DE69317699T2

DE69317699T2 - Magnetischer Detektor

Info

Publication number: DE69317699T2
Application number: DE69317699T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Mayeur
Original assignee: IN HR
Current assignee: IN HR
Priority date: 1992-01-27
Filing date: 1993-01-20
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2013-01-21
Also published as: CA2088135A1; US5384535A; EP0576306B1; ES2117975T3; FR2686693A1; DE69317699D1; CA2088135C; JPH0694840A; EP0576306A1; FR2686693B1

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Detektor, der dafür vorgesehen ist, im Durchgang einer Fluidströmung angeordnet zu werden, um die metallischen Partikel, die durch die Strömung transportiert werden, aufzunehmen und nach Aufnahme einer vorbestimmten Menge von metallischen Partikeln einen Alarm auszulösen, wobei der Detektor einen Magneten aufweist, der von zwei Polmassen umgeben ist, die durch einen axialen Luftspalt getrennt sind.
Derartige Detektoren werden insbesondere verwendet, um die Abnutzung von einem Verschleiß unterworfenenorganen, beispielsweise Antrieben, wie Reaktoren, zu detektieren und/oder Funktionsausfälle festzustellen, die zur Abtrennung von metallischen Partikeln führen, die in einer Fluidströmung transportiert werden, beispielsweise einer Öl- oder Kühlmittelströmung. Die metallischen Partikel sollen durch den Magneten des Detektors aufgenommen werden, der bei einer vorbestimmten Menge von Partikeln einen Alarm auslösen kann. Die aufgenommenen Partikel sind magnetisierbare Partikel, die entweder zu einem Teil aus einem magnetischen Material gehören oder von einem Teil stammen, das aus einem nichtmagnetischem Material besteht, das jedoch mit einem magnetischen Material verbunden ist. Die Detektion der Partikel ermöglicht die präventive Wartung von mechanischen Organen durch eine fortlaufende Kontrolle ihrer Abnutzung.
Um eine erhöhte Effektivität zu erzielen, müssen derartige Detektoren einen großen Teil der Partikel anziehen, die sich an ihrem Bereich vorbeibewegen, selbst wenn die Fluidströmung eine erhöhte Geschwindigkeit hat und wenn das Fluid dazu neigt, die Partikel zurückzuhalten, beispielsweise bei einem viskosen Fluid, wie einem Öl.
Ferner müssen die aufgenommenen Partikel an dem Luftspalt konzentriert werden, um eventuell einen Alarm hervorzurufen, wobei das Zusetzen des Luftspaltes einen elektrischen Alarmkreis schließt. Selbstverständlich differieren die bei der Aufnahme auftretenden Vorgänge mit der Eigenschaft der Partikel, ihren Abmessungen, der Eigenschaft des Trägerfluids und seiner Fließgeschwindigkeit Die bekannten Aufnehmer der in der Einleitung genannten Art sind durch einen Magneten gebildet, der an jedem seiner zwei Enden durch eine Polmasse umgeben ist.
Der Magnet ist eine herkömmliche Al-Ni-Co-Legie rung.
Die Benutzer der bekannten Detektoren haben zahlreiche Nachteile und Unzulänglichkeiten festgestellt. Insbesondere ist die Effektivität der Aufnahme von Partikeln, also das Verhältnis der Anzahl von aufgenomme nen Partikeln zur Anzahl von im Verlauf eines Versuches eingebrachten Partikeln (in %), gering, selbst bei großen Partikeln (1000 um).
Ferner sind die verwendeten Magneten einer beschleunigten Alterung unterworfen aufgrund der erhöhten Temperaturen (beispielsweise in der Größenordnung von 175 ºC bei einem Motoröl), wobei die Alterung ferner dauerhaft ist. Des weiteren können diese Magneten aus der Entfernung demagnetisiert werden, beispielsweise um die aufgenommenen Partikel durch einen Magneten abzunehmen.
Darüber hinaus hat man bei der Verwendung des Detektors für das Auslösen eines Alarmes durch Schließen eines elektrischen Kreises durch aufgenommene Partikel, die den Luftspalt bedecken, festgestellt, daß die Partikel nicht die Tendenz haben, sich an dem Luftspalt anzulagern, so daß insgesamt eine stark erhöhte Zahl von aufgenommenen Partikeln erforderlich ist, um den Alarm auszulösen.
Die Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile der bekannten magnetischen Detektoren zu vermeiden.
Zu diesem Zweck ist der erfindungsgemäße, durch den Anspruch 1 beschriebene Detektor dadurch gekennzeichnet, daß seine Außenfläche wenigstens im Bereich des Luftspaltes eine Umfangsfläche aufweist, die zu dem Luftspalt hin konvergiert. Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, daß eine solche konvergierende Form den Gradienten des Magnetfeldes um den Luftspalt herum erhöht, was die Effektivität bei der Aufnahme vergrößert und das Halten von aufgenommenen Partikeln begünstigt. Ferner begünstigt diese Form bei einem elektrischen Detektor die Anlagerung von Partikeln an den Luftspalt oder wenigstens in seinem Bereich.
Gemäß einer ersten Auf führungsform bestehen die Polmassen aus einem schwach magnetischen Material und weisen die konvergierenden Außenflächen des Detektors auf.
Gemäß einer Abwandlung bestehen die Polmassen aus einem magnetischen Material und sind jeweils in einer Ummantelung aus einem schwach magnetischen Material aufgenommen, die jeweils die konvergierende Außenfläche des Detektors aufweist.
Gemäß einer anderen Abwandlung weist der Detektor zwei Magneten auf, die gegenüberliegend angeordnet sind und durch eine magnetische Masse getrennt sind, wobei die gegenüberliegenden Enden jedes der Magneten mit einer Polmasse aus einem magnetischen Material versehen sind, wobei eine Ummantelung aus einem schwach magnetischen Material, die die Außenfläche aufweist, jeden der Magneten und die damit verbundene Polmasse umgibt.
Diese drei Abwandlungen der Erfindung ermöglichen bei steigenden Kosten ebenfalls steigende Effektivitäten bei der Aufnahme, so daß sie jeweils in Abhängigkeit von der gewünschten Effektivität bei der Aufnahme verwendet werden. Insbesondere bei einem elektrischen Detektor kann eine zu hohe Effektivität bei der Aufnahme zur Auslösung von vorzeitigen oder verfrühten Alarmen führen, so daß man in Abhängigkeit von der Bestimmung des Detektors und einer vorbestimmten Alarmschwelle den einen oder den anderen der Typen von oben genannten Detektoren auswählen wird, wobei selbstverständlich die Variablen angepaßt werden können, beispielsweise der Luftspalt, die genaue Form der konvergierenden Flächen und die Abmessungen der Bestandteile, insbesondere der Polmassen.
Insbesondere bei der letztgenannten Abwandlung kann man vorsehen, daß die Dicke der magnetischen Masse, die die zwei Magneten trennt, doppelt so groß ist wie die Dicke der Polmassen, die jeweils dieselbe Dicke aufweisen. Man erhält auf diese Weise eine optimale Konzentration von Partikeln in dem Mittelteil des Luftspaltes.
Der erfindungsgemäße Detektor kann mit einer visuellen oder elektrischen Kontrolle verwendet werden, wobei der Detektor verbunden sein kann oder in herkömmlicher Weise nicht verbunden sein kann mit einer selbsttägig schließenden Vorrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der oder jeder Magnet aus Samariumkobalt. Man vermeidet auf diese Weise die Gefahren der Entmagnetisierung aus der Entfernung und reduziert in erheblichem Maße die Alterung bei erhöhter Temperatur.
Vorzugsweise sind der Magnet oder die Magneten und die Polmassen auf einem Kern aus nichtmagnetischem Material angeordnet.
Die Erfindung wird beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung gut verstanden werden, in der auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist, in der:
Die Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Draufsicht auf einen Detektor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
die Fig. 2 der Fig. 1 entspricht und eine Abwandlung darstellt;
die Fig. 3 den Fig. 1 und 2 entspricht und eine zweite Abwandlung darstellt; und
die Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines Gehäuses darstellt, das dafür vorgesehen ist, in eine Leitung eingeschaltet zu werden und das einen Detektor gemäß Fig. 3 aufweist, der für die elektrische Detektion ausgestattet ist.
Der magnetische Detektor, der in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, weist einen ringförmigen Magneten 1 auf, der vorteilhafterweise aus Samariumkobalt besteht. Der Magnet 1 ist teilweise durch zwei axiale Polmassen 2 und 3 aus einem schwach magnetischen Material abgedeckt, beispielsweise einem schwach magnetischen Eisen, wobei die Polmassen zwischeneinander einen Luftspalt 4 lassen. Die Polmassen 2 und 3 weisen jeweils zu dem Luftspalt 4 benachbarte Außenflächen 5 und 6 auf, die bei dem dargestellten Beispiel mit einem gekrümmten Bereich zu dem Luftspalt 4 hin konvergieren.
Die Baugruppe erzeugt einen Induktionsgradienten 7 mit einem Durchmesser G1, wobei die Bewegung oder Wanderung von aufgenommenen Partikeln auf die Linien 8 begrenzt ist, die den axialen Enden des Magneten 1 entsprechen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 bestehen die Polmassen 2' und 3' aus einem magnetischen Material, und die Baugruppe ist in zwei Ummantelungen 9 bzw. 10 aus einem schwach magnetischen Material aufgenommen, die zwischeneinander den Luftspalt 4' freilassen und die die konvergierenden Außenflächen 5, und 6' aufweisen. Das Feld des Induktionsgradienten 7' weist einen Durchmesser G2 auf, der größer als G1 ist, und die Wanderung von Partikeln ist durch die Linien 8' begrenzt, die noch durch die axialen Enden des Magneten 1' bestimmt sind.
Bei der Abwandlung gemäß Fig. 3 weist der Detektor zwei ringförmige Magneten 1a und 1b mit derselben Länge auf, die durch einen Ring 11 aus einem magnetischen Material, beispielsweise aus Stahl, getrennt sind. Die Polmassen 2" und 3" bestehen aus demselben magnetischen Material und weisen dieselbe Dicke auf, die gleich der Hälfte der Dicke des Ringes 11 ist. Die Baugruppe ist, wie bei Fig. 2, teilweise durch Ummantelungen 9' und 10' aus einem schwach magnetischen Material umgeben, beispielsweise aus schwach magnetischem, nicht rostendem Stahl, wobei die Ummantelungen zwischeneinander einen Luftspalt freilassen und die konvergierenden Außenflächen des Detektors aufweisen.
Bei dieser Konfiguration weisen die Induktionsgradienten 7" und 7"' einen Durchmesser G3 auf, der größer ist als G2 und Gl, wobei ferner die Wanderung von Partikeln dadurch auf den Luftspalt konzentriert ist, daß die Linien 7" und 7"' sich auf der Achse 12 des Ringes 11 treffen. Diese Konfiguration eignet sich naturgemäß gut für die Realisierung eines elektrischen Detektors, wie beispielsweise desjenigen, der beispielshalber in Fig. 4 dargestellt ist.
Der Detektor ist in einem Gehäuse 13 angeordnet, das dafür vorgesehen ist, in eine Leitung (nicht dargestellt) eingeschaltet zu werden, derart, daß das Fluid, das durch die Leitung fließt, den Detektor rings herum umströmt Die Bestandteile des Detektors, nämlich die Magneten 1a, 1b, der Ring 11, die Polmassen 2" und 3" und die Ummantelungen 9' , 10' sind auf einem Kern 14 aus einem nichtmagnetischen Material angeordnet, der einen guten Schluß der Felder sicherstellt, und sie sind zum Schutz vor der Umwelt und zur elektrischen Isolation in einer Umhüllung 15 aus Kunststoff eingeschlossen.
Das Gehäuse 13 weist einen lateralen Blindvorsprung 16 auf, in dem ein Kolben 17 aufgenommen ist, der mittels eines Dichtelementes 18 an dem Detektor anliegt und unter der Wirkung einer Feder 19 steht. Der Vorsprung 16 ist auf der anderen Seite des Gehäuses 13 durch eine Muffe 20 verlängert, die durch eine Verschlußeinrichtung 20' verschlossen ist. Diese Baugruppe, die selbstverschließend ist, ermöglicht das Herausnehmen des Detektors ohne Leckverluste aus dem Kreis des Fluids.
Der Detektor ist mit elektrischen Anschlüssen 21 und 22 eines Detektionskreises 23 verbunden, der einen Alarm oder eine beliebige andere Anzeige- und Signalisiervorrichtung speist, wobei der Kreis 23 durch die aufgenommenen Partikel geschlossen wird, die der Luftspalt zwischen den benachbarten Rändern der Ummantelungen 9' und 10' trägt.
Diese Ränder sind nicht zwangsläufig durch planparallele Flächen begrenzt. Um das Halten von aufgenommenen Partikeln zu verbessern, kann man diesen Rändern verschiedene Formen geben, beispielsweise als nicht parallele Ebenen, gekrümmte oder mit Ausnehmungen versehene Flächen usw. ..., die einen Falleneffekt für die aufgenommenen Partikel erzeugen.
Ferner kann man vorsehen, daß eine der Ummantelungen 9' und 10' verschiebbar an dem Kern 14 angeordnet ist, um den Luftspalt in Abhängigkeit von dem Betrag der erwünschten Aufnahme einzustellen.
Schließlich ist es bei einem nichtelektrischen Detektor möglich, zwischen den Rändern der Ummantelungen einen nichtmagnetischen Ring anzuordnen, der die Ummantelungen gegeneinander isoliert und ferner einen Schutz des Magneten oder der Magneten sicherstellt und eine Sammeifläche für aufgenommene Partikel bilden kann.

Claims

1. Magnetischer, elektrischer Detektor, der dafür vor gesehen ist, im Durchgang einer Fluidströmung angeordnet zu werden, um die metallischen Partikel, die in der Strömung transportiert werden, aufzunehmen und nach Aufnahme einer vorbestimmten Menge metallischer Partikel einen Alarm auszulösen, mit einem Magneten, wobei zwei Polmassen beiderseits des Magneten angeordnet und durch einen axialen Luftspalt getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Detektors wenigstens im Bereich des Luftspaltes (4, 4') eine Umfangsfläche (5, 6; 5', 6') aufweist, die zu dem Luftspalt hin konvergiert.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polmassen (2, 3) aus einem schwach magnetischen Material bestehen und die konvergierenden Außenflächen (5, 6) des Detektors aufweisen.

3. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polmassen (2', 3') aus einem magnetischen Material bestehen und jeweils in einer Ummantelung (9, 10) aus einem schwach magnetischen Material aufgenommen sind, die jeweils die konvergierende Außenfläche (5', 6') des Detektors aufweist.

4. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor zwei Magneten (1a, 1b) aufweist, die gegenüberliegend angeordnet und durch eine magnetische Masse (11) getrennt sind, wobei die gegenüberliegenden Enden jedes der Magneten (1a, 1b) mit einer Polmasse (2", 3") aus einem magnetischen Material versehen sind, wobei eine Ummantelung (9', 10') aus einem schwach magnetischen Material, die die Außenfläche aufweist, jeden der Magneten (1a, 1b) und die damit verbundende Polmasse (2", 3") umgibt.

5. Detektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der magnetischen Masse (11) , die die zwei Magneten (1a, 1b) trennt, doppelt so groß ist wie die Dicke der Polmassen (2", 3"), die jeweils dieselbe Dicke aufweisen.

6. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet oder die Magne ten (1; 1'; 1a, 1b) Magneten aus Samariumkobalt sind.

7. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er durch eine Umhüllung (15) aus Kunststoff geschützt ist.

8. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er mit Anschlüssen (21, 22) eines elektrischen Kreises (23) zur Detektion verbunden ist, der eine Alarm- und/oder Anzeige- und/oder Signal gebungsvorrichtung speist.

9. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Magneten (1; 1'; 1a, 1b) und die Polmassen (2, 3; 2', 3'; 2", 3") auf einem Kern (14) aus nichtmagnetischem Material angeordnet sind.

10. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Flächen der konvergierenden Umfangsflächen (5, 6; 5', 6'), die den Luftspalt begrenzen, durch parallele Ebenen begrenzt sind.

11. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Flächen der konvergierenden Umfangsflächen (5, 6; 5', 6'), die den Luftspalt begrenzen, durch nicht ebene Flächen oder nicht parallele Ebenen begrenzt sind.

12. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine der konvergierenden Umfangsflächen (5, 6; 5', 6') durch ein Teil (2, 3; 9, 10; 9', 10') getragen ist, das in seiner axialen Lage einstellbar ist.

13. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt (4, 4') von einem Ring aus einem nichtmagnetischen Material umgeben ist.