DE2654020A1

DE2654020A1 - Machine component gap measurement and monitoring device - uses lamp on first component and photodetector on second component with illumination varying with gap

Info

Publication number: DE2654020A1
Application number: DE19762654020
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Phys Berthold; Conrad Dipl Phys Dr Re Schmidt
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1976-11-27
Filing date: 1976-11-27
Publication date: 1978-06-01

Abstract

The gap is between a fixed and a movable component of a machine. A light beam (18) is directed from the first component (10) to the second (12), and at least one photo-sensitive detector (20) is provided on the secon component (12). The light beam (18) and the detector are so adjusted to each other, that when the gap (14) changes, illumination of the detector (20) also changes. Typically the light beam (18) may be at an angle to the normal, so that as the gap increases, it moves away from the photosensitive detector, Several detectors may be used.

Description

Meß- und/oder Überwachungseinrichtung für Spaltänderungen.Measuring and / or monitoring device for gap changes.

Die Erfindung betrifft eine Meß- und/oder Überwachungseinrichtung für Spaltänderungen zwischen zwei Bauselementen, insbesondere zwischen feststehenden und bewegten Bauelementen von Maschinen.The invention relates to a measuring and / or monitoring device for gap changes between two structural elements, especially between fixed ones and moving components of machines.

Es ist bekannt, die Spaltweite zwischen Bauelementen mit Hilfe von induktiven Meßverfahren zu bestimmen. Hierzu wird eine elektrische Spule in die Nähe des Meßobjektes gebracht, wobei sich infolge der magnetischen Verkoppelung von Spule und Meßobjekt die Impedanz der Spule in Abhängigkeit von der Entfernung ändert. Die Impedanz der Spule ist somit ein Maß für die Entfernung und somit der Spaltweite. Bei dieser Art von Messung oder Überwachung können inhomogene Materialzusammensetzungen und Querbewegungen des meßobjektes sowie elektrische Fremdfelder das Meßergebnis ganz erheblich verfälschen.It is known that the gap width between components with the help of to determine inductive measuring methods. To do this, an electrical coil is inserted into the Brought close to the measurement object, and as a result of the magnetic coupling of the coil and the measured object, the impedance of the coil as a function of the distance changes. The impedance of the coil is therefore a measure of the distance and thus the Gap width. This type of measurement or monitoring can result in inhomogeneous material compositions and transverse movements of the measured object as well as external electrical fields affect the measurement result falsify quite considerably.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meß- und/ oder Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art mit einfachem Aufbau anzugeben, die unabhängig von äußeren Einflüssen, wie Erschütterungen, inhomogene Materialzusammensetzungen, Querbewegungen und Störfeldern, arbeitet, d.h. The invention is therefore based on the object of a measuring and / or Specify monitoring device of the type mentioned at the beginning with a simple structure, which are independent of external influences such as vibrations, inhomogeneous material compositions, Lateral movements and interference fields, works, i.e.

die bei preisgünstigem Aufbau sicher arbeitet. Zudem soll die Einrichtung den betrieblichen Anfolderungen, wie sie überwaöhung bßwO Spaltmessung zwischen feststehenden und umlaufenden Teilen von elektrischen Maschinen auftreten, gewachsen sowie für die nachträgliche Ausrüstung solcher Naschinen geeignet sein.which works safely with an inexpensive structure. In addition, the facility should the operational requirements, as they monitor bßwO gap measurement between fixed and rotating parts of electrical machines occur as well as for retrofitting such machines.

Gemäß der Erfindung besteht die Lösung dieser Aufgabe darin> daß ein Lichtstrahlenbündel vom ersten auf das zweite Bauelement gerichtet und am zweiten Bauelement wenigstens ein lichtempfindlicher DEtektor angeordnet ist, wobei Lichtstrahlen--bündel und Detektor so aufeinander abgestimmt sind, daß sich im Falle einer Änderung des Spaltes eine Belichtungsänderugn des Detektors ergibt Die Erzeugung eines Lichtstrahlenbündels ist einfach. Es ist selbst durch Eerschütterungen und magnetische und/oder elektrische Felder nicht beeinflußbar. Sein Abwandern bei Spaltveränderungen ist mit Hilfe eines lichtempfindlichen Detektors und eines nachgeschalteten Alarm-und/oder Anzeigegerätes leicht erfaßbar. Da die einzelnen Bauteile, wie Lichtquelle für die Erzeugung des Lichtstrahlenbündels und/oder Detektor verhältnismäßig klein sind, lassen sich auch bereits bestehende Maschinen ohne große Umstände mit der erfindungsgemäßen Meß- und/oder Überwachungseinrichtung ausrüsten. Unter dem Begriff "Licht" im Sinne der vorliegenden Erfindung soll auch unsichtbare elektromagnetische oder Kernstrahlung verstanden sein. Entsprechendes gilt auch für die Lichtempfindlichkeit der Detektoren.According to the invention, the solution to this problem consists in> that a light beam directed from the first to the second component and on the second Component at least one light-sensitive detector is arranged, with light beams - bundles and detector are coordinated so that in the event of a change in the Gap a change in exposure of the detector results in the generation of a light beam is simple. It is self-shaking and magnetic and / or electrical Fields cannot be influenced. Its migration with gap changes is with the help of a light-sensitive detector and a downstream alarm and / or display device easily grasped. Since the individual components, such as the light source for generating the Light beam and / or detector are relatively small, can also existing machines with the measuring device according to the invention and / or equip monitoring equipment. Under the term "light" in the sense of The present invention is also intended to include invisible electromagnetic or nuclear radiation be understood. The same also applies to the light sensitivity of the detectors.

Damit sich bei Spaltänderungen ein ausreichend großes Wandern des Lichtflecks auf dem zweiten Bauelement ergibt, ist es vorgroßen teilhaft, wenn das Licht strahlenbündel unter einem möglichst/ spitzen Winkel zu den Kräften bzw. Kraftkomponenten verläuft, die eine Verkleinerung oder Vergrößerung des Spaltes bewirken.So that a sufficiently large migration of the Light spot on the second component results, it is advantageous if the Light beam under a possible / acute angle to the Forces or force components runs that a reduction or enlargement of the gap.

Soll lediglich eine vorgegebene Spaltweite überwacht werden, so bewährte es sich, wenn das Lichtstrahlenbündel im Querschnitt etwa punktförmig ausgebildet und der Detektor an einer, bei vorgegebener Spaltbreite vom Lichtstrahlbündel getroffenen Stelle angeordnet ist Im Falle von Spaltänderungen wandert das Lichtstrahlenbündel vom Detektor weg, dieser ist somit unbelichtet und löst über die nachgeschlateten Geräte ein entsprechendes optisches und/oder akustisches Signal aus Es wäre selbstverständlich auch möglich, das Lichtstrahlenbündel bei der vorgegebenen Spaltbreite derart neben den Detektor zu richten, daß dieser erst bei Spaltveränderungen belichtet wird. Die erstgenannte Ausbildungsform hat jedoch den Vorteil der Selbsüberwachung, d.h. jegliche Art von Belichtungsaunterbrechung wird angezeigt.If only a specified gap width is to be monitored, then tried and tested it is when the light beam is approximately punctiform in cross-section and the detector at a point struck by the light beam at a given slit width In the case of gap changes, the light beam travels away from the detector, this is therefore unexposed and triggers over the downstream Devices a corresponding optical and / or acoustic signal from It would be a matter of course also possible, the light beam in such a way next to the specified slit width to direct the detector so that it is only exposed when the gap changes. The first-mentioned form of training, however, has the advantage of self-monitoring, i.e. any kind of exposure interruption is indicated.

Um nun auch die Größe von Spaltänderungen erfassen zu können, empfiehlt es sich, mehrere, bei Spaltänderungen vom Lichtstrahlenbündel überstrichene Detektoren anzuordnen Hierdurch ist zwar nur eine stufenweise Änderun erfaßbar, dafür jedoch der Gesamtaufbau der Meßeinrichtung recht einfach.In order to be able to record the size of gap changes, we recommend there are several detectors swept over by the light beam when the gap changes to be arranged In this way, although only a gradual change can be recorded, it does the overall construction of the measuring device is quite simple.

Vorzugsweise wird man hierbei die Detektoren so anordnen, daß sowohl Spaltvergrößerungen als auch Spaltverkleinerungen erfaßt werden. Sind die Detektoren sehr eng nebeneinander angeordnet, so sind die erfaßbaren Stufen von Änderungen der Spaltweite sehr klein. Sehr eng nebeneinanderliegende Detektoren weisen Photodioden-Arrays oder Fototransistorzeilen auf, so daß man insbesondere diese Art von Detektoren verwenden wird.In this case, the detectors will preferably be arranged in such a way that both Gap enlargements as well as gap reductions are detected. Are the detectors Very close together, so are the detectable levels of changes the gap width is very small. Detectors located very close to one another have photodiode arrays or phototransistor arrays, so that you can use this type of detector in particular will use.

Ist eine stufenlose Messung der Änderung der Spaltweite erforderlich, so ist es vorteilhaft, eine bei Spaltänderungen vom Lichtstrahlenbündel überstrichene Schottky-Barrier-Photodiode als Detektor zu verwendens Diese Dioden geben nämlich ein Signal abs das von der Position des vom Lichtstrahlenbündel ausgelösten Lichtflecks abhängig ist.If a stepless measurement of the change in the gap width is required, It is therefore advantageous to use a beam swept over by the light beam when the gap changes Schottky barrier photodiode to be used as a detector These diodes give namely a signal abs that of the position of the light spot triggered by the light beam is dependent.

Eine andere bevorzugte Weiterbildung zur stufenlosen Messung von Spaltänderungen kann darin bestehen, daß der Öffnungswinkel des Lichtstrahlenbündels erweitert ist und der Detektor eine lichtempfindliche Flache aufweist und derart angeordnet ist, daß sich der belichtete Bereich des Detektors im Falle einer Spaltänderung kontinuierlich veränderte Hierbei ist es günstig, wenn der Detektor aus einem länglichen Halbleiterphotoelement besteht und der vom Lichtstrahlenbündel | gebildete vorzugsweise runde Lichtfleck eine Breite bzw. einen Durchmesser aufweist, der wenigstens gleich der Breite des Hall7leiterphotoelements ist Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, daß am zweiten Bauelement eine lichtquelle und am ersten Bauelement ein Reflektor angeordnet ist zur Umlenkung des von der Lichtquelle ausgehenden Strahlenbündels in Richtung au.f den Detektor. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher Meßaufbau für die Messung von Spaltänderungen| zwischen einem feststehenden und einem bewegten bzw. umlaufenden Bauelement, Denn sowohl Lichtquelle als auch Detektor sind in diesem Falle vorzugsweise am feststehenden Bauelement angeordnet, wogegen das bewegte oder umlaufende Bauelement lediglich mit einem Reflektor auszurüsten ist.Another preferred development for stepless measurement of gap changes can consist in that the opening angle of the light beam is widened and the detector has a light-sensitive surface and is arranged in such a way that the exposed area of the detector changes continuously in the event of a gap change modified Here it is advantageous if the detector consists of an elongated semiconductor photo element and that of the light beam | formed, preferably round, light spot has a width or a diameter that is at least equal to the width of the Hall conductor photocouple is a particularly preferred embodiment of the invention can consist in that a light source on the second component and on the first component a reflector is arranged to deflect the beam emanating from the light source towards the detector. This results in a particularly simple measurement setup for measuring gap changes | between a stationary and a moving one or surrounding component, because both the light source and the detector are in it The case is preferably arranged on the stationary component, whereas the moving or circumferential component is only to be equipped with a reflector.

Ist die erfindungsgemäße Einrichtung fEr die Messung bzw. Is the device according to the invention for the measurement or

Überwachung von Spaltänderungen zwischen umlaufenden und feststehenden Bauelementen vorgesehen so besteht eine andere Ausgestaltung der Erfindung darin daß die Lichtquelle bzw. das Lichtstrahlenbündel und der bzwe die Detektoren etwa in einer | die Rotationsachse des bewegten ersten Bauelementes enthaltenden Ebene angeordnet sind. Monitoring of gap changes between rotating and fixed Components provided so is another embodiment of the invention that the light source or the light beam and the or the detectors about in a | the plane containing the axis of rotation of the moving first component are arranged.

Bei beengten axialen Bauverhältnissen ist es jedoch basser, wenn die Lichtquelle bzw. das Lichtstrahlenbündel und der Detektor bzw. die Detektoren etwa in einer zur Rotationsachse quer, vorzugsweise etwa senkrecht verlaufenden Ebene angeordnet sind.In the case of tight axial construction conditions, however, it is better if the Light source or the light beam and the detector or detectors, for example in a plane running transversely to the axis of rotation, preferably approximately perpendicular are arranged.

Weitere Vorteile und Vorzäge der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen hervor. Hierbei zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch zwei gegenüberliegende Bauelemente, wobei das Lichtstrahlenbündel von einem Bauelement ausgeht und das andere Bauelement mit dem lichtempfindlichen Detektor ausgerüstet ist> Fig. 2 den Gegenstand der Figur 1 mit drei Detektor zur | stufenweisen Messung von Spaltänderungen, Fig. 3 den Gegenstand der Figur 1 mit einem als längliches | Halbleiterphotoelement ausgebildeten Detektor zur kontinuierlichen Messung von Spaltänderungen, Fig. 4 eine Draufsicht aus das Halbleiterphotoelement der Figur 3 mit eingekeichneten, durch das lichtstrahlen bündel verursachten Lichtflecken, Fig. 5 einen Schnitt durch ein umlaufendes und ein feststehendes Bauelement, wobei lichtquelle und Detektor auf der einen der Reflektor auf der anderen Seite des Spaltes angeordnet sind Fig. 6 eine Ausführungsvariante des Gegenstandes der Figur 5 mit drei Detektoren zur stufenweisen Erfassung von Spaltänderungen, Fig. 7 eine Ausführungsvariante des Gegenstandes der Figur 5 zur stufenlosen Erfassung von Spaltänderungen, Fig. 8 eine Draufsicht auf den Detektor der Figur 7, Fig. 9 eine Ausführungsvariante entsprechend Figur 5 mit einem an einer Schulter angeordneten Reflektor und Fig. 10 den Querschnitt durch konzentrische, ineinander angeordnete Bauelemente mit quer zur Längsachse angeordneter Überwachungseinrichtung.Further advantages and advantages of the invention emerge from the following Description of exemplary embodiments in connection with the schematic drawings emerged. 1 shows a section through two opposing components, wherein the light beam emanates from one component and the other component equipped with the light-sensitive detector> Fig. 2 the subject of Figure 1 with three detectors for | stepwise measurement of gap changes, Fig. 3 the object of Figure 1 with an elongated | Semiconductor photo element formed Detector for the continuous measurement of gap changes, FIG. 4 is a plan view from the semiconductor photocell of Figure 3 with recessed, through the light rays bundle caused light spots, Fig. 5 shows a section through a circumferential and a fixed component, with the light source and detector on one of the reflector are arranged on the other side of the gap 6 shows an embodiment variant of the object of Figure 5 with three detectors for the gradual detection of Gap changes, Fig. 7 shows a variant of the object of Figure 5 for stepless detection of gap changes, FIG. 8 is a plan view of the detector 7, FIG. 9 shows an embodiment variant corresponding to FIG. 5 with one on one Reflector arranged on the shoulder and FIG. 10 shows the cross section through concentric, Components arranged one inside the other with a monitoring device arranged transversely to the longitudinal axis.

Gleiche Teile sind in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.The same parts are given the same reference symbols in the individual figures marked.

In Fig. 1 ist ein erstes Bauelement 10 und ein zweites Bau-,element 12 im Scinitt angedeutet, die mit gleichbleibendem Abstand voneinander verlaufen und daher durch einen Spalt 14 voneinander getrennt sind. Am ersten Bauelement 10 ist eine lichtquelle 16, vorzugsweise versenkte angeordnet, deren Lichtauslaß bzw. Lichtstrahlenbündel 18 auf den lichtempfindlichen Detektor 20 gerichtet ist. Die Lichtquelle besteht vorzugsweise aus einer leuchtdiode und der Detektor aus einer Photodiode. Die Leuchtdiode wird hierbei über eine Leitung 22 mit Strom versorgt, der Detektor 20 ist über eine Meßleitung 24i mit einem Meßgerät 26 verbunden. Das von der Lichtquelle ausgesandte Lichtstrahlenbündel 18 ist im Querschnitt etwa punktförmig und der lichtempfindliche Teil des Detektors 20 auf diesen Querschnitt abgestimmt. Die Lichtquelle kann auch drahtlos mit Energie versorgt werden, z.B. über einen induktiven Sender und einen der Lichtquelle zugeordneten entsprechenden Empfänger. Dies ist hauptsächlich bei bewegtem Bauelement 10 vorteilhaft. Auch ist es vorteilhaft, das von der Lichtquelle ausgesandte Strahlenbündel zu modulieren und das Meßgerät zur Erfassung von modulierten Signalen auszurüsten. Hierdurch wird nämlich dre Einfluß von Fremdlicht ausgeschaltet.In Fig. 1 is a first component 10 and a second component, element 12 indicated in the Scinitt, which run at a constant distance from one another and are therefore separated from one another by a gap 14. On the first component 10 is a light source 16, preferably recessed, whose light outlet or Light beam 18 is directed to the light-sensitive detector 20. the The light source preferably consists of a light emitting diode and the detector of one Photodiode. The light-emitting diode is supplied with power via a line 22, the detector 20 is connected to a measuring device 26 via a measuring line 24i. That The light beam 18 emitted by the light source is approximately punctiform in cross section and the light-sensitive part of the detector 20 matched to this cross-section. The light source can also be supplied with energy wirelessly, e.g. via a inductive transmitter and a corresponding receiver assigned to the light source. This is advantageous mainly when the component 10 is moving. It is also beneficial to modulate the beam emitted by the light source and the measuring device to be equipped for the acquisition of modulated signals. Because of this, there is three influence switched off by extraneous light.

Die Kraft, welche lediglich eine Annäherung oder Entfernung der Bauelemente 10 und 12 bewirken würde, wirkt in Richtung der strichpunkierteen Linie 28. Zu dieser Linie ist das Lichtstrahlenbündel 18 mit einem möglichst großen spitzen Wirbel °t auf den Detektor 20 ausgerichtet, so daß bereits kleine Spaltänderungen ein starkes Wandern des vom Lichtstrahlenbündel verursachten Lichtflecks bewirken.The force that merely moves the components closer to or away from them 10 and 12 would act in the direction of the dash-dotted line 28. To this The line is the light beam 18 with the largest possible pointed vortex ° t aligned with the detector 20, so that even small changes in the gap produce a strong Cause wandering of the light spot caused by the light beam.

Bei normaler, vorgegebener Breite des Spaltes 14 (ausgezogen dargestellte Spaltbegrenzung) wird der Detektor 20 vom Lichtstrahlenbündel 18 belichtet und dieser Betriebzustand vom Meßgerät 26 angezeigt. Bewegt sich das Bauelement 10 vom Bauelement 12 weg in di.e gestrichelt dargestellte Stellung so verläßt das Lichtstrahlenbündel 18 den Detektor 2Os dieser ist unbelichtet und löst eine entsprechende Anzeige am Meßgerät 26 aus. Bei einer Annäherung der Bauelemente 10, 12 erfolgt in entsprechender Weise eine Abwandrung des Lichtstrahlenbündels 18 auf die andere Seite des Detektors 20, so daß dieser Zustand vom Meßgerät 26 ebenfalls erfaßt wird.With a normal, predetermined width of the gap 14 (shown in solid lines Gap limitation) the detector 20 is exposed by the light beam 18 and this The operating status of the measuring device 26 is displayed. If the component 10 moves away from the component 12 away in the position shown in dashed lines so leaves the light beam 18 the detector 2Os this is unexposed and triggers a corresponding display on Meter 26 off. When the components 10, 12 approach, the same occurs Way a migration of the light beam 18 to the other side of the detector 20, so that this condition is also detected by the measuring device 26.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 entspricht weitgehend dem gemäß Figur 1. Der Unterschied besteht lediglich darin, daß insgesamt drei Detektoren 20, 30, 40 nebeneinander angeordnet und an das Meßgerät 26 angeschlossen sind. Bei eimer Spaltänderung verläßt das Lichtstrahlenbündel den mittleren Detektor 20, den es bei normaler vorgegebener Spaltweite belichtet, und trifft, je nac.h Richtung der Spaltänderung auf den Detektor 30 oder 40. Das Abwandern des Lichtstrahlenbündels 18 wird vom Meßgerät 26 angezeigt das hierzu drei Meßsysteme aufweist. Die Einrichtung gemäß Figur 2 gestattet somit das stufenweise Erfassen von Spaltänderungen. Die Größe dieser Stufen ist abhängig vom Abstand der Detektoren 20, 30, 40 und ist bei eng nebeneinanderliegenden Detektoren am ge ringsten. Eng nebeneinanderliegende Detektoren weisen z.Be Photodioden Arrays oder Fototransistorzeilen auf, so daß diese für den: vorliegenden Fall sehr geeignet sind.The exemplary embodiment according to FIG. 2 largely corresponds to that according to Figure 1. The only difference is that a total of three detectors 20, 30, 40 are arranged side by side and connected to the measuring device 26. at When the gap changes, the light beam leaves the central detector 20, the it is exposed at a normal predetermined gap width, and hits, depending on the direction the change in the gap on the detector 30 or 40. The migration of the light beam 18 is displayed by the measuring device 26, which has three measuring systems for this purpose. The establishment according to FIG. 2 thus allows gap changes to be recorded in stages. the The size of these steps depends on the distance between the detectors 20, 30, 40 and is at closely spaced detectors at the lowest. Close together Detectors have e.g. photodiode arrays or phototransistor rows, so that these are very suitable for the present case.

In Figur 3 ist eine Einrichtung zur stufenlosen Erfassung einer Spaltänderung dargestellt. Hierzu ist die Lichtquelle 15 für die Aussendung eines Lichtstrahlenbündels 38 mit erweitern tem Öffnungswinkel (3 ausgebildet und der Detektor 50 weist eine lichtemPfindliche längliche Fläche 52 aus einem Halbleiter wie Selen oder Silizium, auf0 Bei dieser Art von Detektoren ist der abgegebene Strom abhängig von der Intensität mit der der Detektor belichtet wird.FIG. 3 shows a device for the stepless detection of a change in gap shown. For this purpose, the light source 15 is for the emission of a light beam 38 formed with a widened opening angle (3 and the detector 50 has a light-sensitive elongated surface 52 made of a semiconductor such as selenium or silicon, auf0 With this type of detector, the output current depends on the intensity with which the detector is exposed.

Wie aus Figur 3 ersichtlich, belichtet das Lichtstrahlenbündel 38 bei normaler vorgegebener Breite das Spaltes 14 den Bereich 32 des Detektors 500 Die Intensität wird vom Meßgerät 26 an- | gezeigt Verbreitert sich der Spalt in die gestrichelt .geseichw nete Stellung so wird jetzt vom Lichtstrahlenbündel 38 der Bereich 34 belichtet und angezeigt. Da sich die Intensität an dem belichteten Bereich in Abhängigkeit von der Weite des Spaltes 14 stufenlos ändert, ist mit einer Meßeinrichtung gemäß Figur 3 eine kontinuierliche Anzeige oder Messung einer Änderung des Spaltes 14 möglich, denn die Intensität nimmt mit dem Quadrat der Entfernung abO In Figur 4 ist der Detektor 50 in Draufsicht dargestellt9 ferner ist der vom Lichtstrahlenbündel 38 verursachte Lichtfleck 54 eingezeichnet, der im vorliegenden Fall kreisförmig ist, jedoch auch andere Formen, z.B0 quadratische aufweisen kann. Der Detektor 50 ist hierbei, wie aus Figur 4 ersichtlich, schmal und länglich ausgebildet. Der Lichtfleck 54, der bei normaler Breite des Spaltes 14 auf dem Detektor erscheint (Fig. 4 rechts) muß in seiner Größe so auf die lichtempfindliche Fläche 52 abgestimmt sein, daß bei einer Spaltvergrößerung, die eine Vergrößerung des Lichtflecks 54 bewirkt (Fig. 4 links), sich die Intensität verringert, mit welcher der Detektor 50 belich tet wird. Diese Verringerung der Intensität wird dadurch erreicht, daß, wie aus Figur 4 ersichtlich, nur ein kleiner Teil des Lichtflecks 54 auf den Detektor 50 trifft, wogegen bei normaler Breite des Spaltes ein größerer Teil des Lichtfelcks 54 auf den Detektor trifft (Fig. 4 rechts).As can be seen from FIG. 3, the light beam 38 is exposed in the case of a normal predetermined width, the gap 14 corresponds to the area 32 of the detector 500 The intensity is indicated by the measuring device 26 shown If the gap widens in the dashed .geseichw Nete position is now from the light beam 38 the area 34 exposed and displayed. Since the intensity depends on the exposed Area changes continuously depending on the width of the gap 14, is with a Measuring device according to Figure 3, a continuous display or measurement of a change of the gap 14 possible, because the intensity increases with the square of the distance abO In Figure 4, the detector 50 is shown in plan view9 also is the from Light beam 38 caused light spot 54 is shown, which in the present case Case is circular, but can also have other shapes, e.g. square. As can be seen from FIG. 4, the detector 50 is designed to be narrow and elongated. The light spot 54, which appears with the normal width of the gap 14 on the detector (Fig. 4 right) must match the light-sensitive surface 52 in its size be that in the case of a gap enlargement, the enlargement of the light spot 54 causes (Fig. 4 left), the intensity with which the detector is reduced 50 is exposed. This reduction in intensity is achieved by that, As can be seen from FIG. 4, only a small part of the light spot 54 hits the detector 50 hits, whereas with normal width of the gap a larger part of the light spot 54 hits the detector (Fig. 4 right).

Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 läuft das erste Bauelement 10 um und zwar um die Rotationsachse 42. Das zweite Bauelement 12 ist feststehend und durch den Spalt 14 vom ersten Bauelement10 getrennt. Ein solcher Fall tritt auf zwischen Stator und Rotor von elektrischen Maschinen. Die Lichtquelle 16 und Der Detektor 20 sind am feststehendem, zweiten Bauelement 12, das hier dem Stator entspricht, vorzugsweise versenkt befestigt, wogegen das umlaufende erste Bauelement 10, welches dem Rotor entspricht, mit einem vorzugsweise versenkten Reflektor 36 ausgerüstet ist. Dieser Reflektor besteht aus einem spiegelnden Metallstück. Ebensogut ist es selbstverständlich möglich eine dünne spiegelnde Schicht auf der Oberfläche des ersten Bauelementes 10 aufzubringen. Wie aus Figur 5 ersichtlich, wird das von der Lichtquelle16 ausgesandte Strahlenbündel 44 unter einem solchen Winkel auf den Reflektor 36 gerichtet, daß das reflektierte Lichtstrahlenbündel 18 auf den Detektor 20 trifft. Bei einem Abwandern des ersten Bauelementes 10, also bei einer Verbreiterung des Spaltes 14 in die gestrichelt dargestellte Lage, wandert das reflektierte Lichtstrahlenbündel 18 vom Detektor 20 ab und eine entsprechende Anzeige erfolgt entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 im Meßgerät 26.In the exemplary embodiment according to FIG. 5, the first component 10 runs around and about the axis of rotation 42. The second component 12 is stationary and separated from the first component 10 by the gap 14. Such a case occurs between stator and rotor of electrical machines. The light source 16 and the Detector 20 are on the stationary, second component 12, which here corresponds to the stator, preferably sunk attached, whereas the circumferential first component 10, which corresponds to the rotor, equipped with a preferably recessed reflector 36 is. This reflector consists of a reflective piece of metal. It is just as good of course possible a thin reflective layer on the surface of the first component 10 to apply. As can be seen from Figure 5, the Light source 16 emitted beam 44 at such an angle onto the reflector 36 directed that the reflected light beam 18 hits the detector 20. If the first component 10 migrates, that is, if the widening of the Gap 14 in the position shown in dashed lines, the reflected light beam migrates 18 from the detector 20 and a corresponding display takes place in accordance with the embodiment according to FIG. 1 in the measuring device 26.

Die Ausführungsformen gemäß Figur 5 bis 10 eignen sich besonders für die Überwachung des Spaltes zwischen Rotor und Stator elektrischer Maschinen. Da hierbei sowohl Lichtquelle als auch Detektor am feststehenden zweiten Bauelement 12 befestigt sind, ist der Aufbau der Meßeinrichtung vereinfacht und diese läßt sich auch leicht an bereits bestehenden Maschinen nachträglich anbringen.The embodiments according to Figure 5 to 10 are particularly suitable for the monitoring of the gap between the rotor and stator of electrical machines. There both the light source and the detector on the stationary second component 12 are attached, the structure of the measuring device is simplified and this leaves can also be easily retrofitted to existing machines.

Figur 6 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 5 mit drei Detektoren 20, 30, 40 zur stufenweisen Elnfas sung von Änderungen des Spaltes 14, wobei Lichtquelle 16 und Detektoren 20, 30 40 am feststehenden zweiten Bauelement 12 und ein entsprechender Reflektor 36 am ersten umlaufenden Bauelement 10 befestigt sind. Die Wirkungsweise dieser Anordnung entspricht der des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2.FIG. 6 shows a modification of the exemplary embodiment according to FIG 5 with three detectors 20, 30, 40 for the gradual Elnfas solution of changes in the Gap 14, with light source 16 and detectors 20, 30 40 on the stationary second Component 12 and a corresponding reflector 36 on the first circumferential component 10 are attached. The mode of operation of this arrangement corresponds to that of the exemplary embodiment according to Figure 2.

Der Unterschied besteht lediglich darin, daß das Lichtstrahlenbündel 18 durch Reflexion des Strahlenbündels 44 am Reflektor 36 gebildet wurde.The only difference is that the light beam 18 was formed by reflection of the beam 44 on the reflector 36.

Im Ausfb.hrungsbeispiel gemäß der Figur 7 läuft das erste Bauelement 10 ebenfalls um die Rotationsachse 42 um,wogenen das zweite, durch den Spalt 14 abgetrennte Bauelement 12 feststeht.l An diesem feststehenden, zweiten Bauelement 12 sind die Twcht t quelle 16 und der Detektor 50, der eine lichtempfindliche längliche Fläche aufweist, angeordnet. Das von der Lichtquelle 16 mit erweitertem Öffnungswinkel ß ausgehende Strahlenbündel 44 wird an dem im ersten Bauelement 10 eingesetzten Reflektor 36 zurückgeworfen und belichtet,den Bereich 32 des Detektors 50 genau wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3. Bei einem Abwandern des ersten Bauelements 10 in. die gestrichelt gezeichnete Stellung wird der Bereich. 34 belichtet und die Belichtungsänderung im Meßgerät 26 als Spaltänderung angezeigt. Der Detektor 50 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 7 kann entsprechend dem Detektor gemäß Ausführurigsbeispiel entsprechend Figur 3 ausgebildet sein und auf Intensitätsänderungen ansprechen. Dementsprechend gelten die Erläuterungen zu Figur 3 auch hierO Anstelle eines Halbleiterphotoelementes kann hier - wie auch im Beispiel nach Figur 3 - eine Schott: Barrier-Photodiode oder ein Photodioden-Array Verwendung finden. Die beiden letztgenannten haben gegenüber dem Halb leiterphotoelement den Vorteil, daß sie nicht auf Intensitätsschwankungen, sondern auf die Lage des Lichtstr&nlenbündels ansprechen Figur 8 zeigt ene Ansicht des Detektors 50 der Figur 7. Der Detektor ist hier entsprechend den Ausführungen zu Figur 4 aufgebaut und die Intensität J1 bei engem Spalt 14 ist auch hier größer als die Intensität J2 des Lichtfelcks 54 bei großem Spalt.In the exemplary embodiment according to FIG. 7, the first component runs 10 also about the axis of rotation 42, weighed the second, through the gap 14 detached component 12 feststands.l on this stationary, second component 12 are the Twcht t source 16 and the detector 50, which is a light sensitive elongated Has surface, arranged. That from the light source 16 with an enlarged opening angle ß outgoing beam 44 is used in the first component 10 Reflector 36 thrown back and exposed, the area 32 of the detector 50 exactly as in the exemplary embodiment according to FIG. 3. When the first component moves away 10 in. The position shown in dashed lines becomes the area. 34 exposed and the The change in exposure in the measuring device 26 is displayed as a change in the gap. The detector 50 in accordance with the exemplary embodiment according to FIG. 7, the detector according to FIG Exemplary embodiment according to FIG. 3 and based on changes in intensity speak to. Accordingly, the explanations relating to FIG. 3 also apply here instead a semiconductor photo element can here - as in the example according to Figure 3 - a Schott: Barrier photodiode or a photodiode array can be used. The two The latter have the advantage over the semiconductor photocell that they not on intensity fluctuations, but on the position of the light beam speak to Figure 8 shows a view of the detector 50 of the figure 7. The detector is constructed here in accordance with the explanations relating to FIG. 4 and the intensity J1 in the case of a narrow gap 14 is here also greater than the intensity J2 of the spot of light 54 with a large gap.

In den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 5 bis 10 muß die Länge bzw. Breite des Reflektors 36 in Richtung der Rotationsachse 42 so bemessen sein, daß jeweils die gewünschte Reflexion des Strahlenbündels 44 erfolgen kann, und daß betriebsbedingte axiale Verschiebungen der Bauelemente den Strahlengang nicht unterbrechen können. In the exemplary embodiments according to FIGS. 5 to 10, the length must or width of the reflector 36 in the direction of the axis of rotation 42 be dimensioned so that that in each case the desired reflection of the beam 44 can take place, and that operational axial displacements of the components do not interrupt the beam path can.

In Figur 9 ist der Reflektor 36 an einer zur Umlaufachse 42 geneigt verlaufenden Schulter des umlaufenden ersten Bauelementes 10 befestigt. In diesem Falle kannr wie aus der Figur ersichtlich, das Strahlenbündel 44 senkrecht vom zweiten Bauelement 12 ausgehend auf den Reflektor 36 gerichtet sein.In FIG. 9, the reflector 36 is inclined at one to the axis of rotation 42 extending shoulder of the circumferential first component 10 attached. In this As can be seen from the figure, the beam 44 can be perpendicular to the second case Component 12 should be directed towards reflector 36 starting from.

In den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 5 bis 9 liegen Lichtquelle, Reflektor und Detektor in einer Ebene, die auch die Rotationsachse 42 des umlaufenden Bauelementes beinhaltet. In the exemplary embodiments according to FIGS. 5 to 9, there are light sources, Reflector and detector in one plane, which is also the axis of rotation 42 of the revolving Component includes.

Wie jedoch aus Figur 10 ersichtlich, die einen Querschnitt durch ein umlaufendes Bauelement 10, z.B. Rotor, und ein feststehendes Bauelement 12, z.B. Stator, zeigt, ist es auch möglich, die Meßeinrichtung in einer Ebene quer zu der sich hier als Punkt abbildenden Rotationsachse 42 anzuordnen. Auch hier beeinflussen Änderungen des Spaltes 14 die Richtung des reflektierten Lichtstrahlenbündels 18 und somit die Anzeige des Meßgerätes 26. However, as can be seen from Figure 10, which is a cross section through a rotating component 10, e.g. rotor, and a stationary component 12, e.g. stator, shows, it is also possible to transverse the measuring device in one plane to be arranged in relation to the axis of rotation 42, which is mapped here as a point. Influence here too Changes in the gap 14 change the direction of the reflected light beam 18 and thus the display of the measuring device 26.

Wie insbesondere aus Figur 10 ersichtlich, ergibt ein in peripherer Richtung kurzer Reflektor 36 beim Umlauf des ersten Bauelementes 10 jeweils nur eine kurze Belichtung des Detektors 20, deren Frequenz zusätzlich zu einer Drehzahlüberwachung benutzt werden kann. Will man jedoch eine kontinuierliche Belichtung des Detektors 20 erreichen, so ist er erforderlichs den Reflektor 36 als ein da-s umlaufende erste Bau element 10 umschlingendes Band auszubilden. As can be seen in particular from FIG. 10, an in peripheral Direction of the short reflector 36 when the first component 10 rotates only a brief exposure of the detector 20, their frequency in addition can be used for speed monitoring. But if you want a continuous one To achieve exposure of the detector 20, it is necessary to use the reflector 36 as a circumferential first construction element 10 to form a looping band.

Die erfindungsgemäße Einrichtung soll hauptsächlich zur Über wachung der Weite des Spaltes zwischen Stator und Rotor von elektrischen Maschinen Verwendung finden.The device according to the invention is intended mainly for monitoring the width of the gap between the stator and rotor of electrical machines use Find.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims 1. Measuring and / or monitoring device for gap changes between two components, in particular between stationary and moving components of machines, characterized in that a light beam (18, 38) from first (10) avf the second component (12) directed and on the second component at least one light-sensitive detector (20, 30, 40, 50) is arranged, wherein Light beam (18, 38) and detector are coordinated so that in the case of a change in the gap (14), a change in the exposure of the detector (20, 30, 40, 50) yields.

2. Device according to claim 1, characterized in that the light beam (18, 38) at the largest possible acute angle () to the direction (28) of the Forces or force components that result in a reduction or enlargement of the gap (14).

3. Device according to claim 1, characterized in that the light beam (18) is approximately punctiform in cross-section and the detector (209 is attached to an at predetermined width of the gap (14) by the light beam (18) hit point is arranged.

(Fig. 1, 5)

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that several swept by the light beam (18) when the gap changes Detectors (20, 30, 40) are provided. (Fig. 2, 6)

5. Establishment according to claim 4, characterized in that the detectors (20, 30, 40) consist of one Photodiode array or consist of a phototransistor line.

6. Device according to claim 3, characterized in that one at Schottky barrier photodiode swept over by the light beam is provided as a detector.

7. Device according to claim 1, characterized in that the opening angle (ß) of the light beam (38) is expanded and the detector (50) has a light-sensitive | Liche surface and is arranged such that the exposed area of the detector (see above) continuously changed in the event of a gap change (Fig. 3, 7)

8. Device according to claim 7, characterized in that the detector (50) consists of an elongated semiconductor photo element and that of the light beam (38) formed preferably bark light spot (54) has a width or a diameter which is at least equal to the width (b) of the semiconductor photo element.

(Fig. 3, 4, 7, 8)

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that on the second component (12) a light source (16) and a reflector (36) is arranged on the first component (10) for deflecting the from the light source (16) emanating beam (44) in the direction of the detector (20, 30, 40, so). (Fig. 5 to 10)

10. Device according to claim 9 with moving and stationary components, characterized in that the second Component (12) is stationary.

11. For measuring or monitoring changes in the gap between rotating and fixed components provided device according to one of the Claims 1 to 10, characterized in that the light source (16); or the light beam (18) and the detector or detectors (20, 30, 40, 50) approximately in one of the axis of rotation (42) of the moving first component (io) containing plane are arranged. (Fig. 5 to 9)

12. For the measurement or monitoring of gap changes between circumferential and fixed components provided device according to one of the claims 1 to 10, characterized in that the light source (16) or

the light beam (18) and the detector or detectors (20, 30, 40, 50) in a direction transverse to the axis of rotation (42), preferably approximately perpendicular extending plane are arranged. (Fig. 10)