DE2445111C3

DE2445111C3 - Vorrichtung zum Messen von Flächenänderungen von Maschinenteilen auf induktivem Wege

Info

Publication number: DE2445111C3
Application number: DE2445111A
Authority: DE
Inventors: Franz Michael Dipl.-Ing. Alleroed Mannstaedt
Original assignee: B & W Diesel Koebenhavn/kopenhagen AS; MAN B&W Diesel AS
Current assignee: MAN B&W Diesel AS
Priority date: 1974-09-20
Filing date: 1974-09-20
Publication date: 1986-02-13
Also published as: FR2285594B1; PL104502B1; IT1047193B; NL7510956A; SU655342A3; IE41700B1; FR2285594A1; JPS5157467A; SE406124B; BR7506067A; FI752629A; DK413375A; NO753154L; GB1518165A; DK133915C; DE2445111A1; NO144231C; IN144088B; DK133915B; FI58837B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-AS 10 04 387 bekannt. Bei dieser ist der Spalt in Richtung senkrecht zur Achse so bemessen und durch ein nichtmagnetisierbares Material ausgefüllt, daß die Magnetfeldlinien gezwungen sind, stirnseitig aus Mantel und Kern des Magnetkreises auszutreten. Mit dieser Vorrichtung, die stabförmig ausgebildet und in eine Bohrung eines Maschinenteils eingesetzt ist, kann somit nur der Abstand einer Fläche dieses Maschinenteils von der Fläche eines anderen Maschinenteils, z. B. einer Welle, gemessen werden.

Es ist ferner bekannt, zur Dickenmessung ferromagnetischer Materialien induktive Meßsonden einzusetzen. Die Meßsonde wird an der Oberfläche des zu messenden Materials angebracht, welches einen Teil des magnetischen Kreises der Meßsonde darstellt. Ändert sich die Dicke des Materials z. B. durch Abnutzung, tritt eine entsprechende Änderung des magnetischen Widerstandes in dem Kreis auf. Die Änderung dieses Widerstandes stellt ein Maß für den Umfang der Abnutzung dar. Eine solche Meßsonde ist nicht sonderlich empfindlich, wenn die Sonde auf die Oberfläche des Teiles aufgesetzt werden muß, dessen Dickenänderung gemessen werden

solL

Es ist deshalb bekannt, die Meßsonde stabförmig auszubilden und in eine in die der Abnutzung unterworfenen Fläche mündende Ausnehmung des Maschinenteils einzusetzen (vgL US-PS 32 36 096). Bei dieser bekannten Sonde wird ein in einem Spalt zwischen Elektroden angebrachter elektrischer Widerstandskörper verwendet, der der Abnutzung mit unterworfen wird, wobei die Änderung des ohmschen Widerstandes als Maß für die Abnutzung dient Das als Widerstandsbrücke zwischen den beiden Elektroden angeordnete Material kann beim Einsetzen der Meßsonde leicht einer Beschädigung unterworfen werden. Der mit der Abnutzung variierende Widerstandswert ist weiterhin von der Temperatur im Meßbereich abhängig und kann außerdem chemisch oder auf dem Wege der Korrosion durch das Schmiermittel in der Maschine beeinflußt werden. Hinzu kommt, daß das Material der Widerstandsbrücke nicht der gleichen Abnutzung unterworfen sein kann, wie das Material, dessen Flächenabnutzung überwacht werden soll.

Es sind aber auch Meßsonden zur induktiven Spaltmessung bekannt, bei denen eine in einen Meßkreis eingeschaltete elektromagnetische Spule vorgesehen ist, die von einem einen Arbeitsspalt bildenden Magnetkreis aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität umschlossen ist (vgl. DE-PS 9 75 225). Diese bekannte Meßsonde weist einen Topfmagneten auf, der an seiner einen Stirnseite einen offenen Magnetkreis bildet, der durch den Läufer einer Gasoder Dampfturbine unter Bildung eines Arbeitsluftspaltes vervollständigt wird. Eine Flächenabnutzung kann mit dieser Meßsonde nicht direkt festgestellt werden, da die Sonde es erfordert, daß sie unter Bildung des Arbeitsspaltes im Abstand von der sich abnutzenden Fläche angeordnet wird.

Bei einer anderen bekannten Meßsonde, die auf induktivem Wege arbeitet, Sullen Bewegungen ermittelt oder überwacht werden, die beispielsweise ein Werkstück bei seiner Verformung relativ zu der Oberfläche des die Verformung bewirkenden Werkzeuges ausführt (UdSSR-Erfinderzertifikat 133 033). Die bekannte Meßsonde weist zwei getrennte Magnetkreise auf, die gleichartig ausgebildet sind und in gleichen Abständen von der Mitte der Verformungszone in der Werkzeugoberfläche enden. Entlang der Symmetrieebene des Werkzeuges zwischen den beiden offenen Magnetkreisen verläuft in radialer Richtung ein den beiden Magnetkreisen gemeinsam zugeordneter magnetischer Kreisabschnitt, der in der Mitte der Verformungszone und damit im gleichen Abstand jeweils von den offenen Enden der beiden Magnetkreise in der Oberfläche des Werkzeuges endet. Dem freiliegenden Ende des gemeinsamen mittleren Magnetkreisabschnittes ist ein Metallplättchen zugeordnet, welches über die Werkzeugoberfläche in die die Meßsonde eingesetzt ist, vorspringt. Dieses Plättchen muß für jeden Meßvorgang als gesondertes Plättchen und unter genauer Ausrichtung auf die Symmetrieebene der Anordnung mit Klebstoff auf die Oberfläche des Werkzeuges aufgeklebt werden, derart, daß dieses Plättchen mit den freien Enden der beiden offenen Magnetkreise jeweils einen Arbeitsluftspalt von gleicher Breite bildet. Die beiden Wicklungen der Meßsonde sind in einem Differential-Brückenkreis eingeschaltet, dem ein Wechselstrom zugeleitet wird. Wird das Werkstück mit dem entsprechend präparierten Werkzeug bearbeitet, drückt

«eh das Plättchen beim Oberführen des Werkzeuges in die Arbeitsstellung in die Oberfläche des Werkstückes ein und wird so ein Teil des Werkstückes. Das Plättchen nimmt somit an den relativen Bewegungen zwischen dem Werkstück und der Oberfläche dei Werkzeuges te^;L Dabei verschiebt sich das Plättchen gegenüber der ursprünglichen Ausgangsstellung mit der Folge einer entsprechenden Störung des zuvor ausbalancierten Brückenkreise!·. Das Ausmaß dieser Störung ist zugleich ein Maß für die relative Bewegung der beiden Teile zueinander.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß sie zur Messung von Flächenabnutzungen eingesetzt werden kann, auch wenn diese gering sind, wobei durch kompakten und soliden Aufbau die Gefaür eir.er Beschädigung oder einer Beeinflussung der hohen Meßempfindlichkeit der Vorrichtung durch mechanische Beschädigung oder durch ein Schmiermittel od. dgl. weitgehend beseitigt werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruchs 1 gelöst

Aufgrund dieser Ausbildung ist die Meßsonde geeignet und dazu bestimmt, die Flächenabnutzung von Maschinenteilen direkt zu messen, ohne daß der sich abnutzenden Fläche des Maschinenteils die Fläche eines anderen Teils im Abstand zugeordnet werden muß. Wesentlich dabei ist, daß nicht die Dicke eines Arbeitsspaltes des Magnetkreises durch die Flächenabnutzung verändert wird. Vielmehr ändert sich durch die Flächenabnutzung die flächenmäßige Ausdehnung des Arbeitsspaltes des Magnetkreises. Die Dicke des Arbeitsspaltes bleibt dabei unverändert, während die die flächenmäßige Ausdehnung des Arbeitsspaltes auf der spulenabgewandten Seite begrenzenden Flächenbereiehe von zwei den Magnetkreis begrenzenden Abschnitten direkt in der dtr Abnutzung unterworfenen Fläche münden und mit dieser bündig angeordnet sind. Der Arbeitsspalt dehnt sich flächenmäßig somit senkrecht zu der der Abnutzung unterworfenen Fläche aus und endet mit einer Begrenzungskante direkt in dieser Fläche, so daß die Lage dieser Begrenzungskante sich entsprechend der Flächenabnutzung des Maschinenteiles ändert. Diese flächenmäßige Änderung des Arbeitsspaltes wird in den Magnetkreis als Meßgröße eingeführt und liefert ein empfindliches und genaues Bild der Abnutzung der Fläche des Maschinenteils.

Die Meßsonde eignet sich somit ganz besonders gut zur Überwachung der Flächenabnutzung von Maschinenteilen unter erschwerten Verhältnissen. Die Meßsonde ist dabei besonders robust, da mit Ausnahme der freiliegenden Begrenzungskante des Arbeitsipaltes, z. B. durch Ausfüllung des Arbeitsspaltes mit einem nicht magnetischen Material, alle Teile und Bereiche der Meßsonde gegenüber der zu überwachenden Fläche fest eingekapselt werden können. Der Magnetkreis ist in sich geschlossen. Es kann daher auf einfache Weise sichergestellt werden, daß das Meßergebnis nicht durch chemische Einflüsse oder durch Schmiermittel od. dgl. verfälscht wird.

Bevorzugt ist die Meßsonde stabförmig ausgebildet, wobei sich der Arbeitsspalt seiner Dicke nach senkrecht zur Sondenachse und parallel zu der der Abnutzung unterworfenen Fläche des Maschinenteils erstreckt. Hierdurch ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau, der eine leichte und sichere Anbringung der Meßsonde in dem Maschinenteil ermöglicht.

Der Magnetkreis kann als Topfmagnet ausgebildet sein, in dem der Arbeitsspalt koaxial angeordnet ist Besonders genaue und zuverlässige Messungen erhält man, wenn der Kern und der Mantel '^!es Magnetkreises zusammen mit einer zweiten in dem Meßkreis eingeschalteten elektromagnetischen Spule einen Vergleichsmagnetkreis mit einem konstanten Arbeitsspalt bilden. Hierbei kann der Meßkreis eine Bnickenschalturig bilden, in der etwaige Temperatureinflüsse zuverlässig ausgeschaltet werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert

Die einzige Figur zeigt eine stabförmig ausgebildete Meßsonde, die in eine Bohrung der Wandung 8 eines Maschinenteils, z. B. der Zylinderwand eines Dieselmotors, eingesetzt ist

Die Meßsonde weist einen langgestreckten Kern 1 auf, an den zwei ringförmige Flansche 2 und 3 in gegenseitigem Abstand angeordnet sind. Der eine Flansch 3 ist an dem außenliegenden Ende des Kerns vorgesehen. Der Kern besieht aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität

Auf der im inneren Ende des Kernes 1 zugewandten Seite des zweiten Ringflansches 2 ist eine erste elektromagnetische Spule 5 auf den Kern aufgebracht Eine zweite elektromagnetische Spule 4 ist auf dem Kern zwischen den beiden Ringflanschen 2 und 3 vorgesehen.

Die aus dem Kern 1 und den elektromagnetischen Spulen 4 und 5 bestehende Einheit ist von einem Mantel 6 aus Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität umgeben. Der Mantel 6 weist eine Stirnfläche 6a auf, die mit der Stirnfläche \b des Kernes 1 und mit der der Abnutzung unterworfenen Fläche 11 des Maschinenteils 8 bündig angeordnet ist Die äußere Umfangsfläche 7 des Mantels 6 nimmt im Durchmesser in Richtung auf die der Abnutzung unterworfenen Fläche 11 geringfügig zu, ist also schwach konisch ausgebildet, wobei die Konizität in der Figur übertrieben dargestellt ist. Die Ausbildung der Umfangsfläche 7 ist so gewählt, daß der Mantel in eine Bohrung von entsprechender Konizität in der Wandung des Maschinenteils fest eingepreßt werden kann. Die erste elektromagnetische Spule 5 endet im Abstand von der Stirnfläche \b des Kernes 1. In diesem Bereich ist der Mantel 6 nach innen eingezogen, so daß der Mantel 6 den Endabschnitt des Kernes und die erste elektromagnetische Spule 5 unter Bildung eines schmalen Spaltes umschließt. Dieser Spalt zwischen Mantel und Ende des Kerns bzw. der ersten elektromagnetischen Spule 5 ist mit einem unmagnetischen Material, z. B. Kunststoff, ausgefüllt. Der Spaltabschnitt zwischen dem eingezogenen Abschnitt des Mantels 6 und dem von der Spule 5 freien Endabschnitt des Kernes 1 bildet einen ringzylindrischen Arbeitsspalt 12, dessen Dicke parallel zu der der Abnutzung unterworfenen Fläche 11 liegt und der in einer Richtung senkrecht zu dieser Fläche zylindrisch ausgedehnt ist. Die äußere Begrenzungskante des Arbeitsspaltes 12 liegt dabei stets bündig mit der der Abnutzung unterworfenen Fläche 11 und dementsprechend auch bündig mit den Stirnflächen 6a bzw. 1 b des Mantels und des Kc^rnes. Das den hohlzylindrischen Arbeitsspalt 12 radial innen begrenzende Ende des Kernes 1 ist mit la bezeichnet.

Auf der von der Fläche 11 des Maschinenteils abgewandten Seite der Meßsonde ist zwischen dem Endflansch 3 des Kernes 1 und der nach außen weisenden ringförmigen Stirnfläche des Mantels 6 ein

Ring 13 aus unmagnetischem Material, ζ. Β. Kunststoff oder bevorzugt einem duktilen Metall wie Kupfer, eingesetzt. Dieser Ring 13 bildet einen weiteren Ringspalt, der jedoch der zweiten elektromagnetischen Spule 4 zur Bildung eines Vergleichsmagnetkreises mit konstantem Arbeitsspalt zugeordnet ist.

Am außenliegenden Ende kann die Meßsonde mit einem aufgesetzten oder angeformten Deckel 15 aus einem elektrisch isolierenden Material versehen sein. Es kann sich hierbei um das gleiche Material handeln, das auch zum Ausfüllen des hohlzylindrischen Arbeitsspaltes 12 vorgesehen ist. Die beiden elektromagnetischen Spulen 4 und 5 sind über entsprechende Leitungen 14 an einen nicht dargestellten Meßkreis angeschlossen.

Die Meßsonde funktioniert wie folgt: ^]

Zunächst wird in dem Maschinenteil, der die der Abnutzung unterworfene Fläche 11 aufweist, eine schwach konische Bohrung von solcher Größe eingearbeitet, daß die Meßsonde in Richtung des Pfeiles 5 in diese Bohrung so eingepreßt werden kann, daß die Stirnflächen \b, 6a des Kernes bzw. des Mantels der Meßsonde mit der der Abnutzung unterworfenen Fläche 11 bündig abschließen. Die beiden elektromagnetischen Spulen 4 und 5 werden in Form einer Brückenschaltung über die Leitungen 14 in den Meßkreis eingeschaltet, der mit einer Wechseispannung von konstanter Frequenz gespeist wird. In der Brückenschaltung bildet die zweite elektromagnetische Spule 4 einen Vergleichsmagnetkreis mit einem konstanten Arbeitskreis 13.

Bei der Abnutzung der Fläche des Maschinenteils nutzen sich auch die in der gleichen Ebene wie die Fläche 11 liegenden Stirnflächen oder Kantenflächen des Kernes 1 und des Mantels 6 der Meßsonde ab. Mit der Abnutzung der Stirnflächen 1 b und 6a von Kern und Mantel verringert sich in gleichem Maße auch die axiale Ausdehnung des hohlzylindrischen Arbeitsspaltes 12 des die erste elektromagnetische Spule 5 umfassenden Magnetkreises. Da sich der Arbeitsspalt 12 nur in Richtung der Meßsondenachse abnutzt, nimmt die Selbstinduktion der ersten elektromagnetischen Spule 5 proportional mit der Flächenabnutzung ab. Die sich dadurch in der Brückenschaltung ergebende Abweichung aus dem abgeglichenen Zustand der Brückenschaltung ist mit guter Annäherung ein direktes Maß für die an der Fläche 11 auftretende Abnutzung.

Statt in eine Briickenschaltung könnte die erste elektromagnetische Spule 5 auch in einen Resonanzkreis eingeschaltet werden. Hierbei würde sich bei Abnutzung der Fläche 11 der Resonanzzustand des Meßkreises ändern. Die Nachstellung der Meßfrequenz zum Wiedereinstellen des Resonanzzustandes bildet dann ein Maß für die Abnutzung der Fläche ί 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen von Flächenänderungen von Maschinenteilen auf induktivem Wege mit Hilfe einer Meßsonde mit einer in einen Meßkreis eingeschalteten elektromagnetischen Spule, die von einem durch einen Spulenkern und einen -mantel aus einem Material hoher Permsabilität gebildeten, einen Spalt aufweisenden Magnetkreis umschlossen ist, wobei der Spalt senkrecht zur Spulenachse durch Kern und Mantel des Magnetkreises begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen der Abnutzung einer Fläche (11) des Maschinenteils (8) die Meßsonde in eine in die der Abnutzung unterworfenen Fläche (11) mündende Ausnehmung des Maschinenteils (8) derart eingesetzt ist, daC die die flächenmäßige Ausdehnung des als Arbeitsspalt (12) des in sich geschlossenen Magnetkreises ausgebildeten Spaltes auf der spulenabgewandten Seite begrenzenden Flächenbereiche (16, 6a,ldes Kerns (1) und Mantels (6) direkt in und bündig mit der der Abnutzung unterworfenen Fläche (11) des Maschinenteils (8) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde stabförmig ausgebildet ist und daß sich der Arbeitsspalt (12) seiner Dicke nach senkrecht zur Sondenachse und parallel zu der der Abnutzung unterworfenen Fläche (11) des Maschinenteils (8) erstreckt

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis (1,6) als Topfmagnet ausgebildet ist, in dem der Arbeitsspalt (12) koaxial angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) und der Mantel (6) des Magnetkreises zusammen mit einer zweiten in den Meßkreis eingeschalteten elektromagnetischen Spule (4) einen Vergleichsmagnetkreis mit einem konstanten Arbeitsspalt (13) bilden.