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Meßgerät zur Bestimmung kleiner Vers chiebungswege, wie beispielsweise
des Axialspaltes von Gleich- und Gegenlaufturbinen
Die Erfindung betrifft ein Meßgerät
zur Bestimmung kleiner Verschiebungswege, mit dessen Hilfe es möglich ist, beispielsweise
die axiale Verschiehung umlaufender oder auch stillstehender Teile gegenüber einem
festen Anschlag direkt zu messen.
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Zweck der Erfindung ist es, ein derartiges Gerät als einfache mechanische
Vorrichtung in der Weise zu entwickeln, daß dieselbe auch an Stellen, die bislang
einer direkten Tastmessung nicht zugänglich waren, ohne Schwierigkeit verwendet
werden kann. Dies trifft vorzugsweise für die Messung des Axialspaltes bei Radial-
und Axialturbinen zu, darüber hinaus aber auch für alle sonstigen Fälle, wo unter
ähnlichen Verhältnissen die Lage rotierender oder stillstehender Teile mit Bezug
auf einen bestimmten Sollwert zu bestimmen ist.
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Für die Messung von Axialspalten sind sowohl mechanische als auch
elektrische Meßgeräte bereits vorgeschlagen worden, die jedoch noch keineswegs als
befriedigend anzusehen sind. Bei den auf mechanischer Grundlage entwickelten Meßgeräten
dieser Art kann der Axialspalt vielfach nur mittelbar
gemessen werden,
was zu Fehlmessungen Anlaß gibt, die oft nicht mehr vernachlässigbar sind. Ein anderer
Nachteil dieser mechanischen Meßgeräte ist der, daß aus Gründen, die in dem Aufbau
der Geräte selbst liegen, häufig an Stellen gemessen werden muß, die von der eigentlich
zu überprüfenden Stelle mehr oder weniger weit entfernt liegen, wodurch weitere
Fehlerquellen, beispielsweise durch Wärmedehnungen od. dgl., in die Messung hereingetragen
werden.
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Andererseits zeigen auch die bislang benutzten elektrischen Meßgeräte,
die meist auf induktiver Methode beruhen, den Nachteil, daß zusätzliche, in der
Regel kostspielige Hilfsgeräte mit erforderlich sind, wodurch die Fehlermöglichkeiten
vergrößert werden. Weiterhin ist es erwiesen, daß diese Geräte unter bestimmten
Umständen, z. B. an Stellen sehr hoher Temperatur, praktisch überhaupt nicht verwendet
werden können.
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Es ist auch ein Prüf- oder Meßgerät bekanntgeworden, das mit einem
Werkstückträger und mit Einrichtungen versehen ist, die das Werkstück und die Prüf-
oder Meßmittel in die Arbeits- oder Prüfstellung und in derselben zum Eingriff bringen.
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Dieses bekannte Gerät dient zur Bestimmung von Maßtoleranzen an dem
zu prüfenden Werkstück, wobei elektrische Signalmittel lediglich die Einhaltung
oder Nichteinhaltung der Toleranz grenzen angeben. Dieses Meßgerät hat außer den
erwähnten grundsätzlichen Unterschieden gegenüber dem Gegenstand der Erfindung ebenfalls
den Nachteil, daß es nicht für beliebige, insbesondere nicht für schwer zugängliche
Meßstellen, wie z.tB. die Axialspalte von Turbinen, verwendbar ist, daß ferner damit
nicht in jeder beliebigen Lage gegenüber einem Festpunkt gemessen werden kann und
daß es in seinem Aufbau viel zu kompliziert und kostspielig ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät zu entwickeln, das die vorstehenden
Nachteile nicht aufweist. Demzufolge wird ein Meßgerät zur Absolutbestimmung kleiner
Verschiebungswege, wie beispielsweise des Axialspaltes von Turbinen, vorgeschlagen,
bei dem durch Verstellung eines Tasters ein Meßwertanzeiger betätigt und durch Berührung
des Tasters mit dem Meßgegenstand ein elektrisches Signal ausgelöst wird.
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Das Erfindungshauptmerkmal - dieses Gerätes besteht darin, daß der
Taster ein als Geber ausgebildeter selbständiger Meßgerätteil ist mit einem beweglichen
Meßkontakt und einem in gleicher Weise bewegten Einstellkontakt, der seinerseits
zwecks bei jedem Meßvorgang vorzunehmender Eichung mit einem feststehend am Taster
vorgesehenen Nullkontakt in Berührung gebracht werden kann, wobei der Taster die
gemessenen Absolutwerte mechanisch, z. B. mittels eines Zugelementes, auf einen
beliebig entfernten Meßwertempfänger überträgt, der sowohl als Meßwertanzeigegerät
als auch als Steuer- und Einstellorgan für den Taster ausgebildet ist.
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Der Taster oder Meßwertgeber steht dabei nach einem weiteren Merkmal
der Erfindung unter Rückstellwirkung und wird von einem diese Rückstellwirkung aufhebenden
und/oder zulassenden Fühlorgan des Meßwertempfängers derart gesteuert, daß eine
Meßuhr mit ihrem Anzeigeorgan den Verstellbewegungen des Fühlorgans zwangläufig
folgt.
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Der Meßwertgeber ist im wesentlichen ein in einer Führung unter Vorspannung
stehendes verschiebliches Kolbenbolzenelement, an dem ein Meßkontakt angeordnet
ist, der über das vorerwähnte Zugelement durch Mittel, die im folgenden noch beschrieben
werden, mit dem axial verschieblichen Meßgegenstand jeweils in kontaktaufnehmende
Berührung gebracht wird.
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Der Meßwertempfänger setzt sich zusammen aus einem von Hand zu bedienenden
Verstell- oder Fühlorgan, das erfindungsgemäß als Differentialschraube mit verschieblichem
Arbeitsstift ausgebildet ist, und dem eigentlichen Anzeigegerät, das eine normale
Meßuhr sein kann, die mit dem vorerwähnten Fühlorgan in an sich bekannter Weise,
z. B. über einen automatisch ansprechenden Fühlstift, zusammenwirkt. Meßwertgeber
und -empfänger sind durch das vorerwähnte Zugelement, beispielsweise ein Stahlseil,
mechanisch und funktionell verbunden. Zweckmäßigerweise kann das Prüfmeßgerät als
geschlossenes, einbaufertiges Aggregat, z. B. bei Radialturbinen, Verwendung finden.
Es kann dann auch z. B. gegen unbeabsichtigte Benutzung plombiert oder nach der
Messung herausgenommen werden.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt. Hierbei zeigt Fig. I das vollständige Prüfmeßgerät gemäß der Erfindung
im wesentlichen im Schnitt, bestehend aus Meßwertgeber, Meßwertempfänger, Zwischen
element und elektrischer Anlage, Fig. 2 und 3 einen eingebauten Meßwertgeber im
Schnitt, jedoch mit verschiedener Anordnung der Meß- und Eichkontakte, Fig. 4 einen
Meßwertgeber im Schnitt mit umgekehrt wirkender Vorspannung am Kolbenbolzen, Fig.
5 eine Hilfsblende, mit der die Abnutzung des Meßkontaktes überprüfbar ist, Fig.
6 ein Schaltschema, worin die Kombination des erfindungsgemäßen Prüfmeßgerätes mit
einer elektrischen Signalgabe gezeigt ist.
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Bei dem in den Figuren dargestellten mehrteiligen Prüfmeßgerät ist
jeweils der Meßwertgeber als Ganzes mit A, der Meßwertempfänger mit B und das die
Teile A, B verbindende Zwischenelement mit C bezeichnet. Hierbei kann dieses Zwischenelement
durch ein Zug- oder Druckorgan, eine Getriebekette od. dgl. gegeben sein.
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In Fig. I besteht der Meßwertgeber A aus dem Gehäuse oder Hohlführungsteil
I, in dem der unter Vorspannung stehende Kolbenbolzen 2 beweglich eingesetzt ist.
Dieser Kolbenbolzen ist um so viel länger als der Hohlführungsteil I, daß mindestens
ein Ende des Kolbenbolzens ständig, d. h. bei jeder Betriebsstellung, aus dem Hohlführungsteil
I herausragt. An eben diesem Kolbenbolzenende ist, vorzugsweise an dessen Stirnseite,
der Meß-
kontakt 3 angeordnet, der bei eingebautem Meßwertgeber
unter der auf den Kolbenbolzen einwirkenden Vorspannung normalerweise gegen den
Meßgegenstand M hingedrängt wird; an das andere Kolbenbolzenende ist das eine Ende
des Zugelementes C angeschlossen, das den Meßwertgeber mit dem Meßwertempfänger
B verbindet. Außer dem Meßkontakt 3 ist an dem Meßwertgeber noch eine aus den Kontakten
4, 5 bestehende Eichvorrichtung vorgesehen, wobei der als Einstellglied dienende
Eichkontakt 4 z. B. an einem Tragarm 6 des Kolbenbolzens 2 und der als fester Bezugspunkt
dienende Nullkontakt 5 an dem Hohlführungsteil I oder gegebenenfalls auch an einem
anderen unverrückbaren Bezugspunkt angeordnet ist. Die Kontakte 4, 5 stehen einander
derart gegenüber, daß sie durch entsprechende Verschiebung des Kolbenbolzens 2 in
gegenseitige Berührung gebracht werden können; der gegenseitige Abstand der Kontakte
3 und 4 bleibt dabei dauernd konstant. Damit in dem Hohlführungsteil I die den Kolbenbolzen
unter Vorspannung setzende Feder 7 untergebracht werden kann, ist der Kolbenbolzen
2 zum Teil im Durchmesser verjüngt, wobei die Feder 7 diesen schwächer ausgebildeten
Teil vorzugsweise als zylindrische Schraubenfeder umspannt. Die Feder 7 muß genügend
stark bemessen sein, damit sie außer der Vorspannung am Kolbenbolzen 2 auch noch
das Zwischenelement C ständig unter Spannung hält.
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Der gleichfalls in Fig. 1 gezeigte Meßwertempfänger umfaßt ein vorzugsweise
als Differentialschraube ausgebildetes Verstell- oder Fühlorgan S, durch das ein
nicht verdrehbarer Arbeitsstift 9 linear bewegbar ist, an dem das andere Ende des
Zugelementes C angreift. Mit dem Arheitsstiftg wirkt ein Anzeigeinstrument I0, das
eine normale Meßuhr sein kann, zusammen, und zwar beispielsweise derart, daß ein
an der Meßuhr befindlicher Fühlstift 11 den Verstellbewegungen des Arbeitsstiftes
g automatisch folgt. Durch die Ausbildung des Verstell- oder Fühlorgans 8 als Differentialschraube
läßt sich der Meßvorgang in Anpassung an die jeweiligen Betriebsverhältnisse feiner
oder gröber gestalten. was dadurch möglich ist, daß die absolute Verschiebebewegung
des Arbeitsstiftes g je nach Wahl der Differenzsteigung von Außen-und Innengewinde
des Fühlorgans 8 beliebig groß gemacht werden kann. Durch eine oder mehrere Umlenkrollen
I2, über die das Zugelement C geführt wird, kann der Meßwertempfänger B hinsichtlich
seiner örtlichen Aufstellung von dem Meßwertgeber A völlig unabhängig gemacht werden.
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In den Fig. 2 und 3 ist der Meßwertgeber A jeweils für sich allein
im eingebauten Zustand gezeigt, wobei bei grundsätzlich gleicher Funktionsweise
in demselben lediglich zweckdienliche konstruktive Abwandlungen vorgenommen sind.
So ist in diesen beiden Figuren die Feder 7 jeweils außerhalb des Hohlführungsteiles
I angeordnet, wodurch z. B. eine gedrängte Bauart und Isolierung der Feder vom Dampfstrom
möglich ist. Die Befestigung des Hohlführungsteiles I erfolgt hierbei zweckmäßigerweise
durch einen Flansch I3. In Fig. 3 ist außerdem auch der Meßkontakt 3 auf einem besonderen,
an den Kolbenbolzen 2 befestigten Tragarm 14 angeordnet, um auch Messungen an einem
Meßgegenstand M vornehmen zu können, der beispielsweise mit einer Aussenkung oder
Vertiefung 15 ausgespart ist.
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In Fig. 4 ist eine abgeänderte Ausführungsform des Meßwertgebers=4
gezeigt. bei dem die Vorspannfeder 7 den Kolbenbolzen 2 normalerweise nicht gegen
den Meßgegenstand hin, sondern von demselben abdrängt. Um den Meßkontakt 3 mit dem
Meßgegenstand M in Berührung zu bringen, muß in diesem Fall die von dem hier beispielsweise
biegsamen als Stahlseil od. dgl. ausgebildeten Zugelement C auf den Kolbenbolzen
2 ausgeübte Zugkraft umgekehrt werden, was durch die Umlenkrollen I6, I7 bewirkt
wird, die in geeigneter Weise in dem Hohlführungsteil 1 des Meßwertgebers=4 untergebracht
sind. Der Kolbenbolzen 2 hat dementsprechend eine etwas andere Ausführungsform,
die ein Angreifen des Zugelementes C an dem Verankerungsknopf 18 in der aus der
Darstellung zu ersehenden Weise gestattet. Der Vorteil dieser Anordnung besteht
darin, daß bei einem etwaigen Zerreißen des Zugelementes C der Kolbenbolzen automatisch
zurückspringt, so daß keine Berührung mit dem Meßgegenstand stattfinden kann.
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In Fig. 5 ist eine Hilfsblende gezeigt, die eine Verschleißprüfung
des Meßkontaktes 3 gestattet.
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Die Blende besteht aus einer um die freistehende Achse 40 drehbaren
Scheibe XI, wobei die Achse 40 ihrerseits an einem Halteteil 42 befestigt ist, der
beispielsweise an dem Hohlführungsteil I des Meßwertgebers fest aufgesetzt ist.
Da der Abstand zwischen den Teilen 41 und 42 während einer Messung dauernd konstant
bleibt, kann durch Einschwenken der Scheibe 41 vor den Meßkontakt 3 dessen eventueller
Verschleiß durch Vergleichsmessung mit dem Ausgangszustand in bestimmten Zeitintervallen
ermittelt werden, so daß auch eine etwa hierauf zurückzuführende Fehlerquelle mit
großer Sicherheit ausgeschaltet werden kann.
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In Fig. 6 ist schematisch die Kombination des erfindungsgemäßen Prüfmeßgerätes
mit der elektrischen Einrichtung gezeigt, die bei Meßkontakt-und Nullkontaktschluß
z. B. getrennt anspricht.
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Hierbei ist zwischen den Kolbenbolzen 22 und den Hohlführungsteil
2I die Isolation 30 und zwischen den Kolbenbolzen 22 und den Tragarm 26 die Isolation
31 gelegt. Eine Glimmlampe 32 leuchtet auf, wenn der Meßkontakt 3 an dem Meßgegenstand
M schon geringfügige Berührung aufnimmt; der zugeordnete Stromkreis geht dabei über
die Teile Batterie, Meßgegenstand M, Meßkontakt 3, Kolbenbolzen 22, Glimmlampe 32,
Batterie. Andererseits leuchtet bei Nullkontaktschluß, d. h. bei Berührung des Eichkontaktes
4 mit dem Nullkontakt5, eine Glimmlampe 33 auf, die an einem an die Batterie angeschlossenen
Parallelstromkreis liegt. Zur Unterdrückung des Funkenüberschlages an der Meßkontaktstrecke
kann zu der letzteren in an sich bekannter Weise ein Löschkondensator 34
parallel
geschaltet werden. An Stelle von Glimmlampen 32, 33 können beim Schließen der Stromkreise
auch akustische Geräte angesprochen werden.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Prüfmeßgerätes ist folgende:
Beim Messen wird zunächst das Verstell- oder Fühlorgan 8 in einer den Arbeitsstift
nach oben (Fig. I) oder unten (Fig. 4) verschiebenden Weise gedreht, bis das Zugseil
C über den Kolbenbolzen 2 den Eichkontakt 4 mit dem Nullkontakt 5 gerade in Berührung
bringt. Im Augenblick des Kontaktsdilusses leuchtet die Glimmlampe 33 auf, und an
der Meßuhr 10 wird der entsprechende Anzeigewert abgelesen. Hierdurch ist der absolute
Bezugspunkt der Messung vorweg bestimmt. Hierauf wird das Verstellorgan 8 in der
umgekehrten Richtung gedreht, und zwar so lange, bis jetzt der Meßkontakt 3 gerade
»fühlbar« mit dem Meßgegenstand M in Berührung kommt, in weichem Augenblick die
Glimmlampe 32 aufleuchtet. Der ,entsprechende Anzeigewert wird wiederum an der Meßuhr
abgelesen. Da die Lage des Nullkontaktes sowie das feststehende Maß zwischen Meßkontaktspitze
und Eichkontaktspitze vor dem Messen bekannt sind, kann durch Ablesung des Meßwertes
bei Berührung der Meßkontaktspitze mit dem Meßgegenstand und der Ablesung des Meßwertes
bei Berührung des Eichkontaktes mit dem Nullkontakt auf die wirkliche axiale Lage
des Meßgegenstandes M geschlossen werden.
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Durch die Anordnung der Eichvorrichtung wird sonach jede Fehimessung,
die andernfalls bei Temperaturänderungen in£olge Dehnung des Zugelementes C und
des Kolbenbolzens 2 eintreten könnte, ausgeschaltet. Der Eichkontakt 4 ist daher,
wie aus vorstehendem leicht einzusehen, möglichst weit vorn am Kolbenbolzen anzuordnen.
Andererseits ist der Meßkontakt 3 bei rotierenden Meßgegenständen möglichst zentrisch
anzuordnen, um den normalen Meßkontaktverschleiß soweit als möglich herabzusetzen.
Der Meßkontakt kann im übrigen dem Verwendungszweck entsprechend glashart sein oder
auch aus weicherem Material, wie beispielsweise Kohle, bestehen.