DE29813731U1 - Meßanordnung für sich drehende Elemente - Google Patents
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Description
Meßanordnung für sich drehende Elemente.
Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung für sich drehende oder oszillierende
Elemente, mit der Meßwerte der sich drehenden Elemente, wie Drehmomente, Drehzahlen, Temperaturen auf rotierenden oder oszillierenden Elementen gemessen
und angezeigt werden.
Die Überwachung von rotierenden oder oszillierenden Elementen, wie Antriebselementen,
Kupplungen, Zwischenwellen, Bohrrohren etc. Ist häufig erwünscht.
Bspw. Kann dadurch eine Überlastung von Antriebssträngen vermieden werden oder aber - wie bei Bohrgestängen - anhand des gemessenen Drehmomentes
überprüft werden, ob bspw. Bohrköpfe auszuwechseln sind oder Kupplungsteile verschlissen sind und ausgetauscht werden müssen.
Es sind bereits Meßanordnungen mit Übertragung der Meßwerte für sich drehende
Elemente bekannt, bei denen die Meßwerte durch Telemetrie oder andere berührungslose
Übermittlungssysteme nach außen übertragen werden. Mit diesen Übermittlungssystemen können nicht nur die Meßwerte übertragen und erfaßt und
ggf. registriert werden, sondern diese Meßsignale können auch zu Regel- und Steuerzwecken genutzt werden, um damit bspw. ein Verfahren zu beeinflussen.
Meßanordnungen mit Übertragung der Meßwerte sind aber sehr aufwendig und
kostenintensiv und kommen daher nur dort zur Anwendung, wo dies unverzichtbar ist - bspw. wenn die Aufzeichnung der Meßwerte dringend erforderlich oder die
Regelung einer Anlage über diese Meßwerte erfolgt. Dennoch ist es häufig erwünscht,
leicht ablesbare Informationen über sich drehende Teile zu erhalten, was bisher an den Kosten der bekannten Meßanordnungen scheiterte.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine einfachere kostengünstigere Meßanordnung
für rotierende oder oszillierende Elemente zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Meßanordnung für sich drehende
Elemente gelöst, die aufweist:
- einen an einem sich drehenden Element (10) befestigten Generator mit:
- einer feststellbaren Magnetscheibe (14)
- einem am sich drehenden Element (10) befestigten, mit diesem umlaufenden
Generatorspulenring (20), der neben der Magnetscheibe (14) dreht,
- einen Schaltkreis zur Verarbeitung der vom Generator erzeugten Spannung, und
mindestens eine mit dem sich drehenden Element mitdrehende oder mitoszillierende,
vom Schaltkreis angesteuerte Anzeige.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Dadurch, daß nun erfindungsgemäß auf die direkte Übermittlung/Aufzeichnung der
Meßwerte verzichtet wird, da es in vielen Fällen unnötig ist, diese aufzuzeichnen
oder zu Steuer- und Regelzwecken zu verwenden, kann eine einfache, aber wirksame
Meßanordnung geschaffen werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung besitzt daher u. a. die folgenden Vorteile:
Da die Energieversorgung durch das gemessene Element selbst erfolgt, ist die erfindungsgemäße
Meßanordnung vollständig autark, d.h. sie benötigt keine Energie von außen; es ist keine Übertragung der Meßwerte durch Telemetrie oder andere
berührungslose ÜbertragungsAnordnungen notwendig, daher müssen keine Verbindungen
zu Aufzeichnungsgeräten bereitgestellt werden - außerdem ist sie sehr kostengünstig. Auch der Einbau erfolgt ohne großen Aufwand wie bei handelsüblichen
drehstarren oder drehelastischen Kupplungen, da keine zusätzlichen Montagearbeiten,
keine Verkabelung und keine Kalibrierung vor Ort notwendig ist - auch Wartungsarbeiten entfallen.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Anzeige so angesteuert wird, daß sie nur an bestimmten
Stellen der Bewegungsbahn des sich drehendes Element kurzzeitig anzeigt, so daß für das menschliche Auge ein an dieser Stelle stehendes Bild entsteht.
Es können auch Meßfühler zur Messung physikalischer Größen, wie Temperatur,
Umdrehungsgeschwindigkeit, etc. in/an dem sich drehenden Element vorgesehen
sein, die dann an im Schaltkreis verarbeitet und an die mindestens eine Anzeige übermittelt werden.
Vorteilhafterweise weist der Schaltkreis einen Spannungsregler auf.
Es ist in dem meisten Fällen, in denen das gemessene Signal schwach ist, sinnvoll,
einen Verstärker für gemessene Signale vorzusehen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schaltkreis eine DMS-VoII-brücke,
einen Brückenverstärker, der das Ausgangssignal der Brücke verstärkt und einen Analog/Digital-Wandler, der das verstärkte Signal digitalisiert, auf.
Um zu vermeiden, daß stets stark schwankende Werte angezeigt werden, ist es
sinnvoll einen Spitzenwertspeicher nach dem A/D-Wandler vorzusehen, der die
Anzeige ansteuert.
Bevorzugt ist ein Schaltnocken an der Magnetscheibe zur Erzeugung eines Anzeigeimpulses
vorgesehen, so daß die Anzeige nur beim Vorbeidrehen an dem Schaltnocken angesteuert wird und stroboskopartig anzeigt - dies bedeutet bei
LED-Anzeige, daß diese nur intermittierend stets am gleichen Ort aufleuchtet.
Es entsteht somit bei Messung eines sich drehenden Antriebselements, wie einer
Klauenkupplung, bei schneller Umdrehung des Antriebs eine für das Auge
„stillstehende" Anzeige. Der Beobachter nimmt aufgrund der Trägheit des menschlichen
Auges die Anzeige als stehendes Bild wahr (umgekehrter Stroboskopeffekt).
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels,
auf das sie aber keineswegs eingeschränkt ist, sowie anhand der begleitenden
Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Zeichnung einer Klauenkupplung mit eingebauter erfindungsgemäßer
Meßanordnung; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des
Schaltkreises.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist an einem rotierenden Element 10, hier einem Teil einer
Klauenkupplung, die erfindungsgemäße Meßanordnung angebracht.
Aus Fig. 2 ist der genauere Aufbau eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Meßanordnung ersichtlich Diese weist einen Generator 20, 14 als „eigenständige"
Energieversorgungseinheit auf. Dieser besitzt mit dem sich drehenden Antriebsteil
mitdrehende Generatorspulen 20, in denen Strom erzeugt wird, und eine auf der Nabe des Antriebselements 10 angeordnete, hier mittels eines Haltestiftes 18 festgestellte
Magnetscheibe 14 auf. Durch das Vorbeidrehen der Generatorspulen 20 an der Magnetscheibe 14 wird Strom erzeugt, der zum Betrieb einer LED-Sieben-Segment-Anzeige
12 verwendet wird.
Die gesamte Meß- und Auswerteelektronik wird von diesem an der Nabe befestigten
Generator mit Strom versorgt, wobei die Spulen 20 im Kupplungsteil 10 integriert
sind und mit der Kupplung umlaufen. Die Magnetscheibe 14 ist mit der Kupplungsnabe 10 durch ein Lager verbunden und wird mit dem Haltestift 18 festgestellt,
so daß die Spulen 20 an der stillstehenden Magnetscheibe 14 vorbeidrehen und Strom erzeugen. Dieser Strom wird geglättet und durch einen Spannungsregler
auf das notwendige Maß reduziert.
Für die Messung z.B. des Drehmomentes ist in diesem Fall eine DMS-Vollbrücke
32 vorgesehen, deren Ausgangsspannung mit einem Brückenverstärker 26 verstärkt und auf einen Analog/Digital-Wandler mit Spitzenwertspeicher (Peak Hold)
30 weitergeleitet wird. Der Analog/Digital-Wandler steuert eine LED-Siebensegment-Anzeige an, die nicht kontinuierlich leuchtet, sondern mittels
eines Impulses nur an einem konstanten Ort der Umlaufbahn anzeigt, also „aufblitzt". Dieser Ort kann durch Verdrehen der Magnetscheibe 14 frei gewählt
werden, da an dieser Scheibe der Schaltnocken 16 zur Erzeugung des Impulses angebracht ist. Durch das Aufblitzen der LED-Anzeige an nur einem konstanten
Ort der sich drehenden Kupplung entsteht - obwohl sich die LED-Anzeige mit der
Kupplung dreht, bei höheren Drehzahlen ein stehendes Bild an dem konstanten
Ort - wie dies allgemein von Filmprojektoren oder aber sonstigem Bildaufbau bekannt
ist.
Dieses - für das menschliche Auge aufgrund dessen langsamer Reaktion - stehende
Bild erlaubt das Ablesen des ermittelten Meßwertes auf der LED-Anzeige. Um zu verhindern, daß durch eine ständig wechselnde Anzeige die Ablesbarkeit
erschwert oder sogar unmöglich wird, kann der Analog/Digital-Wandler mit einem Spitzenwertspeicher 30 (Peak Hold) ausgestattet sein, der in einer definierten Zeit
den gemessenen Spitzenwert über eine längere Zeit konstant ausgibt. Somit ist es
auch möglich, auftretende Spitzendrehmomente bei bestimmten Betriebszuständen zu ermitteln.
So kann erfindungsgemäß eine Messung des Verhaltens eines Antriebs ermöglicht
werden, ohne aufwendige externe Stromversorgung, teure elektronische Verarbeitung
oder verschleißanfällige Übertragungsvorrichtungen.
Femer ist es auch möglich, in dieser Anordnung weitere Meßfühler - bspw. Temperaturfühler,
die mit dem rotierenden Teil umlaufen, zu integrieren, wodurch dann das thermische Verhalten des rotierenden Elements dargestellt werden kann bspw.
durch eine weitere LED-Anzeige.
Obwohl die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert
wurde, ist sie keineswegs auf dieses beschränkt, sondern bezieht sich auch auf die
dem Fachmann geläufigen Abwandlungen, wie sie durch den Schutzbereich der Ansprüche definiert sind.
10 Kupplung (Nabenteil)
12 LED-Sieben-Segment-Anzeige
14 Magnetscheibe
16 metallischer Schaltnocken
18 festzustellender Haltestift
20 mitdrehende Generatorspulen zur Stromversorgung
22 Näherungsinitiator zur Erzeugung des Stroboskopimpulses
26 Brückenverstärker
28 Impulsaufbereitung zur Erzeugung eines Nadelimpulses
30 A/D-Wandler mit Peak-Hold
32 DMS-Vollbrücke
Claims (9)
1. Meßanordnung für sich drehende Elemente, gekennzeichnet durch:
- einen an einem sich drehenden Element (10) befestigten Generator mit:
- einer feststellbaren Magnetscheibe (14)
- einem am sich drehenden Element (10) befestigten, mit diesem umlaufenden Generatorspulenring (20), der neben der Magnetscheibe (14)
dreht,
- einen Schaltkreis zur Verarbeitung der vom Generator erzeugten Spannung, und
- mindestens eine mit dem sich drehenden Element (10) mitdrehende oder
mitoszillierende, vom Schaltkreis angesteuerte Anzeige (12).
2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige
(12) so angesteuert wird, daß sie nur an bestimmten Stellen der Bewegungsbahn des sich drehendes Element (10) kurzzeitig anzeigt, so daß für das menschliche
Auge ein an dieser Stelle stehendes Bild entsteht.
3. Meßanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Meßfühler zur Messung physikalischer Größen, wie
Drehmoment, Temperatur, Umdrehungsgeschwindigkeit, etc. in/an dem sich
drehenden Element (10) aufweist, die dann im Schaltkreis verarbeitet und an eine
Anzeige (12) übermittelt werden.
4. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis
einen Spannungsregler aufweist.
5. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Verstärker vorgesehen ist, der das gemessene Signal verstärkt.
6. Meßanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung eine DMS-Vollbrücke, einen Brückenverstärker
• &Lgr;
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(26), der das Ausgangssignal der Brücke verstärkt und einen Analog/Digital-Wandler
(30), der das verstärkte Signal digitalisiert, aufweist.
7. Meßanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spitzenwertspeicher nach dem A/D-Wandler (30) vorgesehen ist, der die Anzeige
ansteuert.
8. Meßanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige eine LED-Anzeige ist.
9. Meßanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltnocken (16) an der Magnetscheibe (14) zur
Erzeugung eines Anzeigeimpulses vorgesehen ist, so daß die Anzeige (12) nur beim Vorbeidrehen am Schaltnocken (16) angesteuert wird und stroboskopartig
anzeigt.
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