS OF MACHINE PARTS - Google Patents
DEVICE FOR MONITORING THE OPERATING CONDITIONS OF MACHINE PARTSInfo
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Description
J I O-Q A 1 ß JI OQ A 1 ß
16. August 1974 14 848 - Pk/ApAugust 16, 1974 14 848 - Pk / Ap
British Steel Corporation - London S.W.I / EnglandBritish Steel Corporation - London S.W.I / England
Vorrichtung zur Überwachung der Betriebszustände von Maschinenteilen Device for monitoring the operating status of machine parts
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur elektronischen Überwachung der Betriebszustände von Maschinenteilen und insbesondere auf eine Vorrichtung zur lösbaren Befestigung einer elektronischen Überwachungsvorrichtung an einer Oberfläche einer Maschine, deren Betriebszustände zu überwachen sind. -The invention relates to a device for electronic Monitoring of the operating status of machine parts and in particular of a device for detachable fastening an electronic monitoring device on a surface of a machine, the operating states of which are to be monitored. -
Die elektronische Überwachung der Betriebszustände von Maschinenteilen ermöglicht es, die Wahrscheinlichkeit zu verringern, daß Maschinenteile fortgesetzt weiter betrieben werden , die nicht festgestellte Fehler aufweisen. Beispielsweise können durch Überwachung und Untersuchung der während des Betriebs auftretenden mechanischen Schwingungsschemen Fehler von Bauelementen, wie z. B. Lagern und von diesen Lagern gelagerten Teilen festgestellt werden und es können Abhilfemaßnahmen in einer relativ frühen Stufe getroffen werden, um weitere Schaden an den Maschinenteilen zu verhindern und um die Wartungskosten zu verringern.The electronic monitoring of the operating status of machine parts makes it possible to reduce the likelihood that machine parts that do not continue to continue to operate have detected errors. For example, through monitoring and investigation of the mechanical vibration patterns occurring during operation. B. bearings and parts stored by these bearings can be detected and remedial action can be taken at a relatively early stage Level must be taken to prevent further damage to the machine parts and to reduce maintenance costs.
Eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur lösbarenA device designed according to the invention for releasable
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Befestigung einer elektronischen Überwachungsausrüstung an einer Oberfläche einer Maschine, deren Betriebszustände zu überwachen sind, umfasst ein erstes Teil, das an der Maschinenoberfläche befestigbar oder anbringbar ist und einen Wandler zur Messung der Betriebszustände einschließt, ein zweites Teil, das lösbar an das erste Teil ankoppelbar ist und mit einer elektrischen Betriebsleistungsquelle verbindbar ist, Einrichtungen zur Verbindung des ersten Teils mit dem zweiten Teil und an jedem Teil vorgesehene Einrichtungen, die zusammen einen ersten Transformator zur Übertragung von elektrischer Betriebsleistung an den Wandler und einen zweiten Transformator zur Übertragung elektrischer Signale von dem Wandler an Überwachungs- oder Steuerausrüstungen bilden, die außerhalb der Maschine angeordnet sind oder einen Teil dieser Maschine bilden.Attachment of electronic monitoring equipment to a surface of a machine, its operating conditions are monitored, comprises a first part, which is attachable or attachable to the machine surface and a transducer for Measuring the operating conditions includes a second part that is releasably coupled to the first part and with an electrical one Operating power source is connectable, means for connecting the first part to the second part and to each Part of the planned facilities, which together have a first transformer for the transmission of electrical operating power the converter and a second transformer for transmitting electrical signals from the converter to monitoring or control equipment which are arranged outside the machine or form part of this machine.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das zweite Teil einen kegelstumpfförmigen Teil einschließen, der in eine in gleicher Weise geformte Ausnehmung in der entgegengesetzten Oberfläche des ersten Teils eingesetzt ist. Dabei können die zur Verbindung des ersten Teils mit dem zweiten Teil dienenden Einrichtungen einen ringförmigen Elektromagneten umfassen, der in eine Oberfläche des zweiten Teils eingesetzt ist, und der im eingeschalteten Zustand mit einer gegenüberliegenden Oberfläche des ersten Teils zusammenwirkt, um das erste Teil mit dem zweiten Teil zu verbinden.According to an advantageous embodiment of the invention, the second part include a frusto-conical part that extends into a similarly shaped recess is inserted in the opposite surface of the first part. Here you can the means used to connect the first part to the second part comprise an annular electromagnet, which is inserted into one surface of the second part, and that in the switched-on state with an opposite surface of the first part cooperates to connect the first part to the second part.
Der Wandler kann einen Beschleunigungsmesser zur Messung nischer Schwingungsschemeneinschließen, die in der Maschine wäh rend ihres Betriebes erzeugt werden.The transducer can include an accelerometer for measuring niche vibration schemes that are in the machine rend of their operation.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous refinements and developments of the invention result from the subclaims.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der ZeichnungThe invention is described below with reference to one in the drawing
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dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:illustrated embodiment explained in more detail. In the drawing show:
Figur 1 eine Aufrißansicht im Schnitt einer Ausführungsform der elektronischen Überwachungsvorrichtungj Figure 1 is a sectional elevation view of one embodiment of the electronic monitoring device
Figur 2 ein Blockschaltbild, das.die verschiedenen elektrischen Schaltungen und Bauteile der Überwachungsvorrichtung nach Figur 1 zeigt.,'Figure 2 is a block diagram showing the various electrical Circuits and components of the monitoring device according to Figure 1 shows., '
Die Überwachungsvorrichtung nach Figur 1 schließt ein in einer geeigneten geformten Ausnehmung 2 in einer Oberfläche 3 der zu überwachenden Maschine befestigtes Halterungsteil 1 und ein lösbares Teil 4 ein, das mit Hilfe eines Kabels 5 mit einer (in Figur 1 nicht gezeigten) elektrischen Leistungsquelle und mit einer elektronischen Überwachungs- und Signaluntersuchungsausrüstung (die ebenfalls in Figur 1 nicht gezeigt ist) verbunden ist. Bei einer abgeänderten Ausführungsform befindet sich das Halterungsteil 1 an der Maschinenoberfläche 3 und steht von dieser ab. Das lösbare Teil 4 weist eine äußere ebene ringförmige Stirnfläche 6 und einen kegelstumpfförmigen Teil 7 auf, der in eine in gleicher Weise geformte Ausnehmung 8 in dem Halterungsteil 1 einsetzbar ist. Ein ringförmiger Elektromagnet 9 ist in die ringförmige Stirnfläche 6 eingesetzt und wirkt im eingeschalteten Zustand mit der gegenüberliegenden Oberfläche des Halterungsteils 1 zusammen,um das lösbare Teil 4 in Berührung mit dem Halterungsteil 1 zu halten. Die Teile 1 und 4 sind jeweils mit geschichteten Eisenkernen 11 und 12 versehen, auf denen Wicklungen 13,14 aufgebracht sind, die jeweils so angeschaltet sind, daß sie Betriebsleistung an eine elektrische Schaltung übertragen, die einen elektronischen Wandler 15 einschließt, der örtlich an dem zu überwachenden Maschinenteil angeordnet ist und daß sie Betriebsleistung von der erwähnten Betriebsleistungs-The monitoring device according to FIG. 1 includes a suitable shaped recess 2 in a surface 3 of the machine to be monitored bracket part 1 and a detachable part 4, which by means of a cable 5 with a electrical power source (not shown in Figure 1) and with electronic monitoring and signal inspection equipment (which is also not shown in Figure 1) connected is. In a modified embodiment, the mounting part 1 is located on the machine surface 3 and protrudes from this off. The detachable part 4 has an outer flat annular end face 6 and a frustoconical part 7, which is shown in FIG a recess 8 shaped in the same way in the holder part 1 can be used. An annular electromagnet 9 is inserted into the annular end face 6 and acts when it is switched on State with the opposite surface of the holder part 1 together to the detachable part 4 in contact to hold with the bracket part 1. Parts 1 and 4 are respectively provided with layered iron cores 11 and 12, on which windings 13, 14 are applied, each of which is switched on are that they transmit operating power to an electrical circuit including an electronic converter 15, the is arranged locally on the machine part to be monitored and that the operating performance is different from the operating performance
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quelle über das Kabel 5 empfangen. Die geschichteten Kerne 11, 12 sind so geformt und angeordnet, daß wenn der kegelstumpfförmige Teil 7 des Teils 4 in der Ausnehmung 8 angeordnet ist, ihre Wicklungen 15, 14 jeweils Sekundär- und Primärwicklungen eines Leistungstransformators bilden. Dieser Leistungstransformator ist in Figur 2 durch die Bezugsziffer 21 angedeutet und wird weiter unten ausführlicher beschrieben. Kunststoff-Endkappen 17 und 18 sind jeweils auf den gegenüberliegenden Endflächen der geschichteten Kerne 11 und 12 befestigt und tragen Windungen 19* 20, die jeweils zum Empfang der elektronischen Signale von der oben erwähnten elektrischen, den Wandler 15 einschließenden Schaltung und zur Übertragung dieser Signale an die oben erwähnte elektronische Überwachungsund Signaluntersuchungsausrüstung angeschaltet sind. Wenn die Teile 1 und 4 miteinander verbunden sind, bilden diese Wicklungen 19, 20 zusammen jeweils Primär- und Sekundärwicklungen eines Signaltransformators, der in Figur 2 mit der Bezugsziffer 22 bezeichnet ist.source received via cable 5. The layered kernels 11, 12 are shaped and arranged so that when the frustoconical Part 7 of part 4 is arranged in the recess 8, its windings 15, 14 respectively secondary and primary windings of a power transformer. This power transformer is identified by the reference number 21 in FIG indicated and will be described in more detail below. Plastic end caps 17 and 18 are on opposite sides, respectively End faces of the layered cores 11 and 12 are attached and carry turns 19 * 20, each for receiving of the electronic signals from the above-mentioned electrical circuit including the transducer 15 and for transmission of these signals are connected to the electronic monitoring and signal investigation equipment mentioned above. If the Parts 1 and 4 are connected to one another, these windings 19, 20 together form primary and secondary windings a signal transformer, which in Figure 2 with the reference number 22 is designated.
Die elektrische Schaltung, die die Signal- und Leistungstransformatoren zusammen mit den zugehörigen Bauteilen enthält, wird im folgenden anhand von Figur 2 beschrieben. Der Teil der Schaltung, der in dem Trägerteil 1 enthalten ist oder mit diesem verbunden ist, ist in Figur 2 durch eine strichpunktierte Linie 24 umschlossen und die übrige Schaltung ist in dem lösbaren Teil 4 angeordnet oder mit diesem verbunden. Elektrischer Strom von einer Wechselstromquelle 26 wird der Primärwicklung 40 des Leistungstransformators 21 zugeführt. Die Sekundärwicklung des Transformators 21 ist mit einem Gleichrichter 27 verbunden, um einen konstanten Ausgang von beispielsweise * 9 Volt zu liefern um einen Taktimpulsgenerator 28, einen Impulsbreitenmodulator 29 und einen Verstärker 30 mit hoher Eingangsimpedanz mit Energie zu versorgen. Änderungen des elektrischen Einganges an denThe electrical circuit that controls the signal and power transformers together with the associated components is described below with reference to FIG. The part of the circuit which is contained in the carrier part 1 or is connected to it is shown in FIG. 2 by a dot-dash line 24 enclosed and the rest of the circuit is in the detachable part 4 arranged or connected to this. Electrical power from an AC power source 26 is applied to the primary winding 40 of the power transformer 21 supplied. The secondary winding of the transformer 21 is connected to a rectifier 27 in order to to provide a constant output of e.g. * 9 volts a clock pulse generator 28, a pulse width modulator 29 and a high input impedance amplifier 30 with power to supply. Changes to the electrical input to the
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Gleichrichter 27, die durch eine Winkelverschiebung der Kerne 11, 12 des Leistungstransformators 21 hervorgerufen werden können, werden durch einen oder mehrere Spannungsregler kompensiert, die mit dem Gleichrichter 27 verbunden sind. Elektrische Ausgangssignale von dem Wandler 15> die einen oder mehrere Betriebszustände des überwachten Maschinenteils darstellen, werden über den Verstärker 30 mit hoher Eingangsimpedanz dem Impulsbreitenmodulator 29 zugeführt. Der Modulator wird durch eine Impulsfolge von Rechteckschwingungen mit fester Frequenz von dem Taktimpulsgenerator 28 getriggert, um eine Folge von Impulsen zu erzeugen, deren Breite zu den von dem Verstärker 30 empfangenen Ausgangssignalen in Beziehung steht. Diese letztere Impulsfolge wird der Primärwicklung 19 des Signaltränsforuators 22 zugeführt dessen Sekundärwicklung 20 über einen Verstärker 32, einen Quadrierer 33 und einen Treiber Jk mit einem Demodulator 35 verbunden ist, in dem die Ausgangssignale von dem Wandler 15 überwacht und untersucht werden. Der Verstärker 32, der Quadrierer 33 und der Treiber 3^ werden über einen Gleichrichter mit elektrischer Leistung gespeist, der mit der Leistungsquelle 26 verbunden ist.Rectifiers 27, which can be caused by an angular displacement of the cores 11, 12 of the power transformer 21, are compensated for by one or more voltage regulators that are connected to the rectifier 27. Electrical output signals from the converter 15, which represent one or more operating states of the monitored machine part, are fed to the pulse width modulator 29 via the amplifier 30 with a high input impedance. The modulator is triggered by a fixed frequency pulse train of square waves from the clock pulse generator 28 to produce a train of pulses the width of which is related to the output signals received by the amplifier 30. This latter pulse sequence is fed to the primary winding 19 of the signal transmission transformer 22, the secondary winding 20 of which is connected via an amplifier 32, a squarer 33 and a driver Jk to a demodulator 35 in which the output signals from the converter 15 are monitored and examined. The amplifier 32, the squarer 33 and the driver 3 ^ are fed with electrical power via a rectifier which is connected to the power source 26.
Im Betrieb ist das Halterungsteil 1 an der Maschinenoberfläche 2 befestigt, wobei sich der Wandler I5 so nahe wie möglich an dem Teil oder den Teilen befindet, die zu überwachen sind. Das lösbare Teil 4 ist mit seinem kegelstumpfförmigen Teil 7 in die Ausnehmung 6 eingesetzt und die Stromversorgung an den Elektromagneten 8 ist eingeschaltet. Elektrische Leistung von der Leistungsquelle 26 wird der Primärwicklung 4 des Leistungstransfarmators 21 zugeführt, um einen Stromfluß in der Sekundärwicklung 13 zu induzieren. Dieser Stromfluß wird gleichgerichtet und dann dem Verstärker 30 und dem Taktimpulsgenerator 28 zugeführt. Elektrische Signale von dem Wandler I5 werden in dem Verstärker 30 mit hoher Eingangsimpedanz verstärkt und dem Impulsbreitenmodulator 29 zugeführt, der durch eine Impulsfolge von Rechteck-In operation, the mounting part 1 is attached to the machine surface 2 with the transducer I5 as close as possible the part or parts to be monitored. The detachable part 4 is with its frustoconical part 7 in the Recess 6 used and the power supply to the electromagnet 8 is switched on. Electrical power from the power source 26 becomes the primary winding 4 of the power transformer 21 in order to induce a current flow in the secondary winding 13. This current flow is rectified and then the amplifier 30 and the clock pulse generator 28 are supplied. Electrical signals from the converter I5 are fed into the amplifier 30 amplified with high input impedance and fed to the pulse width modulator 29, which is generated by a pulse train of square-wave
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schwingungen mit fester Frequenz von dem Taktimpulsgenerator 28 getriggert wird. Der Ausgang von dem Modulator 29 ist eine Impulsfolge, die den Ausgang von dem Wandler 15 darstellt und wird der Primärwicklung 19 des Signaltransformators 22 zugeführt. Der induzierte Sekundärstrom von der Wicklung 30 wird in dem Verstärker 32 verstärkt und durch den Quadrierer oder Rechteckformer 33 in die erforderliche Form umgewandelt, worauf er über den Treiber 32J- dem Modulator 35 zugeführt wird. Die von dem Modulator 35 empfangenen elektrischen Signale werden untersucht, um das Vorhandensein von Fehlern in der überwachten Ausrüstung festzustellen. Bei Feststellung derartiger Fehler können geeignete Abhilfemaßnahmen sehr schnell von der Bedienungsperson der Ausrüstung vorgenommen werden, um weitere Schaden an den Maschinenteilen zu verhindern.oscillations with a fixed frequency is triggered by the clock pulse generator 28. The output from the modulator 29 is a pulse train which is the output from the transducer 15 and is applied to the primary winding 19 of the signal transformer 22. The induced secondary current from the winding 30 is amplified in the amplifier 32 and converted into the required shape by the squarer or rectangular shaper 33, whereupon it is fed to the modulator 35 via the driver 3 2 J-. The electrical signals received by the modulator 35 are examined to determine the presence of faults in the equipment being monitored. If such errors are found, appropriate remedial measures can be taken very quickly by the equipment operator to prevent further damage to the machine parts.
Die vorstehend beschriebene Überwachungsvorrichtung kann zur Überwachung einer Vielzahl von Betriebszuständen und Betriebsbedingungen von Maschinenteilen verwendet werden. Beispielsweise können Fehler in Teilen, wie z.B. Lagern und von diesen Lagern gelagerten Teilen dadurch festgestellt werden, daß ein Beschleunigungsmesser-Wandler an einer geeigneten Stelle benachbart zu den Lagern angeordnet wird und daß die Schwingungsarten überwacht werden, um eine Anzeige der Betriebseigenschaften der Lager zu erzielen. Alternativ kann die Temperatur von Bestandteilen von Maschinen mit Hilfe eines Wandlers wie z.B. eines Thermokreuzes festgestellt werden, oder es können fortschreitende Änderungen in der Dehnungsbeanspruchung von mechanischen Teilen mit Hilfe eines Wandlers wie z.B. einer Dehnungsmeßlehre festgestellt werden.The monitoring device described above can be used to monitor a large number of operating states and operating conditions used by machine parts. For example, errors can occur in parts such as bearings and from these bearings stored parts are detected by using an accelerometer transducer is arranged at a suitable location adjacent to the bearings and that the types of vibration are monitored to provide an indication of the operational characteristics of the bearings. Alternatively, the temperature of ingredients can be detected by machines with the help of a transducer such as a thermal cross, or progressive Changes in the strain on mechanical parts detected with the help of a transducer such as a strain gauge will.
Es kann mehr als ein Wandler vorgesehen werden und ;jeder Wandler wird über den Leistungstransformator 21 gespeist werden, wobei die Wandler entweder zusammen oder abwechselnd Signale über den Signaltransformator 22 an die Überwachungsausrüstung aussenden.More than one transducer can be provided and; each transducer will be fed via the power transformer 21, the converters either together or alternating signals transmit via the signal transformer 22 to the monitoring equipment.
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Der jeweils Signale abgebende Wandler kann mit Hilfe eines äußeren Signals ausgewählt werden, das dem jeweiligen Wandler über den Signaltransformator 22 zugeführt wird.The transducer emitting signals in each case can be selected with the aid of an external signal that is sent to the respective transducer is supplied via the signal transformer 22.
Anstelle der Zuführung der von einem Wandler abgegebenen Signale an die vorstehend beschriebene Überwachungsausrüstung oder zusätzlich zu dieser Zuführung können die Signale von einem oder mehreren Wandlern direkt einem Ein-Aus-Schalter einer Maschine zugeführt werden, um die Maschine abzuschalten, wenn ein stärkerer Fehler auftritt. . ,Instead of supplying the signals emitted by a transducer to the monitoring equipment described above or In addition to this feed, the signals from one or more transducers can be directly connected to an on / off switch of a machine to turn off the machine if one stronger error occurs. . ,
Patentansprüche: 84/0X36Claims: 84 / 0X36
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