DE2445111A1 - Messonde zum messen der abnutzung von maschinenteilen - Google Patents
Messonde zum messen der abnutzung von maschinenteilenInfo
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Description
Pate <<*».·. «S ι '--Dr,-!ng.
R. Dö.ir<«
Dlpk'Fhys. Or. J. Prio*« " / H 4 Q f ) |
ι .München 2
,josephspitälstrsöd 7
"Fall 46Ö"
A/S BURMEISTER & WAIN»S MOTOR-OG MASKINFABRIK AF 1971,Kopenhagen,
Dänemark
Messsonde zum Messen der Abnutzung von Maschinenteilen
Die Erfindung betrifft eine Messsonde zum Messen der Abnutzung von
Maschinenteilen unter Durchführung einer Selbstinduktionsmessung, welche Sonde einen magnetischen Kreis aus einem Material mit hoher
magnetischer Permeabilität umfasst.
Es ist bekannt geworden, zum Messen der Stärken ferromagnetischer Materialien induktive Messsonden zu benutzen, die einen magnetischen
Kreis umfassen, der an dem Objekt angebracht wird, dessen Stärke gemessen werden soll. Das Messobjekt stellt einen Teil des
magnetischen Kreises dar, und wenn sich die Stärke dieses Messobjekts ändert, beispielsweise durch Abnutzung, tritt eine entsprechende
Änderung der Reluktanz im'magnetischen Kreis auf, und diese Änderung der Reluktanz stellt ein Mass für den" Umfang der Abnutzung
dar·
Eine derartige Messanordnung hat, insbesondere in denjenigen Fällen,
in welchen man z.B. die Abnutzung der Zylinderwände in einer Brennkraftmaschine zu messen wünscht, den Nachteil, dass die Messsonde
nicht besonders empfindlich sein kann, da sie aussen an der Zylinderwand angebracht werden muss. Die auftretende Reduktion der
Stärke des Messobjekts, d.h. der Stärke der Zylinderwand, hat nur geringen Einfluss auf die magnetische. Reluktanz, und da die Zylinderwand
gewöhnlich eine recht erhebliche Stärke besitzt, kann die resultierende Reluktanzänderung im magnetischen Kreis nicht
sehr gross sein. Ein weiterer Mangel der bekannten Messanordnung besteht darin, dass die Zylinderwand oder ein anderes Maschinenteil
nicht notwendigerweise zur Anbringung einer solchen Messsonde berechnet ist und dass deshalb besondere Massnahmen getroffen werden
müssen, um die Messsonde an einer geeigneten Stelle an der Zylinderwand oder am Maschinenteil anbringen zu können·
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Die Erfindung bezweckt, diese Mängel zu beheben, und zur Lösung dieser Aufgabe ist eine erfindungsgemässe Messsonde dadurch gekennzeichnet,
dass der magnetische Kreis einen Spalt aus einem magnetisch inerten Material enthält, der eine derartige Lage in
der Sonde hat, dass er, wenn die Sonde am Maschinenteil angebracht ist, derselben abnutzenden Beanspruchung wie das Maschinenteil
unterliegt, wodurch die Fläche des Spalts1 reduziert wird.
Durch Anbringung des magnetischen Kreises der Messsonde in einer solchen Weise, dass der Spalt der vorkommenden Abnutzung direkt
ausgesetzt wird, wird eine wesentlich höhere Messempfindlichkeit erzielt, da sich durch eine Reduktion der Fläche des Spalts infolge
der Abnutzung die Reluktanz stark ändert.
Zum Messen der Abnutzung von Maschinenteilen, z.B. der Abnutzung von Zylinderwänden in einer Brennkraftmaschine, ist es im übrigen
auch bekannt, einen in einem Spalt zwischen Elektroden angebrachten
Widerstandskörper zu verwenden, der in das sich abnutzende Maschinenteil eingesetzt ist, und die Änderung des ohmschen Widerstandes
dieses Körpers infolge der auftretenden Abnutzung zu messen. Gewöhnlich ist die in diesem Fall ausgeführte Messung eine
Gleichstrommessung.
Dieses Verfahren ist jedoch mit verschiedenen Mängeln behaftet.
Es besteht die Gefahr der mechanischen Beschädigung, eventuell des Bruches, des Widerstandskörpers,wenn dieser in das Maschinenteil
eingesetzt wird. Der Widerstandswert, der mit der Abnutzung variiert, ist von z.B. der Temperatur im Messbereich abhängig und
kann chemisch oder durch Korrosion vom Schmiermittel in der Maschine beeinflusst werden.Ausserdem besteht die Gefahr, dass das
Schmiermittel zwischen den Widerstandskörper und das Isolationsmaterial eindringt, .welches notwendigerweise zwischen der Sonde
und dem Maschinenteil angebracht werden muss, und dort alternative, störende Strompfade bildet, die zu irreführenden Messergebnissen
führen. Diese Mängel treten bei der erfindungsgemässen Messsonde
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nicht auf.
Einer Ausführungsform der Erfindung gemäss ist die Messsonde dadurch
gekennzeichnet, dass sie als in das Maschinenteil eingesetzter Stift ausgeführt ist, dass sie teils einen länglichen,
zentralen Kern aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität, teils wenigstens eine den Kern umgebende Spule, teils
einen äusseren, die Spule und· den Kern umgebenden Mantel aus einem
Material mit hoher magnetischer Permeabilität, teils einen zwischen dem Kern unddem Mantel angeordneten und am einen Ende
des Kerns befindlichen Spalt umfasst, der mit magnetisch :inertem
Material ausgefüllt ist, und dass die Stirnflächen des Kerns, des Spalts und des Mantels am einen Ende des Stiftes derartig ausgebildet
sind, dass sie mit der sich abnutzenden Oberfläche des Maschinenteils bündig sind, wobei die Spule in eine Induktions-Messschaltung
einbezogen ist.
Wenn sich die mit der Oberfläche des Maschinenteils bündige Stirnfläche
des Stiftes abnutzt, wird die Fläche des Spalts reduziert. Da die Selbstinduktion der Spule in dem betreffenden magnetischen
Kreis teils von der Anzahl der Windungen der Spule, teils von der Fläche und der Breite des Spalts abhängt und da die Fläche des
Spalts die einzige GrÖsse ist, die hier infolge der Abnutzung verändert
wird, wird die Selbstinduktion der Spule proportional zur Abnutzung gemindert. Die Messsonde liefert deshalb mit Hilfe der
Induktions-Messschaltung eine direkte.Anzeige der auftretenden
Abnutzung. Dank der kompakten und soliden Konstruktion, die hier erreicht wird, kann die Sonde ohne Gefahr mechanischer Beschädigung
oder Beeinflussung durch das Schmiermittel in das Maschinenteil eingesetzt werden. Es besteht auch keine Gefahr dafür, dass
die Sonde vom Schmiermittel chemisch angegriffen wird und die ' Messergebnisse deshalb fehlerhaft sind.
Einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäss kann um den
Kern herum und unter dem Mantel noch eine zweite, von der erstgenannten Spule verschiedene Spule vorgesehen sein, deren zugehöri-
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ger magnetische Kreis, der einen Teil des Kerns und einen Teil des Mantels umfasst, einen Spalt mit konstanter Grosse hat. Diese
zweite Spule und der zugehörige magnetische Kreis haben eine konstante Reluktanz, da der Spalt eine konstante Grosse hat, und
deshalb kann diese Spule als Referenzspule in die Messschaltung, die z.B. eine Brückenschaltiang sein kann, einbezogen werden.
Durch diese Referenzspule lässt sich eine Kompensation der Temperatureinwirkung
erzielen.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die schematische
Zeichnung näher erklärt, die eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Messsonde veranschaulicht.
Die Messsonde umfasst einen zentralen, im wesentlichen zylindrischen,
länglichen Kern 1, der mit zwei umlaufenden Flanschen 2 und 3 versehen ist, welche einen gewissen Abstand voneinander
haben und von welchen der eine am einen Ende des Kerns 1 liegt, d.h. einen Stirnflansch bildet. Der Kern 1 besteht aus einem
Material mit hoher magnetischer Permeabilität.
Zwischen den beiden umlaufenden Flanschen 2 und 3 ist eine um den Kern gewickelte Spule 4 und auf der anderen Seite des Flansches
2 eine zweite den Kern 1 umgebende Spule 5 angebracht.
Der Kern 1 und die beiden den Kern umgebenden Spulen 4 und 5 sind von einem umlaufenden Mantel 6 umgeben, der ebenfalls aus
einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität besteht. Der Mantel, dessen Aussenseite 7 schwach konisch ist (die auf
der Zeichnung gezeigte Konizität ist übertrieben gross), ist dazu berechnet, in eine Bohrung mit entsprechender Konizität in
demjenigen Maschinenteil 8, z.B. einer Zylinderwand in einem Dieselmotor, welches sich abnutzt und dessen Abnutzung mit Hilfe
der Sonde gemessen werden soll, hineingepresst ^u werden.
Der Mantel 6 wird so dimensioniert, dass seine Stirnfläche 6a
mit der sich abnutzenden Oberfläche 11 des Maschinenteils Ö bün->
dig ist.
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Die Spule 5 erstreckt sich nur über einen Teil der Länge vom Flansch 2 zum freien Ende des Kerns 1 und lässt das Ende la des
Kerns frei. Der Mantel ist so ausgebildet, dass sein Innendurchmesser in dem,die Spule 5 umgebenden Bereich etwas grosser als
der Aussendurchmesser der Spule und in dem das freie Ende la des Kerns umgebenden Bereich etwas grosser als der Aussendurchmesser
des Kerns ist.
Dieser Zwischenraum zwischen der inwendigen Fläche und der Spule
bzw. dem Ende la des Kerns ist mit einem magnetisch 'inerten Material,
z.B. einem Kunststoff, ausgefüllt, das zwischen dem Kern und dem Mantel 6 einen Spalt 12 im magnetischen Kreis bildet, der
zur Spule 5 gehört. Die Stirnfläche des Kernendes la und die Stirnfläche des Spalts schliessen bündig mit der Stirnfläche 6a
des Mantels 6 ab, d.h. sie liegen in derselben Ebene wie die sich abnutzende Oberfläche 11.
Im entgegengesetzten Ende der Sonde ist zwischen der Stirnfläche des Mantels und dem Flansch 3 ein Ring 13 eingesetzt, der z.B.
aus Kunststoff oder einem vorzugsweise duktilen, magnetisch inerten Material, wie beispielsweise Kupfer, besteht und einen
Spalt in demjenigen magnetischen Kreis bildet, der zur Spule 4 gehört.
Am hinteren Ende der Sonde, d.h. an dem von der sich abnutzenden Oberfläche abgekehrten Ende, ist der Mantel 6 mit einem gegossenen
oder aufgesetzten Deckel 15 aus elektrisch isolierendem Material von z.B. derselben Art wie das Material im Spalt 12 umgeben.
Leitungen 14 von und zu den Spulen 4 bzw. 5 sind z.B. durch den hinteren Flansch 3 und den Deckel 15 hindurch aus der Sonde
herausgeführt. Zwecks Zugentlastung dieser Leitungen können diese
eventuell mit Hilfe eines nicht eingezeichneten Bügels am Flansch 3^ befestigt sein, bevor sie durch den Deckel 15 hinausgeführt sind.
Die Messsonde funktioniert folgendermassen:
609814/101 5 .
wird eine konische Bohrung mit einer solchen Grosse vorgesehen,
dass die Sonde in diese Bohrung hineingepresst werden kann und dass die vordere Stirnfläche, d.h. die Stirnflächen des Kerns,
des Spalts und des Mantels, mit der Oberfläche des genannten Maschinenteils
bündig ist.
Die beiden Spulen 4 und 5 werden an eine Impedanz-Messbrücke angeschlossen,
die mit einer Wechselspannung mit konstanter Frequenz gespeist wird. Der magnetische Kreis, der zur Spule 4 gehört, hat
eine konstante Reluktanz, da sich seine Spaltfläche nicht ändert, weshalb diese Spule eine im wesentlichen konstante Impedanz hat.
Die Spule 4 bildet in der Brückenschaltung die Referenz.
Wenn sich die Oberfläche 11 des Maschinenteils 8 abnutzt, nutzt sich auch gleichzeitig die Stirnfläche der Sonde ab. Dies- bedeutet,
dass sich die Stirnfläche 6a des Mantels, die Stirnfläche des Spalts 12 und die Stirnfläche des Kerns in der durch den
Pfeil S auf der Zeichnung angegebenen Richtung abnutzen. Da die Selbstinduktion der Spule 5 von der Anzahl der Windungen der Spule
und von der Fläche und der Breite des Spalts 12 abhängig ist, und zwar ist sie der Fläche direkt proportional und der Breite
umgekehrt proportional, nimmt die Selbstinduktion der Spule 5 proportional mit der Abnutzung ab, da durch diese nur die Fläche
des Spalts reduziert wird. Hierdurch wird die Impedanz der Spule kleiner, so dass man eine Änderung des Gleichgewichtszustandes
der Brückenschaltung feststellen kann,, die mit guter Annäherung ein direktes Mass für die auftretende Abnutzung darstellt.
Die Änderung der Reluktanz in dem magnetischen Kreis, der die Spule
5 umfasst, könnte übrigens ebenfalls einen Ausdruck für die auftretende Abnutzung darstellen, wenn man die Spule 5 in einen
Resonanzkreis einschalten würde. In diesem Fall würde die Änderung
der Messfrequenz, die zur Wiederherstellung des Resonanzzustandes
erforderlich wäre, ebenfalls ein Mass für die Abnutzung sein.
S098-U/ 1015
Claims (3)
- Patentansprüchel.J Messsonde zum Messen der Abnutzung von Maschinenteilen unter Durchführung einer Selbstinduktionsmessung, welche Sonde einen magnetischen Kreis aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Kreis einen Spalt (12) aus einem magnetisch inerten Material enthält, der eine derartige Lage in der Sonde hat, dass er, wenn die Sonde am Maschinenteil (Ö) angebracht ist, derselben abnutzenden Beanspruchung wie das Maschinenteil unterliegt, wodurch die Fläche des Spalts reduziert wird.
- 2. Messsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde als in das Maschinenteil (Ö) eingesetzter Stift ausgeführt ist, dass sie teils einen länglichen, zentralen Kern (1) aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität, teils wenigstens eine den Kern (1) umgebende Spule (5), teils einen äusseren, die Spule (5) und den Kern (1) umgebenden Mantel (6) aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität, teils einen zwischen dem Kern (1) und dem Mantel angeordneten und am.einen Ende des Kerns befindlichen Spalt (12) umfasst, der mit magnetisch inertem Material ausgefüllt ist, und dass die Stirnflächen des Kerns, des Spalts und des Mantels am einen Ende des Stiftes derartig ausgebildet sind, dass sie mit der sich abnutzenden Oberfläche (11) des Maschinenteils. (3) bündig sind, wobei die Spule (5) in eine Induktions-Messschaltung einbezogen ist.
- 3. Messsonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass um den Kern (1) herum und unter dem Mantel (6) noch eine zweite, von der erstgenannten Spule (5) verschiedene Spule (4) vorgesehen ist, und dass der zu dieser zweiten Spule (4) gehörende magnetische Kreis, der einen Teil des Kernes (1) und einen Teil des Mantels (6) umfasst, einen Spalt (13) mit konstanter Grosse hat.609814/1015Leerseite
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BGA | New person/name/address of the applicant | ||
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Free format text: MANNSTAEDT, FRANZ MICHAEL, DIPL.-ING., ALLEROED, DK |
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Owner name: M.A.N. - B & W DIESEL A/S, HVIDOVRE, DK |
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