DE3716213C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Testen der Zuverlässigkeit eines
Systems zum wahlweisen Erfassen und Fangen eisenhaltiger Verschleißteilchen,
die in und mit Flüssigkeit in einem Hydraulikkreis zirkulieren.
Vorrichtungen, die zur Überwachung anderer Apparate und Maschinen dienen,
sind dann nicht zu gebrauchen, wenn sie ausfallen können, ohne daß sie ihren
eigenen Ausfall in irgendeiner Form anzeigen oder einen einfachen Test zum
Überprüfen ihrer Funktionsfähigkeit erlauben. Eine solche Überprüfung der
Funktionstüchtigkeit kann entweder kontinuierlich oder gelegentlich durchgeführt
werden. Eine Vorrichtung zum Testen der Zuverlässigkeit bzw. der
Funktionssicherheit einer zweiten (Überwachungs-) Vorrichtung muß den spezifischen
Besonderheiten einer solchen Überwachungsvorrichtung angepaßt
sein.
Bei vielen Überwachungsvorrichtungen ist ein Sensor das Bauteil, daß am
ehesten ausfällt. Eine Vorrichtung zum Testen der Zuverlässigkeit einer (Überwachungs-)
Vorrichtung muß daher den Charakteristiken eines solchen Sensors
Rechnung tragen.
Aus der US-PS 42 19 805 ist eine Einrichtung zum Erfassen und zum Fangen
eisenhaltiger Verschleißteilchen bekannt, bei der die vorhandenen eisenhaltigen
Teilchen nicht nur erfaßt werden, sondern für jedes der erfaßten Eisenteilchen
ein Signal erzeugt wird. Über die Amplitude und das Abklingverhalten
derartiger Signale soll ein Rückschluß auf die Masse der einzelnen Teilchen ermöglicht
werden. Anhand dieser Signalparameter soll über eine geeignete logische
Schaltung ein Aufschluß hinsichtlich der Bedeutung der einzelnen Teilchen
gegeben und eine Messung der Gesamtmenge der erfaßten Teilchen ermöglicht
werden.
Bei der Vorrichtung gemäß der US-PS 42 19 805 ist eine Überprüfung der Zuverlässigkeit
vorgesehen, bei der ein Computer einen periodischen Testbefehl
oder ein entsprechendes Testsignal bereitstellt, um das Funktionieren des
Systems zu überprüfen. Der bei diesem Stand der Technik vorgesehene
Funktionstest beschränkt sich aber auf eine Signalbearbeitungseinrichtung,
was zu Folge hat, daß ein eventueller Ausfall des die Eisenteilchen erfassenden
Sensors unbemerkt bleiben kann.
Aus der britischen Patentschrift GB-PS 21 53 534 A ist ein Geschwindigkeits-
bzw. Wegmesser bekannt, bei dem Drehungen eines magnetischen Rotors
über eine auf ein Magnetkern angeordnete Meßspule erfaßt werden. Der
Meßspule benachbart ist eine weitere Spule angeordnet, die über einen Oszillator
mit Wechselstrom versorgt werden kann, so daß ein magnetisches
Wechselfeld ausgebildet wird, welches sich mit einem aufgrund der Drehung
des Rotors entstehenden Magnetfeld überlagert. In der Meßspule wird
ein Wechselstrom induziert, der Anteile enthält, die zum einen Teil der festgelegten
Ausgangsfrequenz des Oszillators und zum anderen Teil der der Drehung des
Rotors entsprechenden Frequenz entsprechen. Läßt sich in den ausgewerteten
Meßsignalen die Frequenz des Oszillators nachweisen, so wird das als Anzeichen
für ein normales Funktionieren des Magnetsensors bewertet. Ein Fehlen
des der Oszillatorfrequenz entsprechenden Frequenzanteils im Ausgangssignal des
Magnetsensors wird dabei als Anzeichen für eine Fehlfunktion des Magnetsensors
bewertet.
Während bei dem Stand der Technik gemäß der US-PS 42 19 805 keine
Funktionsprüfung hinsichtlich der Vorrichtung zum Erfassen eisenhaltiger
Teilchen vorgesehen ist, ist die Funktionsprüfung bei dem Geschwindigkeits-
oder Wegmesser gemäß der britischen Patentschrift GB-PS 20 37 994 sowohl
im Hinblick auf den Aufbau als auch den Betrieb relativ aufwendig. Es bedarf
dazu nämlich des Einsatzes eines Oszillators, um ein Signal mit festgelegter
Frequenz abzugeben; der Betrieb der Einrichtung für die Zuverlässigkeitsprüfung
ist deshalb aufwendig, weil jedes über einen Magnetsensor erfaßte
Meßsignal mit einem Prüfsignal des Oszillators überlagert ist und demgemäß
dieser Anteil im Verlauf der weiteren Bearbeitung des Meßsignals wieder
herausgefiltert werden muß.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine Vorrichtung bzw. ein
System zum wahlweisen Erfassen und Fangen eisenhaltiger Verschleißteilchen,
die in und mit Flüssigkeit in einem Hydraulikkreis zirkulieren, in einfacher
Weise eine Vorrichtung zum Testen der Zuverlässigkeit des Systems zu
schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum wahlweisen
Erfassen und Fangen eisenhaltiger Verschleißteilchen nach dem Merkmal
a) des Patentanspruchs 1 durch die Merkmale (b bis d) gelöst.
Zu diesem Zweck reicht die Erfindung bis zu einem Über
wachungskonzept und einer Überwachungseinrichtung für
Fühler, die für sich Fühler darstellen, von denen die
Überwachung des sicheren Betriebs von oftmals lebens
wichtigen Maschinen und Motoren erwartet wird. Solange
die Fühleranordnung intakt ist, bleibt die Funktion zu
verlässig. Unter Ausschluß des Gehäuses besteht der
Fühler nur aus zwei Komponententeilen, nämlich einem
Magnetkern und einer Fühlerspule. Da der Magnetkern ein
rauhes und passives Teil ist, muß nur die Fühlerspule
einer speziellen Betrachtung unterzogen werden. Wenn es
beschädigt wird oder ausfällt, wird das gesamte, den
Fehler erfassende, frühe Ausfallnachweissystem nutzlos
und die zu schützende Anordnung wird einer möglichen Zer
störung ausgesetzt.
Vorstehende Nachteile können vermieden werden, indem eine
zweite Spule zu der vorhandenen Fühlerspule eingesetzt
wird, die damit induktiv gekoppelt wird, im übrigen aber
isoliert ist. Andere Vorteile dieser Verbesserungen be
stehen nunmehr in der Fähigkeit die Integrität oder
Integriertheit des Schaltkreises der zweiten Spule her
zustellen, wobei unberechenbare und fehlerhafte Test
signale und Berichte ausgeschlossen werden.
Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Er
findung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung
werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher erläutert. In dieser zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
vorhandenen Fühlersystems und dessen
Grundkomponenten;
Fig. 2 eine schematische gleiche Dar
stellung des Fühlers gemäß der Er
findung zusammen mit seiner Be
schaltung und seinen Betriebsschalt
kreisen.
Zur Erleichterung der Beschreibung in diesem Falle wird
zunächst auf das bekannte System gemäß Fig. 1 Bezug ge
nommen, und zwar zum Vergleich mit dem in Fig. 2 darge
stellten verbesserten erfindungsgemäßen System, wobei
gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile
bezeichnen.
Der Fühlerschaltkreis 10 des Systems besteht aus dem
Sensor 12, einem Vorverstärker 14 und einem Signalauf
bereiter 16, die über Mehrleiterkabel 18A und 18B mit
einander verbunden sind.
Der Fühler 12 besteht aus einem Permanentmagneten 20 in
Nord-Süd-Orientierung (wie gezeigt), und weist ein im
wesentlichen zylindrisches Weicheisenpolstück 22 auf, das
sich axial von dem Magneten 20 erstreckt, und aus einer
Fühlerspule 24, die um besagtes Weicheisenpolstück 22 an
geordnet ist. Die gesamte Teileanordnung ist in einem
zylindrischen Gehäuse 26 aus einem vorzugsweise nicht
ferritischem Werkstoff hergestellt. Eine der beiden
Stirnseiten 26A des Gehäuses 26 weist ein Loch 26B auf,
um sicherzustellen, daß die Stirnseite 22A des Weich
eisenkerns 22 sich in gleicher Ebene damit befindet. Das
Gehäuse 26 hat verschiedene Ausgewinde (nicht gezeigt)
oder Flansche (nicht gezeigt), die an der Außenseite für
seine Installation an oder innerhalb von Kesseln,
hydraulischen Leitungen oder vergleichbaren Elementen an
gebracht sind, wobei die Stirnseite 26A des Gehäuses 26
und die Stirnseite 22A des Weicheisenkerns 22 immer dem
zu überwachenden Medium ausgesetzt ist, wie beispiels
weise Schmieröl.
Die andere Stirnseite 26C weist nicht gezeigte Ver
bindungen für die Leitung 18A auf, die mit einem Vorver
stärker 14 verbunden ist. Dann führt die Leitung 18b zu
der Vorrichtung zur Signalaufbereitung 16, wohingegen das
Kabel 18C zu einer Spannungsquelle (nicht gezeigt) führt.
Der Betrieb des Systems ist wie folgt: Der Permanent
magnet 20 erzeugt ein Magnetfeld in einer Nordsüd
orientierten Schaltung, das durch den Weicheisen
kern 22 fließt. Demgemäß wird durch die ferromagnetischen oder Eisenteile,
die an der Stirnfläche 22A des Weicheisenkerns 22 vorbeifliegen und von
diesem angezogen werden und dabei die magnetischen Feldlinien schneiden,
ein Spannungsimpuls proportional zur Masse oder Gruppe von Massen
erzeugt, wenn daran mehr als ein Partikel beteiligt ist. Dieser Impuls wird
durch den Vorverstärker 14 durchgeschaltet und führt zu einem Signalformer,
der die ankommenden verstärkten Impulse in zwei Kategorien unterteilt, und
zwar in Impulse, verursacht durch sämtliche Partikel größer als beispielsweise
5 mg und solche, verursacht durch große Teile, die größer sind als 40 mg.
Gemäß Kundenwünschen können eine Vielzahl von Anzeigevorrichtungen und
Ereigniszähler vorgesehen werden.
Vorstehende Anordnung und die Beschreibung deren Betriebs
betreffen sowohl einen Fühler und ein Fühlsystem, die
vollständig intakt sind. Im Fall eines Defekts, wo auch
immer dieser sein mag, werden keine Signale irgendwelcher
Art erzeugt oder deren Erzeugung begünstigt und es gibt
keine schnelle Art zur Lokalisierung des Fehlers, selbst
wenn er gefunden wird.
Unter der Voraussetzung, daß der Sensor selbst der
kritischste Systemteil ist und wenn weiter unterstellt
wird, daß der Permanentmagnet und der ebenfalls feste
Weicheisenkern kaum beschädigt werden oder betriebsun
wirksam werden können, dann ist die Fühlerspule 24 das
Teil, das ausfallen kann und zuerst ausfällt, verglichen
mit allen anderen Komponententeilen.
Wenn man sich dies vor Augen hält, besteht der Gegenstand
der Erfindung darin, eine zweite Spule und Spulenwindung
in dem Fühlersystem vorzusehen, die als Diagnostikwindungen
bezeichnet werden können.
Diese Konfiguration ist in Fig. 2 dargestellt, wobei
gleiche Bezugszeichen von in Fig. 1 dargestellten Teilen
falls notwendig, auch dort angebracht werden.
Die Diagnostikspule weist 30 Windungen auf und ist über
der Fühlerspule 24 und deren Windungen angebracht. Dies
kann durch einen getrennten Spulenkörper bewerkstelligt
werden, der konzentrisch über oder benachbart zu dem
Körper der Spule 24 montiert wird. Es ist auch möglich,
daß die Windungen 30 zwischen den Windungen der Spule 24
angebracht werden oder aber es können andere Windungsver
fahren vorgesehen werden, die ebenfalls eine magnetische
Koppelung zwischen den beiden Spulenwindungen zulassen.
Hierdurch wird ein Vierleiterkabel 32A und 24B anstelle
des vorherigen Zweileiterkabels 18A und 18B für den je
weiligen Sensor 12, den Vorverstärker 14 und den Signal
former 16 bzw. die Verbindungen mit diesen Teilen be
nötigt.
Der Grundbetrieb des Fühlers bleibt identisch mit jenen
gemäß Fig. 1. Typische Impulse 34, die in Richtung des
Pfeiles 34A wandern in einem Paar der Vierleiterkabel 32A
und 32B sind dargestellt. Diese Impulse sind durch vor
beifließende oder eingefallene Eisenpartikel erzeugt
worden und werden durch den Vorverstärker 14 und jeweils
dem Signalformer 16 verarbeitet.
Um die Integrität bzw. das Zusammenwirken des Sensor
systems sicherzustellen, werden die Hauptwindungen, bei
spielsweise die Spule 24 getestet, wozu ein herkömmlicher
Signalgenerator 36 zu dem Signalformer 16 hinzugefügt
wird.
Durch Schließen des Schalters 38 wird der Signalgenerator 36 eingeschaltet
und ein Systemtest eingeleitet. Die von dem Signalgenerator 36 erzeugten
Testpulse 40 werden in dem zweiten Leiterpaar des Vierleiterkabels 32a und
32b in Richtung des Pfeiles 40a zu der Diagnostikspule 30 geleitet. Die Pulse
40 induzieren in der Spule 24 - sicherer und richtiger Betrieb des Sensors vorausgesetzt -
Pulse 34, die den Pulsen gleichen, die durch vorbeifließende oder
eingefangene Eisenteilchen erzeugt werden. Die Pulse werden dann vorverstärkt
und dem Signalformer 16 zugeleitet. Um Interferenzen zu vermeiden
ist ein Leiter des zweiten Vierleiterkabels 32a und 32b an den Leiterenden in 32c
und 32d geerdet.
Die Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung dient für
die Integrität bzw. die Gesamtfunktionsfähigkeit eines
Systems mit dem Fühlen und wahlweisen Einfangen von in
und mit einer Hydraulikflüssigkeit zirkulierenden Eisen
verschleißteilchen, wobei die durch das Fühlen bzw. Ein
fangen erzeugte Signale verarbeitet und angezeigt werden.
Die Vorrichtung weist Einrichtungen zur Erzeugung von
Signalen auf, die mit jenen aufgrund der Verschleißteil
chen vergleichbar sind. Sie weist auch Einrichtungen zur
induktiven Koppelung des generierten Signals mit der Ein
richtung zum Fühlen und Nachweisen von Verschleißteilchen
auf.
Diese induktiv erzeugten Signale gleichen den Signalen, die durch eisenhaltige
Verschleißteilchen induziert werden. Sie werden durch die Einrichtungen zum
Fühlen und Einfangen von Verschleißteilchen auf die gleiche Weise verarbeitet
und angezeigt, so daß eine ordnungsgemäße Verarbeitung anzeigt, daß beide
Einrichtungen in Betriebsbereitschaft sind. Insbesondere wird dabei die
ordnungsgemäße Funktion der Spule des aus einem Permanentmagneten,
einem Weicheisenkern und einer Spule bestehenden Fühlers bzw. Sensors des
Systems zum wahlweisen Erfassen und Fangen eisenhaltiger Verschleißteilchen
überprüft. Der
Sensor weist einen Signalgenerator auf, der Diagnostik
signalimpulse generieren kann, die mit jenen vergleichbar
sind, welche durch die Eisenteilchen erzeugt werden. Der
Fühler weist ebenso eine Fühlerspule mit Windungen auf,
die in Kombination mit der Fühlerspule so angeordnet
sind, daß eine induktive Koppelung damit möglich ist und
dabei erzeugte Diagnostiksignalimpulse übermittelt werden
können, um mit derselben Systemanordnung für die ver
schleißbedingten Impulse verarbeitet und angezeigt zu
werden, wenn das gesamte System sich in Betriebbedingung
befindet, wodurch dies festgestellt wird.
Es wird nun augenscheinlich und anmerkenswert, daß im
Fall eines Ausfalls oder Defektes irgendwo im Sensor und/oder
Diagnostiksystem keine Antwort abgegeben wird, wenn
der Schalter 38 zum Zwecke des Testes betätigt wird.
Dieser Betriebszustand erfordert die sofortige Über
prüfung des Fühlers und des Diagnostiksystems und deren
Reparatur oder das Abschalten des überwachten Vor
richtungsbetriebs.
Der Fühler und das damit kombinierte Diagnostiksystem
braucht nicht nur für periodische Überwachung und Über
prüfung des Fühlerschaltkreises des Teiles eingesetzt zu
werden, sondern kann praktisch auf alle anderen System
teile einschließlich Leitungsverbindungen und
kommerzielle Hardware angewendet werden. Es darf jedoch
nicht vergessen werden, daß die Anzeige eines Ausfalls
des Fühlers und des Diagnostiksystems nicht nur not
wendigerweise den Ort des Fehlers anzeigt, noch die Art
der erforderlichen Abhilfetätigkeit.
Claims (1)
- Vorrichtung zum Testen der Zuverlässigkeit eines Systems zum wahlweisen Erfassen und Fangen eisenhaltiger Verschleißteilchen, die in und mit Flüssigkeit in einem Hydraulikkreis zirkulieren und zur Verarbeitung von Anzeigesignalen, die durch die erfaßten bzw. nachgewiesenen und gefangenen Teilchen erzeugt werden, mit
- a) einer Einrichtung zum Erfassen und zum Fangen der eisenhaltigen Teilchen, die eine im wesentlichen zylinderförmige Magneteinrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist, derart, daß die Teilchen von der Endfläche der Magneteinrichtung angezogen und gefangen werden, und eine erste induktive Spule, die sich über der Magneteinrichtung befindet und mit einer Fühlereinrichtung verbunden ist, die Änderung der elektrischen Spannung mißt, die in der ersten Spule durch Änderungen des Magnetfeldes aufgrund einer Ansammlung eisenhaltiger Verschleißteilchen induziert werden,
- b) einer Einrichtung zum Erzeugen diagnostischer Signale, mit der elektrische Änderungen erzeugt werden können, die den elektrischen Spannungsänderungen vergleichbar sind, die durch eisenhaltige Teilchen mittels der Magneteinrichtung in der ersten Spule erzeugt werden,
- c) einer über der Magneteinrichtung der ersten Spule benachbart angeordneten zweiten Spule, die für eine induktive Kopplung der erzeugten Diagnosesignale mit der ersten Spule mit dem Diagnosesignalgenerator verbindbar ist, wobei
- d) die von der ersten Spule erzeugten Diagnosesignale zur Induktion elektrischer Spannungsänderungen zur zweiten Spule elektrisch gekoppelt werden, wobei ausgehend von den über die erfaßten, von diagnostischen Signalen hervorgerufenen elektrischen Änderungen festgestellt werden kann, ob beide Einrichtungen fehlerfrei arbeiten.
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