DE2810787C2 - Meßvorrichtung für die Axialverschiebung rotierender Maschinenteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung für die Axialverschiebung rotierender Maschinenteile gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige bekannte Meßvorrichtung (DE-PS 97 236) mißt nur die Axiallage des Maschinenteils. Auch eine nach dem gleichen Prinzip arbeitende abgewandelte bekannte Meßvorrichtung (GB-PS 03 994), bei welcher abtastbare Punkte in gleicher Umfangsteilung auf der Welle angeordnet sind, und der Sensor aus zwei im Winkel zueinander und zur Umfangslinie des rotierenden Maschinenteils liegenden Abtastelementen besteht, mißt nur die Axiallage.

Bei einer Reihe von Anwendungsfällen ist es jedoch wesentlich, daß nicht nur die Axiallage, sondern auch eine Winkelverschiebung, wie sie z. B. durch Temperaturunterschiede im Maschinengestell oder aus anderen Ursachen auftreten kann, gemessen wird. So arbeiten z. B. Plattenrefiner für Holzschliff mit Scheibenabständen unter 1 mm bei sehr erheblichen Scheibendurchmessern, so daß bereits geringe Winkel abweichungen der Drehachse zu einer Berührung der Platten in Umfangsbereichen führen können.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, die eingangs beschriebene bekannte Meßeinrichtung so weiterzubilden, daß über eine Feststellung nur der Axiallage hinaus auch eine Feststellung der Winkellage der Drehachse möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Maßnahmen gelöst

Gemäß der Erfindung wird also durch die Anordnung mehrerer Sensoren in Umfangsabstand um das rotierende Maschinenteil die Lage des Maschinenteils an mehreren Stellen des Umfangs gemessen und die durch Vergleich dieser Signale dieser Sensoren erzielten Meßwerte geben einen Hinweis auf die Winkellage der Drehachse. Bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung wird also praktisch das gesamte Laufverhalten eines rotierenden Maschinenteils bzw. einer Baugruppe mit einer einzigen Meßvorrichtung laufend berührungslos überwacht.

Vorzugsweise Weiterbildungsformen des Gegenstandes des Anspruchs 1 sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel für einen Holzschliff-Plattenrefiner näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 einen Axialschnitt durch einen Holzschliff-Plattenrefiner,

F i g. 2 eine Teildraufsicht auf den Umfang der in

Fig. 1 dargestellten Refinerplatten, die die Anordnung der Sensoren und der abtastbaren Elemente zeigt, und F i g. 3 ein Schaltschema einer Anordnung zum Vergleichen und Auswerten der von den in Fig. 2 dargestellten Sensoren erzeugten Signale.

In F i g. 1 ist ein Holzschliffrefiner mit zwei Scheiben 3 und 4 gezeigt, die auf koaxialen Wellen 5 angebracht sind, die in Lagern 6 gelagert sind. Das 2.u refinende Gut wird über eine Förderschnecke 7 2^r.ugeführt. Zwei Sensoren 1 und 2 tasten strichförmige Elemente ab, die auf dem Umfangsrand der Scheiben angeordnet sind.

Die in IF i g. 2 gezeigten strichförmigen Elemente 10, U, 12, 13 werden von ferromagnetischen Gliedern gebildet, die am Umfang der Scheiben aus nicht-magnetischem Material vorzugsweise in diese eingelassen und in einem Winkel von vorzugsweise 45° zur Rotationsachse angeordnet sind. Die Sensoren sind in der Figur als kleine Kreise dargestellt. Die Drehrichtungen der Scheiben sind mit Pfeilen eingetragen.

Die Ermittlung dieser Verschiebung wird dadurch ermöglicht, daß entsprechend der Darstellung der Abstand längs der abgetasteten Umfangslinie zwischen den strichförmigen Elementen 12 und 13 bei dieser Ausführurigsform kleiner wird. Bei der dargestellten Ausführurigsform nimmt das Zeitintervall zwischen den entsprechenden Abtastungen beider strichförmiger Elemente bei gleichbleibender Geschwindigkeit ab, so

daß die Verschiebung a unmittelbar meßbar ist, wenn die Winkel der strichförmigen Elemente in bezug zu der Rotationsachse und die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe bekannt sind.

Um eine Messung des Abstandes ui mehreren verschiedenen Punkten längs des Umfangs zu ermöglichen, sind Sensoren 1, 2 an drei verschiedenen Stellen des Umfangs angeordnet, insbesondere an der in Fi g. 1 gezeigten Stelle, und in einem Winkelabstand von 90° in jeder Richtung. Diese Anordnung dient dazu, eine Abweichung von der Bewegungsbahn (d.h. eine Winkelverlagerung der Drehachse zu messen). Auch andere Verlagerungen sind entsprechend der Verwendung des Refiners und seiner Auslegung erfaßbar.

Die Sensoren t, 2 sind in Gewindebohrungen in Gehäuseteilen, die um die Scheiben (nicht gezeigt) auf dem Gehäuse angebracht sind, eingeschraubt Daher kann durch Einschrauben oder Herausschrauben ihr Abstand von den strichförmigen Elementen 10, 11, 12, 13 eingestellt werden. Die Sensoren werden so adjustiert, daß sie einige Millimeter, z.B. 8 bis 10mm, von den strichförmigen Elementen in Abstand liegen.

Die strichförmigen Elemente sollten gegen Korrosion geschützt werden, indem sie beispielsweise mit einem Kunststoffanstrich versehen werden. Sie sollten auch gegen die Scheibe galvanisch isoliert sein, da bei diesem Anwendungsgebiet eine galvanische Korrosion auftreten kann.

Die Funktion der Erfindung läßt sich am besten aus F i g. 2 entnehmen. Wenn sich die Scheiben 3,4 drehen, tasten die Sensoren 1 und 2 die strichförmigen Elemente längs der Kreise 20 und 21 ab, die mit strichpunktierten Linien eingetragen sind. Wenn man annimmt, daß sich die Scheiben mit konstanter Drehzahl drehen, und die Zeitintervalle zwischen der Abtastung von zwei paarweise vorgesehenen strichförmigen Elementen fi und i2 sind, erfolgt bei einer Bewegung der in der Figur rechtsseitigen Scheibe 4 um einen Abstand a nach links die Abtastung mit Hilfe des Sensors 2 längs der Linie 22. Aus der Figur Iä3t sich unmittelbar entnehmen, daß der Abstand zwischen den zwei strichförmigen Elementen längs dieser Linie kürzer als der Abstand längs der Linie 21 ist, so daß das Zeitintervall für ihren Durchlauf an dem Sensor 2 geringer ist. Die Zeitdifferenz ist eine lineare Funktion der Verschiebung a. Wenn nun das Zeitintervall zwischen dem Durchlauf der strichförmigen Elemente anstelle von f2-<-i4 wird, läßt sich der Abstand a aus der folgenden Gleichung herleiten: a = k(h—u), wobei die Konstante k nur von den gleichbleibenden geometrischen Verhältnissen abhän- so gig ist.

Wenn man entsprechend der Ausführungsform nach Fig.2 einen bestimmten Abstand Md0 bei den Zeitintervallen fi und f2 entsprechend der Messung hat, läßt sich der neue Abstand bei den Zeitintervallen t₃ und U entsprechend nachstehender Gleichung ermitteln

M_d = M_M - (A:, (r, - h) + k₂ U₂ - (₄)) (1)

M₁₁ = K+ Ar₁J₃ + k₂i_A (2)

Diese Gleichungen setzen voraus, daß die Konstante K aus den ermittelten Werten bei dem Fall bestimmbar ist, bei dem der Abstand Null ist. Wenn die Geometrie anders ausgelegt ist, wie z. B. wenn die Winkel zwischen den strichförmigen Elementen in Gegenrichtungen weisen, dann kehren sich die Vorzeichen in den Gleichungen um.

In F i g. 3 ist eine einfach aufgebaute Schaltung zur Verarbeitung der Signale von den Sensoren 1 und 2 gezeigt Die Sensoren sind jeweils mit einzelnen Meßeinrichtungen 15,16 für das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Durchgängen der strichförmigen Elemente gekoppelt und geben analog Spannungssignale ab, die proportional zu den entsprechenden Zeitintervallen sind. Diese Spannungen sind mit einem Meßwiderstand 17 derart gekoppelt daß sich die beiden analogen Spannungen aufsummieren. Der Widerstand ist ein Potentiometer, und eine Seite des Widerstandes und der Schiebekontakt sind mit einem Digitalvoltmeter 18 gekoppelt Durch die Adjustierung der Einstellung des Schiebekontaktes des Potentiometers 17 kann ein Wert eraeugt werden, der sich von dem größten Wert des Abstandes um einen konstanten Faktor unterscheidet

Somit kann man im voraus annehmen, daß die Konstanten k\ und ki gleich sind, was insbesondere bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform gilt bei der die strichförmigen Elemente spiegelbildlich zueinander angeordnet sind. Falls dies nicht der Fall ist, müssen die Meßeinrichtungen 15 und 16 derart adjustierbar sein, daß sie die entsprechenden Eichkonstanten einschließen. Selbst die Konstante K nach der Gleichung (2) kann entweder in einer der beiden Meßeinrichtungen 15 und 16 oder im Meßgerät 18 eingestellt werden.

Eine derai tige Verarbeitung der Signale kann auf die unterschiedlichste Art und Weise entweder digital oder analog erfolgen.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Antriebsmotore für die Refiner Synchronmotore, um sicherzustellen, daß der Leistungsfaktor bei der Belastung des elektrischen Versorgungssystems konstant bleibt und nicht zu sehr reaktiv ist. Dies bedeutet, daß nach dem Anlassen bzw. Einschalten der Motore und nach ihrem synchronen Lauf mit den Grundfrequenzen keine speziellen Korrekturen zur Veränderung der Drehzahlen nötig sind. In anderen Fällen ist eine spezielle Korrektur bei veränderlichen Drehzahlen erforderlich, was entsprechend mit einem Tachometer auf den Motorwellen möglich ist.

Es sind drei verschiedene Paare von Sensoren mit zugeordneten Meßeinrichtungen, am Umfang der Scheiben verteilt, vorgesehen. Hierdurch kann die Lage an drei verschiedenen Stellen längs des Umfangs ermittelt werden, und somit läßt sich jede Schrägstellung der Drehachse oder Abweichung des Scheibenumfangs von der Normalbahn erfassen.

Die beschriebene Meßvorrichtung ermöglicht die Messung des Scheibenabstandes über den ganzen Umfang während des Betriebs. Hierdurch kann zusätzlich zu einer manuellen Steuerung eine automatische Steuerung der Größe des Abstandes und der Winkellage der Scheiben durch eine Rückkopplung mit den Einrichtungen erzielt werden, mit denen diese Werte normalerweise eingestellt werden.

Dies is;t deshalb z. B. beim Ausführungsbeispiel von besonderer Bedeutung, da die Platten insbesondere aufgrund der Zentrifugalkraft und der Druckkraft auf das Gut zwischen den Platten während des Betriebes nicht dieselbe Form wie beim Stillstand der Maschine haben. Refinerscheiben weisen auch häufig konkave Flächen auf, so daß der Abstand am Umfang am gerirgsten ist.

Die strichförmigen Elemente müssen nicht, wie beschrieben, ferromagnetisch sein, und die Sensoren entsprechend nicht Magnetsensoren sein. Bei vielen

Anwendungsfällen können hierfür optische Einrichtungen verwendet werden. Dabei kann die Abtastung beispielsweise dadurch erfolgen, daß man einen Lichtstrahl von einer Leuchtdiode auf ein linienförmiges Element richtet, und auf einen Phototransistor reflektiert, der dann jedes Mal einen Impuls abgibt, wenn das linienförmige Element vorbeiläuft. Es kann auch beispielsweise die kapazitive Abtastung, eine Abtastung des Foucault-Effektes bei den linienförmigen Elementen mit geringerem spezifischem Widerstand als die Maschinenteile, auf denen sie angebracht sind, usw. angewendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Meßvorrichtung für die Axialverschiebung rotierender Maschinenteile, wobei eine zur Rotationsachse koaxiale Umfangsfläche eints Maschinenteils mit vorzugsweiser zylindrischer Gestalt mit wenigstens zwei strichförmigen Elementen versehen ist, die während der Drehbewegung des Maschinenteils durch einen ortsfesten Sensor abtastbar sind, und die in der Umfangsfläche einen nicht Null betragenden Winkel zueinander einschließen und wenigstens eines der strichförmigen Elemente ebenfalls einen nicht Null betragenden Winkel mit einer parallel zur Rotationsachse liegenden imaginären Linie durch die Umfangsfläche bildet, wobei eine Auswertanordnung vorgesehen ist, welche die Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden Durchläufen der beiden strichförmigen Elemente am Sensor bei der Drehbewegung des Maschinenteils um seine Achse mißt, derart, daß eine Änderung des abgegebenen Zeitintervall-Signals einer Änderung der axialen Lage des Maschinenteils gegen den stationären Sensor entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei in Umfangsrichtung des rotierenden Maschinenteils in Abstand liegende stationäre Sensoren (1,2) vorgesehen sind, und eine Anordnung zum Vergleichen der Meßergebnisse der Sensoren derart vorgesehen ist, daß eine Winkelabweichung der Drehachse des rotierenden Maschinenteils (3, 4) eine Änderung des Größenverhältnisses der intervallsignale jedes Sensors ergibt.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 zur Bestimmung des Refinerschlitzes bei einem Holzschliffrefiner od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Refinerscheibe (3, 4) abtastbare strichförmige Elemente (10, 11, 12, 13) angeordnet und Sensoren (1,2) zugeordnet sind, und einp Anordnung (15—18) vorgesehen ist, um die von den Sensoren beider Scheiben abgegebenen Durchlaufintervallsignale zu vergleichen.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede abgetastete Umfangsfläche wenigstens drei stationäre Sensoren (1, 2) in gleichmäßiger Umfangsteilung angeordnet sind.

4. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abtastbaren, strichförmigen Elemente (10,11,12,13) ferromagnetisch sind, und die Sensoren elektromagnetisch arbeiten und beim Durchlaufen der strichförmigen Elemente elektrische Signale abgeben.