DE4432808A1 - Sensorsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Bisher sind zur Werkzeugüberwachung Körperschall- und Schwingungssensoren bekannt, die auf ein ortsfestes Ma­ schinenbauteil montiert werden. Die Körperschall- bzw. Schwingungssignale müssen dann von ihrem Entstehungsort über mehrere Maschinenelemente, die teilweise translato­ risch und/oder rotatorisch bewegt werden oder bewegbar sind und damit über mehrere Trennstellen zwischen den Maschinenelementen bis zu der Stelle des ortsfesten Ma­ schinenelementes transportiert werden, an dem sich der Sensor befindet. Es ist bekannt, daß insbesondere an jeder Trennstelle zwischen zwei Maschinenelementen, aber auch in jedem Maschinenelement selbst Schwingungssignale und ins­ besondere Körperschallsignale, insbesondere wenn es sich um hohe Frequenzbereiche handelt, stark gedämpft werden.

Im Falle der Werkzeugüberwachung ist es deshalb das Ziel, die Schwingungs- oder Körperschallsensoren möglichst dicht an die Stelle zu bringen, wo der Bearbeitungsvorgang statt­ findet. Somit sollte sich der Sensor möglichst auf dem Werkzeugstück oder auf dem Werkzeug befinden. Da es sich beim Werkstück und Werkzeug um Bauteile handelt, die wie­ derholt ausgetauscht werden, ist eine Anbringung der Sen­ soren auf diesen nicht sinnvoll.

Bei rotierenden Werkzeugen, wie z. B. Bohrwerkzeugen, Ge­ windeschneidwerkzeugen, Reibwerkzeugen oder Fräswerkzeugen wird das Schwingungs- oder Körperschallsignal vom Werkzeug über die Werkzeugaufnahme bzw. die Spannvorrichtung in die Welle geleitet und von dort aus über eine Lagerung auf ein Spindelgehäuse. Gemäß dem Stand der Technik werden die Körperschallsensoren heute auf ein solches Spindelgehäuse befestigt und die Körperschallüberwachung muß mit stark gedämpften Körperschall- oder Schwingungssignalen arbei­ ten, welches der Überwachungsqualität schadet. Ferner muß sie mit Störgeräuschen aus der Lagerung, die oft eine Wälzlagerung ist, zurechtkommen.

Oft besteht heute auch die Forderung, zum Zwecke der Werk­ zeugüberwachung das Schwingungs- oder Körperschallsignal vom Werkstück abzunehmen. Da auch dieses naturgemäß oft ausgetauscht wird, wäre die ideale Befestigungsstelle für Sensoren der Werkstückträger oder die Werkstückspannvor­ richtung. Bei Bearbeitungszentren, Fräs- oder Bohrmaschi­ nen werden die Werkstücke jedoch oft auf Paletten ge­ spannt, die über entsprechende Schlittenführungssysteme zu den Zerspanungswerkzeugen transportiert und nach der Zer­ spanung wieder wegtransportiert werden, um die Paletten außerhalb des eigentlichen Bearbeitungsraumes mit Werk­ stücken zu be- und entladen. Es ist möglich, einen Schwin­ gungs- oder Körperschallaufnehmer an der Werkstückaufnahme bzw. Spannvorrichtung oder an der Palette zu montieren; dies hat allerdings aufgrund des Anschlußkabels den Nach­ teil, die Bewegung der Paletten bzw. Schlitten zu behin­ dern, falls nicht zusätzlich Übertragungsvorrichtungen für das Körperschallsignal geschaffen werden. Ohne diese Über­ tragungsvorrichtung kann ein Körperschallsensor derzeit nur an den ortsfesten Schlittenführungen angebracht wer­ den, wobei das Signal, welches von dem Werkstück ausgeht, über die verschiedenen Trennebenen zwischen den Maschinen­ elementen und den Maschinenelementen selbst erheblich gedämpft wird. Solche dazwischenliegenden Maschinenele­ mente sind z. B. die Werkstückträger bzw. die Spannvorrich­ tung selbst, die Palette, der Tisch mit seinen eigenen Führungseinheiten und die zwischen Tisch und Führungsein­ heiten befindlichen Bauelemente wie z. B. Stirnzahnringe, die dazu dienen, daß sich der Tisch gegenüber seinen Füh­ rungen zur Positionierung des Werkstückes drehen kann.

Drehwerkzeuge befinden sich oft auf einem Werkzeugrevol­ ver, der mit mehreren Werkzeugen bestückt ist. Während der Nebenzeiten schwenkt der Werkzeugrevolver die auf seiner Revolverscheibe bzw. auf seinem Revolverkopf befindlichen Werkzeuge in eine andere Position, so daß anschließend die Bearbeitung des Werkstückes mit einem anderen Werkzeug fortgesetzt werden kann. Gemäß dem Stand der Technik wer­ den Körperschallsensoren heute auf das Revolvergehäuse montiert. Die Schwingungs- bzw. Körperschallsignale müssen bis zum Sensor den Weg vom Werkzeug über den Werkzeughal­ ter zum Werkzeugträger dann über die Revolverscheibe bzw. den Revolverkopf, welche meist noch über ein oder mehrere Stirnzahnringe verfügen, zum Revolvergehäuse und dann zum Sensor zurücklegen. Auch hier ist die Dämpfung des Signa­ les durch die vielen Koppel stellen zwischen den einzelnen Maschinenelementen erheblich.

Geräuscherzeugende Bauteileinheiten, wie z. B. Motoren, Getriebe etc. dürfen heute gemäß Kundenvorschrift ein gewisses Geräuschniveau nicht überschreiten. Gemäß dem Stand der Technik wird dieses Problem heute derart gelöst, daß in schallarmen Prüfkabinen der Luftschall, der durch die Bauteileinheit abgegeben wird, über Luftschallmikro­ phone erfaßt und geeigneten Prüf- oder Überwachungsgeräten zugeführt wird.

Bei einem bekannten Sensorsystem zur Körperschallmessung ist ein separater Körperschallsensor auf einem translato­ risch oder rotatorisch bewegten Maschinenelement, in die­ sem Falle ein Mehrspindelbohrkopf, montiert und die Kör­ perschallsignale werden zu einem sogenannten Rotor ge­ führt, wo sie verstärkt und an den Stator übergeben wer­ den. Diese Vorrichtung speist jedoch elektrische Energie in den Rotor ein, womit die Verstärkung bzw. die Signal­ aufbereitung erfolgen kann, um das Körperschallsignal an den Stator zu übertragen. Ein derartiges Sensorsystem hat außerdem den erheblichen Nachteil, daß es viele Bauelemen­ te benötigt, demzufolge entsprechend teuer ist und ins­ besondere viel Platz benötigt.

Die DE 33 30 519 A1 beschreibt ein Verfahren zur berüh­ rungslosen Übertragung eines Signales von einem aus­ schließlich rotierendem Bauteil auf ein feststehendes Bauteil wobei die Signalübertragung durch zwei induktiv miteinander gekoppelte Spulen vorgenommen wird. Die sen­ sorseitige Spule ist Bestandteil eines Resonanzschwing­ kreises mit einem piezoelektrischen Wandler bildet. Eine derartige Anordnung ist bereits sehr platzsparend. Bei diesem Verfahren ist jedoch nachteilig, daß sensorseitig eine Reihe von Bauteilen zum Aufbau des Resonanzschwing­ kreises erforderlich sind und ferner über eine Gegeninduk­ tivität weitere Bauteile auf der Empfängerseite benötigt werden. Das Verfahren gemäß DE 33 30 519 A1 ist nur für rotierende Bauteile vorgesehen und/oder benötigt eine größere Menge an aktiven und passiven elektronischen Bau­ teilen.

Die DE 40 07 838 C2 beschreibt eine Vorrichtung zur Berüh­ rungserkennung an Schleifmaschinen. Diese Vorrichtung kommt dabei, ähnlich wie das letztgenannte Verfahren zur Übertragung von Meßsignalen ohne Hilfsenergiequelle im Sensorteil aus. Ihre Anwendung ist ausschließlich auf die Erkennung von Berührungen zwischen einer, einen ersten Körper bildenden Schleifscheibe und einem zu schleifenden, einen zweiten Körper bildenden Werkstück begrenzt. Ferner ist sie begrenzt auf die Anwendung auf rotierenden Wellen von Schleifscheiben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schwingungs- oder Körperschallsignale von translatorisch oder rotato­ risch bzw. translatorisch und rotatorisch bewegbaren Ma­ schinenelementen, auf denen sich Werkzeuge, Werkstücke oder geräuscherzeugende Bauteileinheiten befinden, draht­ los abzugreifen und an eine entsprechende Überwachungs- oder Prüfeinrichtung weiterzuleiten.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des An­ spruchs 1.

Das Sensorsystem zur Messung von Schwingungs- und/oder Körperschallsignalen für die Überwachung von Werkzeugen oder geräuscherzeugenden Bauteilen in Werkzeug- oder Prüf­ maschinen greift die Körperschallsignale von einem Maschi­ nenelement ab, das translatorisch oder rotatorisch bzw. translatorisch und rotatorisch bewegbar ist.

Die Erfindung schafft ein Sensorsystem, welches die Kör­ perschallsignale bereits von der Palette bzw. von der Werkstückträger- oder Werkstückspannvorrichtung abgreift und damit die beschriebene Dämpfung des Körperschallsigna­ les vermeidet.

Die Lösung des vorstehend beschriebenen Problems soll erfindungsgemäß mit einem Sensorsystem gelöst werden, welches sensorseitig lediglich einen Gehäusekörper, ein piezoelektrisches oder elektrodynamisches Schwingungsele­ ment und eine Primärspule besitzt und, wobei empfängersei­ tig lediglich eine Sekundärspule in einem entsprechenden Gehäuse vorhanden ist. Ein derartiges Sensorsystem kommt in verschiedenen Anwendungen zum Einsatz.

Ferner ermöglicht die Erfindung eine verbesserte Überwa­ chung von Kollisionen zwischen Schleifscheiben und anderen Maschinenelementen in einer Schleifmaschine und eine bes­ sere Abrichtüberwachung von Schleifscheiben, wie sie heute mit kabelführenden ortsfesten Körperschallaufnehmern an nicht rotierenden Teilen von Schleifscheiben vorgenommen werden.

Es ist auch möglich, das Sensorsystem zur Geräuschmessung in Prüfständen oder Prüfvorrichtungen, in denen diese Bauteileinheiten heute ohnehin hinsichtlich anderer Funk­ tionskriterien geprüft werden, das durch sie abgegebene Geräusch oder Schwingungssignal durch einen Schwingungs- oder Körperschallsensor zu erfassen. Dadurch werden die schallarmen Prüfstände überflüssig. Auch in diesem Fall besteht, wie bei der Bohr- oder Fräsmaschine bzw. dem Bearbeitungszentrum das Problem, daß sich die Baueinheiten auf einer Transportvorrichtung befinden, die beweglich ist, und daß Kabel eines Schwingungs- oder Körperschall­ sensors, welches auf dieser Transportvorrichtung befestigt wäre, unzulässig stören würde.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit elektrischem Isola­ tor,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit einem Sensorgehäuse aus Isoliermaterial,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Sensorelemente versenkt angeordnet sind,

Fig. 5 eine Empfängervorrichtung mit integriertem Ver­ stärker,

Fig. 6 ein Empfänger- oder Sensorgehäuse mit Befesti­ gungsnut,

Fig. 7 ein Empfänger- oder Sensorgehäuse mit einem Be­ festigungsbund,

Fig. 8 ein Sensorsystem mit einer einzigen Empfänger­ vorrichtung und mehreren Sensorvorrichtungen,

Fig. 9 eine Anordnung des Sensorsystems bei Werkzeugre­ volvern an Drehmaschinen,

Fig. 10 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Sensorsy­ stems für Werkzeugrevolver,

Fig. 11a ein Ausführungsbeispiel des Sensorsystems in einem Bearbeitungszentrum mit Palettenstationen,

Fig. 11b eine Draufsicht zu Fig. 11a,

Fig. 12 ein Ausführungsbeispiel des Sensorsystems am offenen Wellenende einer Bohr- oder Frässpindel,

Fig. 13 ein Ausführungsbeispiel des Sensorsystems an einem Geräuschprüfstand, und

Fig. 14 eine Schaltungsanordnung eines Überwachungs­ bzw. Prüfsystems unter Einschluß des erfindungs­ gemäßen Sensorsystems.

Das Sensorsystem besteht im einzelnen aus einer Sensorvor­ richtung 1, die berührungslos mit einer Empfängervorrich­ tung 2 zusammenwirkt. Die Schwingungsenergie eines elek­ trodynamischen oder piezoelektrischen Meßelementes 5 wird ohne weitere Bauelemente mit Hilfe einer mit dem Meßele­ ment 5 elektrisch verbundenen Primärspule 6 berührungslos in der Art eines Transformators auf eine Sekundarspule 7 der Empfängervorrichtung 2 übertragen. Zwischen den sich gegenüberliegenden transformatorischen Spulenpaaren 6, 7 ist ein Luftspalt 8 freigehalten, dessen Weite zwischen ca. 0,2 und 2 mm beträgt. Das Meßelement 5 ist über Ver­ bindungsleitungen 10 mit der Primärspule 6 verbunden, während die Sekundärspule 7 ebenfalls mit elektrischen Anschlußdrähten 10 und einem Kabel 9 mit einem Über­ wachungs- oder Prüfgerät 56 verbunden ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 befindet sich die Sensorvorrichtung 1 und die Empfängervorrichtung 2 jeweils in einem Sensorgehäuse 3 aus Metall bzw. in einem Empfän­ gergehäuse 4 aus Metall. Das Sensorgehäuse 3 ist mit einem Gewindestift in einem translatorisch und/oder rotatorisch bewegbaren Maschinenelement 14 befestigt. Die rotatorische Bewegungsachse des Maschinenelementes 14 ist durch den Pfeil 16 gekennzeichnet während die translatorischen Bewe­ gungsachsen mit den Pfeilen 17 angedeutet sind.

Das Empfängergehäuse 4 aus Metall ist mit einer -Schraube 12 an einem ortsfesten Maschinenelement 15 befestigt.

Das Sensorgehäuse 3 und das Empfängergehäuse 4 weisen vorzugsweise den gleichen Durchmesser auf, sind zylin­ drisch gestaltet und koaxial mit gegenseitigem Abstand in Form des Luftspaltes 8 angeordnet.

Bei der Sensorvorrichtung 1 besteht das Sensorgehäuse 3 aus einer metallischen hohlzylindrischen Hülse, wobei das Meßelement 5 in dem Hohlraum 18 auf dem Bodenelement in geeigneter Weise befestigt ist. Der Hohlraum 18 ist vor­ zugsweise mit einer geeigneten Vergußmasse ausgefüllt, die zugleich die Primärspule 6 in ihrer Lage hält.

Das Empfängergehäuse 4 besteht ebenfalls aus einer hohl­ zylindrischen metallischen Hülse mit einem Hohlraum 19 in dem die Sekundärspule 7 in einer Vergußmasse eingebettet ist. Aus dem Gehäuse 4 ist ein Kabel 9 herausgeführt. Der Boden des Empfängergehäuses 4 weist ein Gewinde 11 auf, das zur Befestigung des Empfängergehäuses 4 an dem orts­ festen Maschinenelement 15 mit Hilfe der Schraube 12 dient.

Die elektrische Masse des Meßelementes 5 ist über das metallische Gehäuse 3 direkt mit der elektrischen Masse des Maschinenelementes 14 verbunden.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Sensor­ systems, bei dem zwischen dem Meßelement 5 und dem Boden des metallischen Gehäuses 3 ein Isolator 20 angeordnet ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist vorgesehen, daß das Gehäuse 21 der Sensorvorrichtung 1 zur elektrischen Isolierung der Masse des Meßelementes 5 gegenüber der elektrischen Masse des Maschinenelementes 14 aus einem elektrisch isolierenden, aber gut schwingungs- oder kör­ perschalleitenden Material, z. B. Isolierkeramik, besteht. Zur Abschirmung der Sensorvorrichtung 1 gegenüber elek­ tromagnetischen Störungen ist eine Abschirmung vorgesehen, die darin besteht, daß das Gehäuse 21 von innen metallisch ausgekleidet ist und diese Auskleidung 22 elektrisch mit der elektrischen Masse des Meßelementes 5 verbunden ist.

Ein zu Fig. 3 alternatives Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 gezeigt. Das Gehäuse 21 besteht hier ebenfalls aus einem elektrisch isolierenden aber gut schwingungs- oder körper­ schalleitenden Material, wobei zur Abschirmung der Sensor­ vorrichtung gegenüber elektromagnetischen Störungen die Sensorvorrichtung 1 in das Maschinenelement 14 eingelassen ist. Das Sensorgehäuse 21 ist mit Hilfe eines Klebers 23 in einer Aussparung 26 des Maschinenelementes 14 versenkt angeordnet.

Die Empfängervorrichtung 2 ist entsprechend mit Hilfe eines Klebers 24 in einer Aussparung 27 des Maschinenele­ mentes 15 versenkt befestigt. Bei diesem Ausführungsbei­ spiel weist das Maschinenelement 15 eine Bohrung 25 als Kabelabgang für das Kabel 9 auf.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 zeigt eine Empfänger­ vorrichtung 2 mit einer integrierten Impedanzwandler- bzw. -Verstärkeranordnung 29, die über elektrische Verbindungs­ drähte 10 mit der Sekundärspule 7 verbunden sind und an der das Kabel 9 mit Verbindungsdrähten 28 angeschlossen ist.

Fig. 6 zeigt einen Sensor- bzw. Empfängergehäuse mit einem Befestigungsmittel 32 in Form einer Nut, während Fig. 7 einen Sensor- oder Empfängergehäuse mit einem Befesti­ gungsmittel 32 in Form eines Bundes zeigt.

In Fig. 8 ist die Anwendung des Sensorsystems bei Werk­ zeugrevolvern an Drehmaschinen mit mehreren Werkzeughal­ tern 36 dargestellt. Für jeden Werkzeughalter 36 ist eine Sensorvorrichtung 1 vorgesehen, während nur eine Empfän­ gervorrichtung 2 gegenüber der Sensorvorrichtung 1 ange­ ordnet ist, dessen Werkzeug in der Bearbeitungsposition steht. An dem Revolvergehäuse 34 einer Drehmaschine ist mit Hilfe eines Halters, der zugleich das ortsfeste Maschi­ nenelement 15 bildet, eine Empfängervorrichtung 2 befe­ stigt, die über einen Luftspalt 8 von einer gegenüberlie­ genden Sensorvorrichtung 1 berührungslos Meßsignale emp­ fangen kann. Die Sensorvorrichtung 1 ist an einem Werk­ zeughalter 36 an einer Revolverscheibe 35 mit einem oder mehreren Werkzeugen auf der dem Werkzeug abgewandten Seite angeordnet und kann entsprechend dem Teilbild A in den Werkzeughalter 36 eingelassen sein, oder wie im Teilbild B dargestellt, auf diesem aufgesetzt sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird nur eine einzige Empfängervor­ richtung 2 benötigt, die mit der dem in Bearbeitungsposi­ tion befindlichen Werkzeug entsprechenden Sensorvorrich­ tung 1 korrespondiert. Das an dem Werkzeughalter 36 befe­ stigte Werkzeug 39 bearbeitet ein Werkstück 38.

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Sensor­ system in einem Werkzeugrevolver in Drehmaschinen einge­ setzt ist. Die Revolverscheibe 35 kann eine beliebige Anzahl von Werkzeughaltern 36 aufweisen. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel ist nur eine einzige Sensorvorrichtung 1 und eine einzige Empfängervorrichtung 2 im Revolverzentrum in dessen Rotationsachse angeordnet. Mit 34 ist ein Revol­ vergehäuse einer Drehmaschine bezeichnet, mit 40 die Hohl­ welle eines Werkzeugrevolvers. Konzentrisch mit der Hohl­ welle 40 ist eine ortsfeste Haltevorrichtung 47 in dem Werkzeugrevolver angeordnet, die an ihrer der Revolver­ scheibe 35 zugewandten Stirnfläche unter Einhaltung des Luftspaltes 8 in einer Aussparung 27 die Empfängervorrich­ tung 2 aufnimmt, die bündig mit der Stirnfläche ab­ schließt. Die Revolverscheibe 35 nimmt koaxial zu der Empfängervorrichtung 2 die Sensorvorrichtung 1 in einer Aussparung 26 auf, wobei die Sensorvorrichtung 1 ebenfalls bündig mit der der Haltevorrichtung 47 zugewandten Stirn­ fläche der Revolverscheibe 35 abschließt.

Mit diesem Sensorsystem ist es möglich, die Schwingungs- oder Körperschallsignale direkt von der Revolverscheibe 35 abzunehmen.

Mit dem Pfeil 37 ist die Taktrotation der Revolverscheibe 35 angedeutet und mit dem Pfeil 42 ist die Abhebebewegung der Revolverscheibe zur Taktrotation dargestellt.

Fig. 10 zeigt ein Fig. 9 entsprechendes Ausführungsbei­ spiel, bei dem jedoch das Sensorsystem am hinteren stirn­ seitigen Ende der Hohlwelle 40 angeordnet ist. Die Hohl­ welle 40 rotiert mit der Revolverscheibe 35, wobei die Sensorvorrichtung 1 und die Empfängervorrichtung 2 koaxial zu der Rotationsachse 16 der Revolverscheibe angeordnet sind. Die Empfängervorrichtung 2 ist dabei an einem orts­ festen Maschinenelement 15, wie zuvor beschrieben, befe­ stigt, das aus einem Halter 33 bestehen kann.

Fig. 11a, b, zeigt eine Fräs- oder Bohrmaschine bzw. ein Bearbeitungszentrum mit Palettenstationen. Eine jeweils um 90° verdreht positionierbare, beispielsweise quadratische Palette 44 befindet sich in der Bearbeitungsstation. An jeder der vier seitlichen Stirnflächen ist jeweils koaxial zu der jeweiligen Mittelachse durch die Palette 44 eine Sensorvorrichtung 1 versenkt angeordnet. Mindestens eine Empfängervorrichtung 2 ist an einem ortsfesten Maschinen­ element 15 befestigt und mit einer Schutzhülle 45 umgeben. Es können auch mehrere Empfängervorrichtungen 2 gegenüber den jeweiligen Positionen der Sensorvorrichtung 1 angeord­ net sein. Die Palette 44 ist auf einem Positionier- bzw. Takt- oder Drehtisch 46 angeordnet, der über Führungen 48 mit dem Maschinenbett bzw. einer Führungsaufnahme 49 ver­ bunden ist. Auf der Palette 44, die das translatorisch und/oder rotatorisch bewegbare Maschinenelement 14 bildet, ist ein Werkstück 38 mit Hilfe einer Werkstückspannvor­ richtung 43 befestigt. Auf das Werkstück 38 wirkt bei­ spielsweise ein Fräswerkzeug 39 ein, dessen induzierte Körperschall- und Schwingungssignale von dem Sensorsystem aufgenommen werden.

Fig. 12 zeigt ein Anwendungsbeispiel für das Sensorsystem bei einer Bohr- oder Frässpindel 50, die an ihrem vorderen und hinteren Ende mit Hilfe von Lagerungen 51 drehbar gelagert ist. Als Werkzeug 39 ist ein Bohrer eingesetzt.

Am freien Wellenende der Spindel 50 ist koaxial zu der Rotationsachse der Spindel 50 eine Sensorvorrichtung 1 angeordnet. Gegenüber dieser mit der Spindel 50 rotieren­ den Sensorvorrichtung 1 ist unter Einhaltung des Luftspal­ tes 8 eine ortsfest an einem Halter 33 befestigte Empfän­ gervorrichtung 2 koaxial zu der Spindelachse angeordnet.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 13 ist die Anwendung des Sensorsystems bei einem Geräuschprüfstand dargestellt. Eine Transportvorrichtung 53, auf der eine Bauteileinheit 52 angeordnet ist, wird zur Prüfung auf eine Geräuschprüf­ maschine 55 unter Zwischenschaltung von Geräusch- bzw. Schwingungsdämpfern 54 aufgesetzt. Die Sensorvorrichtung 1 wird an einer Stirnseite der Transportvorrichtung befe­ stigt, während die Empfängervorrichtung 2 über eine mit der Geräuschprüfmaschine 55 als ortsfestes Maschinenele­ ment 15 verbundene Halterung 33 so angeordnet ist, daß die Empfängervorrichtung 2 unter Einhaltung des Luftspaltes 8 im Abstand und koaxial zu der Sensorvorrichtung 1 positio­ niert ist.

Bei der Geräuschprüfung von geräuscherzeugenden Bauteil­ einheiten, wie z. B. Motoren, Getriebe usw., wird das Sensorsystem zur Erkennung der Geräuschqualität der Bau­ teileinheit eingesetzt. Mit Hilfe von Prüf- bzw. Überwa­ chungsgeräten in Verbindung mit dem Sensorsystem kann eine Geräuschqualitätsprüfung vorgenommen werden.

Fig. 14 ist eine schematische Darstellung eines Überwa­ chungs- bzw. Prüfsystems unter Anwendung des Sensorsystems 1, 2. Dieses Sensorsystem erzeugt Schwingungs- und/oder Körperschallsignale, die über ein Kabel 9 einem Über­ wachungs- oder Prüfgerät 56 übertragen werden und dort nach Auswertung über eine Schnittstelle 57 einer Maschi­ nen- oder Prüfgerätesteuerung 58 zugeführt werden, wodurch das Sensorsystem zur Prozeßüberwachung eingesetzt werden kann.

Bei der Überwachung der Werkzeuge handelt es sich um die Erkennung von Überwachungskriterien, wie Werkzeugkontakt, Werkzeugbruch, Werkzeugausbruch, Werkzeugverschleiß oder Werkzeugschwingungen.

Claims (10)

1. Sensorsystem aus einer Schwingungs- oder Körper­ schall-Sensorvorrichtung (1) und einer Empfängerein­ richtung (2) mit einem transformatorischen Spulenpaar (6, 7), das die Schwingungsenergie eines elektrodyna­ mischen oder piezoelektrischen Meßelementes (5) über die mit dem Meßelement (5) elektrisch verbundene, in der Sensorvorrichtung (1) angeordnete Primärspule (6) auf die Sekundärspule (7) des transformatorischen Spulenpaars (6, 7) berührungslos überträgt, wobei die Sekundärspule (7) in der zu der Sensorvorrichtung (1) mit einem Luftspalt (8) mit Abstand gehaltenen Emp­ fängervorrichtung (2) angeordnet ist, die das gemes­ sene und transformierte Schwingungs- oder Körper­ schall-Meßsignal weiterleitet, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Meßelement (5) ohne weitere Bauelemente direkt an die Primärspule (6) angeschlossen ist, und an einem translatorisch und/oder rotatorisch bewegbaren Maschinenelement (14) befestigt sind,
• - daß die Empfängervorrichtung (2) an einem orts­ festen Maschinenelement (15) angeordnet ist, und
• - daß die Sensorvorrichtung (1) und die Empfänger­ vorrichtung (2) zumindest während des Überwa­ chungsvorgangs mit ihrer Primär- und Sekundär­ spule (6, 7) unter Beibehaltung des Luftspaltes (8) gegenüberliegend positioniert sind.

2. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere bewegbare Maschinenelemente (14) jeweils eine Sensorvorrichtung (1) aufweisen, von denen eine der Sensorvorrichtungen (1) jedesmal dann ein Meßsi­ gnal in die Empfängervorrichtung (2) am ortsfesten Maschinenelement (15) transformiert, wenn das beweg­ bare Maschinenelement (14) mit seiner Sensorvorrich­ tung (1) so positioniert ist, daß sich die Primär- und Sekundärspule (6, 7) unter Einhaltung des Luft­ spaltabstandes gegenüberstehen.

3. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere bewegbare Maschinenelemente (14) jeweils mehrere Sensorvorrichtungen (1) aufweisen, und daß jede dieser Sensorvorrichtungen (1) jedesmal dann ein Meßsignal in die Empfängervorrichtung (2) am ortsfesten Maschinenelement (15) transformiert, wenn das bewegbare Maschinenelement (14) mit seiner Sen­ sorvorrichtung (1) so positioniert ist, daß sich die Primär- und Sekundärspule unter Einhaltung des Luft­ spaltabstandes gegenüberstehen.

4. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß außer mindestens einer Sensorvorrichtung (1) an einem oder mehreren beweg­ baren Maschinenelementen (14) auch mehrere Empfänger­ vorrichtungen (2) an ortsfesten und/oder bewegbaren Maschinenelementen (14, 15) angeordnet sind, wobei dann Meßsignale von einer beliebigen Sensorvorrich­ tung (1) in eine beliebige Empfängervorrichtung (2) transformiert werden, wenn eine Sensorvorrichtung (1) so gegenüber einer Empfängervorrichtung (2) positio­ niert sind, daß sich die Primär- und die Sekundär­ spule (6, 7) unter Einhaltung des Luftspaltes (8) gegenüberstehen.

5. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4-7 da­ durch gekennzeichnet, daß die Primär- und die Sekun­ därspule (6, 7) der Sensor- und Empfängervorrichtung (1, 2) im wesentlichen koaxial zueinander stehen und der Luftspalt (8) bzw. der Abstand zwischen ihnen nicht weniger als ca. 0,2 aber nicht mehr als ca. 2 mm beträgt, jedoch bei gegeneinander austauschbaren Sensor- und Empfängervorrichtungen (1, 2) stets den­ selben Luftspaltabstand haben.

6. Sensorsystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensorvorrichtung (1) und/oder die Empfängervorrichtung (2) in einer Aussparung (18, 19) des jeweiligen Maschinenelementes (14, 15) versenkt angeordnet sind.

7. Sensorsystem nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensor- und/oder der Empfängervor­ richtung (1, 2) einen abgesetzten Bund (32) oder eine Nut hat, welche teilweise oder vollständig das Gehäu­ se (3, 4) umgeben und zur form- oder kraftschlüssigen Montage der Gehäuse (3, 4) in den Maschinenelementen (14, 15) mittels geeigneter Spannmittel dienen.

8. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß kein elektrischer Isolator (20) zwischen dem Meßelement (5) und dem metallischen Gehäuse (3) der Sensorvorrichtung (1) angeordnet ist und damit die elektrische Masse des Meßelementes (5) über das metallische Gehäuse (3) mit der elektrischen Masse des Maschinenelementes (14) unmittelbar ver­ bunden ist.

9. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (21) der Sen­ sorvorrichtung (1) zur elektrischen Isolierung der Masse des Meßelementes (5) gegenüber der elektrischen Masse des Maschinenelementes (14) aus einem elek­ trisch isolierenden, aber gut schwingungs- oder kör­ perschalleitenden Material, z. B. Isolierkeramik be­ steht, auf der das Meßelement (5) direkt befestigt ist, und daß zur Abschirmung der Sensorvorrichtung (1) gegenüber elektromagnetischen Störungen die Sen­ sorvorrichtung (1) in das Maschinenelement (14, 15) eingelassen ist oder eine Abschirmung dadurch reali­ siert ist, daß das Gehäuse (21) von innen metallisch ausgekleidet ist und diese Auskleidung (22) elek­ trisch mit der elektrischen Masse des Meßelementes (5) verbunden ist.

10. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Empfängervorrichtung (2) neben der Sekundärspule (7) eine Impedanzwandler­ bzw. Verstärkeranordnung (29) aufweist.