DE2807297A1

DE2807297A1 - Einrichtung zur elektromechanischen axialspielmessung

Info

Publication number: DE2807297A1
Application number: DE19782807297
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Hoegg; Hartwig Dr Ing Knoell; Hermann Laudenberg
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1978-02-21
Filing date: 1978-02-21
Publication date: 1979-08-23
Also published as: IT1111509B; FR2417750B1; GB2014736A; GB2014736B; FR2417750A1; JPS6257921B2; DE2807297B2; US4229884A; IT7920316A0; DE2807297C3; JPS55464A

Description

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH

München, den 13. Februar 1978

Einrichtung zur elektromechanischen Axialspielmessung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur elektromechanischen Axialspielmessung von Rotationsbauteilen, insbesondere zur Messung des Axialspiels von Wellen hochtouriger Strömungsmaschinen, die ein gegenüber einem Meßobjekt festlegbares Gehäuse aufweist, in welchem ein motorisch antreibbarer Drehkörper gelagert ist, mit dem ein Taster in Richtung auf das Meßobjekt und - nach Auslösung eines Berührungsimpulses - wieder vom Meßobjekt fort bewegbar ist, wobei der Taster gegenüber dem Gehäuse sowie dem Meßobjekt elektrisch isoliert ist.

Aus der Zeitschrift "Archiv für technisches Messen", Ausgabe Januar 1974, Seiten 11 und 12, ist eine Einrichtung bekannt, welche zur Abstandsmessung, d.h. genauer zur Messung des Radialspaltes zwischen Verdichter- oder Turbinenschaufelenden

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und der an die Schaufelenden angrenzenden Gehäuseinnenwand eingesetzt werden soll.

Hierzu soll bei der bekannten Einrichtung das Meßergebnis u.a. über den Verstellweg des eines axial verschiebbaren Taststiftes mittels eines Differentialtransformator-Weggebers ermittelt werden, der beiderseits einer dem Meßort abgewandten stiftartigen Verlängerung des Taststiftes angeordnet ist. Der Einsatz des Gerätes zur Axialspielmessung mittels Exzenterfühler ist nicht möglich, da der Taststift nur eine axiale Schiebebewegung ausführt.

Außerdem führen temperaturbedxngte, unkontrollierte Wärmedehnungen der stiftartigen Verlängerung im vorliegenden bekannten Fall zu Fehlmessungen, und zwar insbesondere dann, wenn diese Verlängerung aus Einbaugründen verhältnismäßig lang ausgeführt werden muß.

Die vorliegende bekannte Einrichtung ist demnach zur Axialspielmessung weitestgehend ungeeignet, insbesondere wenn bauliche Gegebenheiten der betreffenden Maschine, beispielsweise eines Gasturbinenstrahltriebwerks, nur eine seitliche Zugänglichkeit zum Meßobjekt, d.h., in radialer Richtung zum Rotor, dessen Axialspiel gemessen werden soll, gestatten.

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Speziell sei hier an den Rotor des Gaserzeugers eines in Mehrwellenbauweise ausgeführten Gasturbinenstrahltriebwerkes gedacht, wobei z.B. der Hochdruckturbine des Gaserzeugers mindestens eine weitere Turbine zum Antrieb eines vor dem Hochdruckverdichter liegenden Nieder- oder Mitteldruckverdichters nachgeschaltet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zum eingangs behandelten Stand der Technik vorgebrachten Nachteile zu beseitigen und eine Einrichtung zu schaffen, mit der eine optimale Axialspielmessung erzielbar sein soll.

Bei verhältnismäßig einfachem Aufbau und relativ einfacher Handhabung der Einrichtung soll diese Aufgabe weiter mit Rücksicht auf schwierige Einbauverhältnisse, die überwiegend einen seitlich gegen die Längs- bzw. Drehachse des Meßobjektes gerichteten Zugang des. Meßgerätes sowie ein gegebenenfalls verhältnismäßig lang bauendes Meßgerät erzwingen, gelöst werden können.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung hauptsächlich folgende Merkmale vor:

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"Der Taststift ist als Drehkörper ausgebildet und mit der verlängerten Welle des Antriebsmotors gekuppelt. Die gesamte Wellenanordnung steht in der Betriebsstellung im wesentlichen senkrecht zur Drehachse eines RoLationsbauteils, und damit parallel zum Meßobjekt und ist ferner am dem Meßobjekt nächstliegenden Ende mit einem Exzenterfühler versehen.

Es ist ein absoluter Winkelkodierer vorgesehen, mit dem die Nullstellung der Welle definierbar sowie eine Abstandsänderung zwischen Exzenterfühler und Meßobjekt aus einer gleichzeitig damit einhergehenden Drehwinkeländerung der Welle ermittelbar ist.

Die bei einer Bewegung des Exzenterfühlers in Richtung auf das Meßobjekt sich ergebende Unterschreitung eines Widerstandsgrenzwertes des zwischen dem elektrisch isoliert eingebauten Exzenterfühler und dem Meßobjekt gemessenen Übergangswiderstandes erzeugt ein Berührungssignal, wodurch gleichzeitig sowohl der momentane Anzeigewert des absoluten Winkelkodierers gespeichert als auch der Antriebsmotor, und damit die Welle in eine entgegengesetzte Drehrichtung umgesteuert und hierauf in die Nullstellung zurückgedreht wird."

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen hervor.

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Anhand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch wiedergegeben und näher erläutert.

Hierbei ist mit 1 ein Elektromotor und mit 2 die vom Motor antreibbare, nach unten aus diesem herausgeführte, verlängerte Welle bezeichnet. Je nach gesteuerter Drehrichtung ist ein mit der Welle 2 verbundener Exzenterfühler, hier in Form einer am Wellenende exzentrisch angeordneten·Scheibe 3, entweder in Richtung auf das Meßobjekt 4 oder von diesem fort bewegbar. Beim Meßobjekt 4 handelt es sich um eine Scheibe, die auf einer Maschinenwelle 5 sitzt, deren Axialspiel gemessen werden soll. Die Dreh- bzw. Längsachse der Maschinenwelle 5 ist mit 6 bezeichnet.

Die Welle 2 des Meßgeräts ist in einem Gehäuse 7 drehbar, wobei elektrische Isolierungen der Welle 2 gegenüber dem Gehäuse sowie gegenüber dem Elektromotor 1 der Reihe nach mit 8 und bezeichnet sind.

Oberhalb des Elektromotors 1 befindet sich ein absoluter Winkelkodierer 10, mit dem während des Drehvorgangs der Drehwinkel der Welle 2 elektro-optisch gemessen werden kann, und mit welchem auch die Null- oder Ausgangsstellung der Welle

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einschließlich der Scheibe 3 definiert werden kann. Einem vorgegebenen Drehwinkel der Welle 2 ist hierbei jeweils ein bestimmter axialer Abstand S zwischen der äußeren Umfangsflache der Scheibe 3 und der entsprechenden Gegenfläche des Meßobjekts 4 zugeordnet.

In der Zeichnung sind der Reihe nach weiter ein Indikator für den elektrischen übergangswiderstand mit 11, eine Detektorelektronik mit 12, eine Motorsteuerung mit 13 und ein Meßwertspeicher mit 14 bezeichnet.

Der Meßvorgang geht wie folgt vor sich.

Der Elektromotor 1 dreht den Exzentertaster 3 (Scheibe 3) mittels der Welle 2 von der Nullstellung aus solange auf das Meßobjekt 4, bis der mit dem Indikator 11 gemessene elektrische übergangswiderstand zwischen der Welle 2 nebst Scheibe 3 und Meßobjekt 4 einen eingestellten Grenzwert von beispielsweise 10 k unterschreitet. Zu diesem Zeitpunkt gibt die Detektorelektronik 12 einen Signalimpuls, . und damit den Befehl "Berührung" (Signalfluß 15, 16, 17), wodurch gleichzeitig der momentane Anzeigewert des Winkelkodierers 10 elektronisch gespeichert und der Elektromotor über die Motorsteuerung 13 automatisch umgesteuert wird, so daß er die Welle 2 nebst Scheibe 3 in die Nullstellung zurückfährt.

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Im Meßwertspeicher 4 wird der Meßwert (digital kodierter Drehwinkel) gespeichert, und angezeigt, und zwar auch dann, wenn die Scheibe 3 die "Berührungsposition¹¹ schon wieder verlassen hat. Ein Anzeigefeld zum Ablesen des Meßwertes ist mit 18 bezeichnet.

Der auslösende Faktor für die Messung ist somit die scheinbare elektrische Kontaktierung zwischen der Scheibe 3 und dem Meßobjekt 4. Der relativ hohe Grenzwert des Übergangswiderstandes von z.B. 10 k-0.bedeutet bei 15V Meßspannung jedoch nur eine sehr leichte Berührung, unter der Voraussetzung, daß das Meßobjekt 4 ruht. Im Hauptanwendungsfall, also bei der Messung des Axialspiels der Maschinenwelle ist davon auszugehen, daß das Meßobjekt 4 mit den in der Praxis auftretenden Umfangsgeschwindigkeiten an der Scheibe vorbei bewegt wird. Dabei tritt nur eine scheinbare galvanische Berührung zwischen der Welle 3 und dem Meßobjekt 4 auf. Der angenommene Grenzwert des übergangswiderstandes von 10 kJlkann schon bei einer Annäherung der Scheibe 3 auf etwa 0,2 - 0,4 im an den Meßobjekt 4 erreicht werden.

Wie anhand der Zeichnung verdeutlicht, ist bei der vorliegenden Anordnung der Drehwinkel der Welle 2 elektro-optisch meßbar.

In den Zeichnungen nicht weiter dargestellt, kann der Exzenterfühler ferner halbkreis-,sichel- oder nierenförmig ausgebildet sein.

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Auf jeden Fall wäre dafür Sorge zu tragen, daß die· äußere Umfangsfläche des scheibenförmigen Exzenterfühlers stets parallel zum Meßobjekt verläuft.

Gemäß der Zeichnung ist die Welle 2 ausschließlich in Umfangsrichtung verdrehbar, und zwar über die am Gehäuse 7 mit ihren jeweiligen Außenringen festgelegten Kugellager 18, 19.

Demnach kann das Meßergebnis vorteilhafterweise ausschließlich über die jeweilige Wellenverdrehung ermittelt werden.

In der Zeichnung nicht weiter dargestellt, kann die mit dem Antriebsmotor gekoppelte Welle in ein gegebenenfalls aus mehreren zylindrischen Gehäuseabschnxtten zusammengesetztes Gehäuse eingebaut sein, welches mit Einrichtungen zur Festlegung des Meßgerätes z.B. am Außengehäuse einer Turbomaschine, bzw. am Verdichter oder Turbinengehäuse eines Gasturbinentriebwerks, versehen sein kann.

Im Interesse eines optimalen Meßergebnisses kann es weiter mit Rücksicht auf gegebene Einbauverhältnisse vorteilhaft sein, daß die Welle nebst Exzenterfühler mittels eines kardanischen Gelenkbauteils, bzw. mittels eines schlauchartigen, torsionssteifen Verbindungsgliedes gegenüber dem Antriebsmotor sowie dem Winkelkodierer justierbar ist.

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Die Einrichtung könnte gegebenenfalls weiter so ausgebildet sein, daß eine variable Axialverschiebung des Gehäuses des Meßgerätes einschließlich der Welle nebst Taster gegenüber dem Meßobjekt möglich ist.

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Claims

CN GMBH
sr/sd

MOTOREN- UND TURBINEN- UNIOII
MÜNCHEN GMBH

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Patentansprüche

Einrichtung zur elektromagnetischen Axialspielmessung von Rotationsbauteilen, insbesondere zur Messung des Axialspiels von Wellen hochtouriger Strömungsmaschinen, die ein gegenüber einem Meßobjekt festlegbares Gehäuse aufweist, in welchem ein motorisch antreibbarer Drehkörper gelagert ist, mit dem-ein Taster in Richtung auf das Meßobjekt und - nach Auslösung eines Berührungsimpulses - wieder vom Meßobjekt fort bewegbar istj, wobei der Taster gegenüber dem Gehäuse sowie dem Meßobjekt elektrisch isoliert ist„ gekennzeichnet durch folgende Merkmale %

a) Der Drehkörper ist die verlängerte Welle (2) des Antriebsmotors (1), welcher in der Betriebsstellung im wesentlichen senkrecht zur Drehachse (6) eines

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GRiGLNAL INSPECTED

Rotationsbauteils, und damit parallel zum Meßobjekt (4) angeordnet und ferner am dem Meßobjekt nächstliegenden Ende mit einem Exzenterfühler versehen ist,

b) es ist ein absoluter Winkelkodierer (10) vorgesehen, mit dem die Nullstellung der Welle (2) definierbar sowie eine Abstandsänderung zwischen Exzenterfühler und Meßobjekt aus einer gleichzeitig damit einhergehenden Drehwinkeländerung der Welle ermittelbar ist,

c) die bei einer Bewegung des Exzenterfühlers in Richtung auf das Meßobjekt (4) sich ergebende Unterschreitung eines Widerstandsgrenzwertes des zwischen dem elektrisch isoliert eingebauten Exzenterfühler und dem Meßobjekt mittels eines Indikators (11) gemessenen Obergangswiderstandes erzeugt ein Berührungssignal, wodurch gleichzeitig sowohl der momentane Anzeigewert des absoluten Winkelkodierers (10) gespeichert als auch der Antriebsmotor, und damit die Welle (2) in eine entgegengesetzte Drehrichtung umgesteuert und hierauf in die Nullstellung zurückgedreht wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel der Welle (2) elektrooptisch meßbar ist.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenterfühler eine an der Welle (2) exzentrisch angeordnete Sehe ibe (3) ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe halbkreis-, sichel- oder nierenförmig ausgebildet ist.
■5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umfangsflache des Exzenterfühlers stets parallel zum Meßobjekt verläuft»
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5_P dadurch gekennzeichnet, daß die Welle nebst Exzenterfühler mittels eines kardanischen Gelenkbauteils _v bzvj» mittels eines sdfalauchartigen, torsionssteifen Verbindungsgliedes gegenüber dem Antriebsmotor sowie dem Winkelcodierer ■ justierbar-ist.

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