DE6605973U - Elektrische abstandsmesseinrichtung - Google Patents

Description

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■Elektrische Abstandsmesseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Abstandsmesseinrichtung zum Messen des Abstandes zweier gegeneinander bewegter Teile, insbesondere für Gleitlager mit Hilfe einer kapazitiven Sonde _t welche in den einen der beiden bewegten Teile eingebaut ist und die eine Bäegung eines Kondensators bildet, wobei der andere Teil die andere Belegung darstellt.

Zur Abstandsmessung insbesondere in Gleitlagern zwischen der Lagerschale und der Welle verwendet man elektrische Messmethoden, die die Aenderung öer Kapazität bei Abstandsänderungen feststellen. Man kann hiermit die Spalthöhe zwischen Lagerschale und Welle messen (Schering und Vieweg, Zeitschrift für angewandte Chemie 1926, Seite 1114). Die Kapazitätsänderungen kann man in Messbrücken feststellen oder man kann die Kapazität als Bestandteil eines Resonanzkreises ansehen, welcher eine bestimmte Frequenz in einem Oszillator erzeugt, wobei die Aenderung der Kapazität dann eine Aenderung der Frequenz bedingt. Diese Mess-

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man die Dicke der Belegungsplatte se wählt, dass sie sich etwas höher ausdehnt als das entsprechende Lagermaterial. Da die Di- - ' elektrizitätskonstante mit der Temperatur abnimmt, wird dann der Abstand etwas kleiner als der tatsächliche Abstand zwischen Lagerschale und Welle, sodass die Verkleinerung der Kapazität durch die veränderte Dielektrizitätskonstante wieder ausgeglichen wird. Bei der genauen Durchrechnung gilt dies genau nur für einen bestimmten Abstand von Lagerschale und Welle. Man legt ΐξ daher der Bemessung einen mittleren Abstand zugrunde. Für Be- J

triebsmessungen ist dies aber dann genau genug. · 1

Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. | Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch die Messende und Figur 2 die zugehörige Messchaltung.

Mit 1 ist eine Lagerschale angedeutet, die das Lager der Welle 2 bilden soll. Zweck der Messeinrichtung soll sein, den Abstand zwischen Lagerschale und Welle möglichst genau und unabhängig von der Temperatur zu messen. Zu diesem Zwecke besitzt die Schale eine Oeffnung 3, in welche die Messonde eingeführt ist. Diese besteht aus der Belegungsplatte 4, welche aus Aluminium hergestellt ist. Sie ist durch die Glasplatte 5 vom Metall des Lagers elektrisch isoliert. Eine Hülse 6 ist in die Lagerschale eingeschraubt und hält die Sonde in der Schale fest. Diese Hülse ist durch eine Glashülse 7 von dem Stift 8, der die elektrische Zuführung bildet, isoliert. Auf diesen Stift sind die Adern 10 der Zuführungsleitung 9 aufgepresst. 11 ist der Isoliermantel des Kabels*

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Die Dicken der Glasplatte 5 und der Beiegungsplatte 4 sind nun so aufeinander abgestimmt, dass die gesamte Ausdehnung etwa gleich der Ausdehnung des umgebenden Teiles der Lagerschale ist. Zu diesem Zwecke muss die Summe der Produkte aus Dicke und Ausdehnungskoeffizient von Glas- und Belegungsplatte gleich dem Produkt der Tiefe der Aussparung der Lagerschale und seines Ausdehnungskoeffizienten sein. Da die Glasplatte sich praktisch nicht mit der Temperatur ausdehnt, so muss der Ausdehnungskoeffizient des Materials der Belegungsplatte umso grosser sein als der Ausdehnungskoeffizient der Lagerschale, wie die Dicke kleiner als die der Schale ist. Als Material hat sich hierfür Aluminium alis günstig erwiesen, es kann aber auch Blei gewählt werden.

Um nun noch die Aenaeruxig uer Dielektrizitätskonstante mit der Temperatur berücksichtigen zu können, macht man die Dickenänderung zwischen Belegungsplatte und Lagerschale nicht genau gleich, sondern lässt dfe'Beiegungsplatte sich mehr ausdehnen als die Lagerschale. Die Dielektrizitätskonstante nimmt mit höherer Temperatur ab, sodass dann die Kapazität kleiner werden würde. Dadurch aber, dass die Belegungsplatte sich stärker ausdehnt als die sie umgebende Lagerschale, wird diese Verkleinerung der Kapazität wieder durch Verkleinerung des Abstandes ausgeglichen.

Die Vertiefung, in welche die Glasplatte und die Beiegungsplatte eingelegt sind, macht man zweckmässigerweise ein wenig grosser,

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als die Summe der Dicken beider Pl; ten. Die Belegungsplatte liegt dann innerhalb der Vertiefung und kann unter keinen Umständen bei sehr kleinen Abständen die Welle als erste berühren, auch wenn der Ausdehnungskoeffizient eine grössere Ausdehnung bewirkt als bei der umgebenden Lagerschale.

Um die Sonde gegen etwa austretendes OeI völlig dicht zu machen, wird das eingeführte Kabel 9 gegenüber der Sondenwand mit Hilfe von Giessharz abgedichtet.

Die Verschraubung der Hülse In der Lagerschale und die Verschraubung des Stiftes mit der Belegungsplatte wird so getroffen, dass sie sich gegenseitig zusammenpressen und dadurch die Glasplatte fest in der Vertiefung halten.

Die Figur2{zeigt die an sich bekannte Schaltung des Gerätes. Die Sonde bildet einen Teil eines Resonanzkreises des Oszillators 12. In diesem ist also eine Induktivität zu denken, welche mit der Messkapazität zusammengeschaltet ist. Der Oszillator erzeugt mit Hilfe dieses Resonanzkreises eine Spannung mit der Resonanzfrequenz. Aendert sich nun der Kapazitätswert der Sonde, so wird auch die Resonanzfrequenz geändert und es entsteht eine andere Frequenz. Mit Hilfe von Frequenz-Spannung-Umsetzern 13 wird nun die Frequenz in eine proportionale Spannung umgewandelt und mit dem Instrument 14 gemessen. Als solches Instrument kann auch die Schleife eines Oszillographen dienen. Gegebenenfalls müssen dann noch Verstärkungseinrichtungen dazwischengeschaltet werden.

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Die Vorteile der Anordnfing sind also, eine Messeinrichtung zu erhalten, die unabhängig von der Temperatur den Abstand zwischen Lagerschale und Welle zu messen gestattet und weitgehend den Temperatureinfluss auf die Dielektrizitätskonstante berücksichtigt. Dazu kommt, dass durch die starre Befestigung der
Sonde in der Schale auch der Druckeinfluss praktisch verschwindet.

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methode wird als bekamst vorausgesetzt.

Die Schwierigkeit ls£ 'die Art und Weise, wie d£e Kapaz}.t$t mögliehst unabhängig von Tem^ejratur und anderen Einflüssen ^wischen Schale und Welle festgestellt wird, Hierfür müssen verschiedene Bedingungen gestellt werden. Das Feld zwischen den Belegungen des Kondensators muss homogen sein, die meist aus OeI bestehende Schmierschicht zwischen Schale und Welle muss eine möglichst glei-r che dielektrische Konstante haben. Duroh Temperatüränderungen darf sieh die Messung nur dann beeinflussen lassen, wenn sich hierbei der tatsächliche Abstand zwischen Schale und Welle mi^ ändertf Aenderungen der Dielektrizitätskonstante durch die Temperatur und Aenderungen der Länge, der Dicke der verwendeten Sonden für die Messeinrichtung dürfen keinen Einfluss auf die Messung I ausüben. Ausserdem muss d:JLe Messgenauigkeit sehr hoch sein, da ] die Abstände zwischen Lagerschale und welle im allgemeinen sehr f klein, meist unter VlO mm sind. Die Schale und die Welle selbst j

als Belegungen zu wählen geht nicht, da. keine ausreichende |solar tion zwischen J.hnen liegt. Man muss daher besondere Sonden, einführen, die von der Lagerschale isoliert sind. Hierzu verwendet man kleinere, isolierte Plättchen, die In die Lagerschale einge^ baut werden (VDI-Forschungsheft 352 aus dem Jahre 1932). Diese erfüllen aber noch nicht die oben gestellten Bedingungen und erreichen daher nicht die erforderliche Genauigkeit. Der Temperatureinfluss insbesondere auf die Ausdehnung der Plättchen ist wohl klein, wpil die Plättchen selbst nicht gross sind, es ist aber dann auch die Kapazität sehr klein, sodass relativ die Ge-

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nauigkelt dadurch stark beeinflusst wird. Der Temperatureinfluss auf die Dielektrizitätskonstante kann nicht ohne weiteres ausgeschaltet werden. Ausserdem sind die kleinen plättchen den mechanischen Anforderungen nicht gewachsen und es muss darauf geachtet werden, dass diese Sonden genügend öldicht sind und kein QeI durch den Zuführungskanal für die elektrischen Zuleitungen aus der Lagerschale herausdringt. Man hat daher diese Sonden durch seitliche Schrauben fest angeschraubt und mit Kunstharz verkleidet (Dissertation von H. Knülle, TH Karlsruhe 196a). Diese Sonden können nur mit grossem Aufwend ausgewechselt werden. Die Isolation ist dort nur mit Rücksicht auf den Temperatureinfluss, auf die Zähigkeit des Materiales und nicht darauf abgestellt ge* xesen, dass die Messung unabhängig von den verschiedenen Temperaturen dee Lagers durchgeführt werden muss.

Bisher ist rfie Aufgabe der völligen Temperaturunabhängigkeit nicht gelöst worden und daher sind bei allen bisher verwendeten Systemen entweder Korrekturkurven erforderlich, die eine betriebsmässige Messung erschweren, oder überhaupt keine genügende Tejnperaturunabhängigkeit gewährleistet. Betriebsmässig wird ebenfalls eine gute Aysweehselbarieit und eine stabile Ausführung verlangt.

Diese Aufgabe soll mit der Erfindung erfüllt werden, Erfindungsgeiaitss wird dah^r vorgeschlagen, dass die Sonde aus einer Platte als Belegung, einem in diese eingeschraubten, mit Isoliermaterial umgebenen Metallstift als Zuleitung, einer zwischen dieser Platte und des einen der gegeneinander bewegten Teile liegenden Glasplatte besteht und dass das Material der Belegungsplatte einen gpösseren ¥äriBeCÄ*pfcmja«J£aeff^5ienten besitzt als das Lager-

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Schalenmaterial, und dass die Dicken der Glasplatte und der Belegungsplatte so aufeinander abgestimmt sind, dass die Kapa« zität infolge der Wärraeausdehnung und der temperaturbtedingten Aenderung der Dielektrizitätskonstante sich praktisch nicht ändert.

Die Verwendung von Glas als Isolierplatte zwischen der Lagerschale und der Belegungsplatte hat den grossen Vorteil, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient bei Glas ausserordentüch klein ist (0,5 . 10 C¥°C3), sodass er praktisch vernachlässige werden kann. Die Belegungsplatte selbst macht man dann aus beispielsweise Aluminium, das einen gross er en und zwar angenähert; doppelt so grossen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt wie dies Lagerschale aus Stahl (22,8.10 gegenüber 11,10"⁶). Dies ermöglicht die gleiche Wärmeausdehnung zu erhalten, wenn man die Dicke der Aluminiumplatte etwa halb so gross macht wie die Sfehldicke. die der Summe der Dicken von Glasplatte und Belegungsplatte etwa ent» spricht. Die Glasplatte muss in diesem Falle auch etwa die gleiche Dicke wie die Belegungsplatte haben. Auch andere Materialien, die ähnliche Bedingungen erfüllen, können hierbei verwendet werden·

Die Kapazität der Sonde zwischen der Belegungsplatte und der Welle ändert sich nun nicht nur durch den Abstand zwischen Welle und Lagerschale, sondern auch bei Aenderungen der Dielektrizitätskonstante des Mediums zwischen beiden Belegungen, also des Oeles. Diese Aenderung kann man durch Korrekturkurven berücksichtigen,

wobei aber die Temperatur selbst bekannt sein muss. Man kann sie

aber auch unmittelbar, wenigstens angenähert kompensieren, indem

Claims (5)

1. RA.^16 796—B.8.B6 ,

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   l) Elektrische Abstandsmesseinrichtung zum Messen des Abstandes zweier gegeneinander bewegter Teile, insbesondere für Gleitlager, mit Hilfe einer kapazitiven Sonde, welche in den einen der beiden gegeneinander bewegten Teile eingebaut ist und die eine 3elegung eines Kondensators bildet, wobei der andere Teil die andere Belegung darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde aus einer Platte als Belegung, einem in.diese eingeschraubten, mit Isoliermaterial umgebenen Metallstift als Zuleitung, einer zwischen dieser Platte und dem einen der gegeneinander bewegten Teile liegenden Glasplatte besteht, und dass das Material der Belegungsplatte einen grösseren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt als das Lagerschalenmaterial und dass die Dicken der Glasplatte und der Belegungsplatte so aufeinander abgestimmt sind, dass die Kapazität infolge der Wärmeausdehnung und der temperar turbedingten Aenderung der Dielektrizitätskonstante sich praktisch nicht ändert.
2. 2. Abstandsmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aus den Produkten von Temperaturkoeffizient und Dicke der Belegungsplatte und der Glasplatte gleich dem Produkt des Teraperaturkoeffizienten mit der Tiefe der Aussparung ist,
3. 3. Abstandsmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Dicken von Belegungsplatte und Glasplatte

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   kleiner ist als die Tiefe der Aussparung in der Lagerschale, in welche die BelegUDgsplatte und die Glasplatte eingelegt sind,
4. 4. Abstandsmesseinrichtung nach Anspruch 1> dadurch gekennzeichnet, dass die Belegungsplatte aus Aluminium besteht.
5. 5. Abstandsmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeiehnet, dass unter Berücksichtigung dar Temperaturända?ung der Dielektrizitätskonstante die Ausdehnung der Belegungsplatte grosser gewählt wird als die Ausdehnung der sie umgebenden Lager-

   et

   schale.

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