EP4687158A1

EP4687158A1 - Verfahren zum verbesserten entmagnetisieren von maschinen und maschine dafür

Info

Publication number: EP4687158A1
Application number: EP25192674.7A
Authority: EP
Inventors: Albert Maurer
Original assignee: Maurer Magnetic AG
Current assignee: Maurer Magnetic AG
Priority date: 2024-07-30
Filing date: 2025-07-30
Publication date: 2026-02-04
Also published as: CH722018A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum verbesserten Entmagnetisieren einer vorzugsweise bereits entmagnetisierten Maschine (1) mit einem An- oder Abtrieb (3) und einer Welle (2), wobei zum Überprüfen der Lage der Welle (2) an einer Sensor-Messstelle (12) nahe an einer geschlossenen Messlinie (11) oder an einem Messpunkt (11') an der Welle (2) ein auf Magnetismus empfindlicher Sensor (10) angebracht werden kann oder angebracht ist. Erfindungsgemäss wird eine lokale Entmagnetisierung der Welle (2) im Bereich der Messlinie (11) resp. des Messpunkts (11') durchgeführt, hier Homogenisierung genannt, durch eine Stabkerndrossel (20), umfassend einen mit einer isolierten, elektrischen Leiterspule (22) umwickelten ferromagnetischen Stab (21) mit einer vorderen (23) und einer ihr abgewandten hinteren Endfläche (24). Die vordere Endfläche (23) wird oder ist nahe der Messlinie (11) resp. des Messpunkts (11') positioniert, vorzugsweise auf der Messlinie (11) gegenüber der Sensor-Messstelle (12), resp. vor dem Messpunkt (11'). Die Leiterspule (22) wird zur Erzeugung eines in die Welle (2) eindringenden Magnetwechselfeldes (50 mit einem Wechselstrom beaufschlagt. Die vordere Endfläche (23) wird entweder entlang der gesamten Messlinie (11) relativ zur Welle (2) um mindestens eine volle Umdrehung bewegt oder beim Messpunkt (11') gehalten, wobei das Magnetwechselfeld (50) an der Welle (2) anschliessend abklingt. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum verbesserten Entmagnetisieren einer vorzugsweise bereits entmagnetisierten Maschine mit einem An- oder Abtrieb, beispielsweise einer Turbine, und einer Welle mit einer Mantelfläche und einer Stirnfläche, wobei zum Überprüfen der Lage der Welle an einer Sensor-Messstelle nahe an einer geschlossenen Messlinie auf der Mantelfläche oder an der Stirnfläche oder an einem Messpunkt axial an der Stirnfläche (9) auf der Welle ein auf Magnetismus empfindlicher Sensor, beispielsweise ein Induktions-Wirbelstromsensor, angebracht werden kann oder angebracht ist. Die Erfindung betrifft auch eine Maschine, mit der ein solches Verfahren durchgeführt werden kann.

Stand der Technik

Ungewollter Magnetismus kann sehr störend sein. An Werkzeugen können beispielsweise Späne haften bleiben und eine Weiterarbeit dadurch erschweren oder verhindern. Andererseits werden durch den Magnetismus Magnetfelder erzeugt, welche andere Geräte, insbesondere empfindliche Messgeräte, stören.
Entmagnetisierungsgeräte sind bekannt und werden für vielerlei Anwendungen eingesetzt. In der Regel wird dazu das zu entmagnetisierende Bauteil einem vorzugsweise niederfrequenten, abklingenden Magnetwechselfeld ausgesetzt. Bei ausreichend starkem Feld wird die Koerzitivfeldstärke des aufmagnetisierten Materials erreicht, man spricht auch von Durchflutung. Beim Abklingen des Magnetwechselfeldes festigt sich die Struktur im Metall, wobei sich idealerweise keine ferromagnetische Ordnung, d.h. kein Magnetismus mehr feststellen lässt. Das Abklingen des Feldes kann entweder durch Entfernen des mit dem Wechselfeld beaufschlagten Leiters vom Teil erreicht werden, oder durch Reduktion des Stroms, mit dem das Wechselfeld erzeugt wird. Eine weitere Methode ist die Verwendung des zu entmagnetisierenden Bauteils als elektrischer Leiter. Der durch das Bauteil fliessende Strom erzeugt im Bauteil ein Magnetfeld.
Aus der CH 714207 ist ein Verfahren zum vollständigen Entmagnetisieren eines ferromagnetischen, lang ausgestalteten Bauteils beliebiger Länge beschrieben, das einseitig entlang seiner Länge zugänglich ist, wie Eisenbahnschieben, installierte Metallträger oder Tragseile. Die angegebenen Lösungen beschreiben ein Entmagnetisiergerät mit einer Stabdrossel oder einem Joch, mit jeweils grösserem Querschnitt als der des Bauteils. Zudem wird eine Spule aus dem Stand der Technik beschrieben, welche das Bauteil vollständig umwickelt. Das Bauteil kann somit in seinem vollen Querschnitt und in der gesamten Länge entmagnetisiert werden. Dieses Verfahren verlangt eine mindestens einseitige, vollständige Freilegung des Bauteils, das zu entmagnetisieren ist.
In der US 4811609 steuert eine Drehmomenterfassungsvorrichtung nach der Erzeugung eines störenden Magnetfelds einen Triggerkreis an und gibt ein Antriebszeitsignal an einen Entmagnetisierungskreis aus. Der Entmagnetisierungsschaltkreis legt einen oszillierenden Strom an eine Entmagnetisierungsspule an, um in dem rotierenden magnetischen Material ein periodisches, dämpfendes, oszillierendes Magnetfeld zu erzeugen, dessen Maximalwert grösser ist als die Koerzitivkraft des rotierenden magnetischen Materials. Die Entmagnetisierung ist bei diesem Verfahren notwendig, da bei Anwendung eines pulsierenden Magnetfelds eine Änderung des Magnetisierungszustands des Drehelements erzwungen wird, wodurch eine genaue Messung des übertragenen Drehmoments unmöglich wird. die Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments umfasst ein gekreuzt angeordnetes, mit Spulen umwickelten Doppeljoch, das bei der Messung die Magnetisierung der Welle selbst verursacht. Zudem wird das rotierende magnetische Material häufig aufgrund eines pulsierenden, störenden Magnetfelds magnetisiert, das unregelmässig von einem Magnetventil oder einer Zündkerze erzeugt wird. Daher wird die Entmagnetisierung während dem Betrieb mit der Drehmomentmessung durchgeführt und ist auf die exakte Taktgebung angewiesen.
Beide hier beschriebenen Verfahren sind so ausgelegt, dass sie eine vollständige Entmagnetisierung des Bauteils bis zum Innern seines Kerns gewährleisten.
Turbinen und ähnliche Maschinen mit einem An- oder Abtrieb umfassen eine diese durchdringende Welle, die auf verschiedene Arten beim Maschinengehäuse gelagert werden kann. Insbesondere grosse Maschinen mit Wellen von mindestens 100 oder 200 mm sind sehr schwer und belasten die Lager dementsprechend stark. Durch Erschütterungen und Vibrationen altern diese Lager mit der Zeit, so dass die Führung der Welle mehr und mehr Spiel zulässt, wodurch eine Unwucht der Welle entsteht, die zu Beschädigungen am An- oder Abtrieb resp. an der Turbine führen kann.
Aus diesem Grund werden Sensoren, beispielsweise Induktions-Wirbelstromsensoren eingesetzt, welche durch Abstandsmessungen laufend die Abweichung der Lage der Welle und/oder deren Vibrationen messen. Dadurch können rechtzeitig Wartungsarbeiten durchgeführt werden, bevor es zu Beschädigungen an der Turbine kommt.
Damit die Sensorresultate nicht verfälscht werden, muss die Turbine resp. Maschine entmagnetisiert werden, wofür verschiedene bekannte Entmagnetisierungsmethoden zur Verfügung stehen. Gefordert wird in der Regel nur ein Grenzwert, z.B. < 2 oder < 8 A/cm, ohne genauere Definition der Entmagnetisierungsmethode.
Es hat sich gezeigt, dass es vorkommen kann, dass solche Sensoren auf Grund eines Restmagnetismus fehlerhaft messen, wenn ein solcher trotz einer zuvor durchgeführten Entmagnetisierung vorhanden ist. Dies, obwohl die erforderlichen Entmagnetisierungen sachgemäss durchgeführt wurden und die erlaubten Grenzwerte des Restmagnetismus eingehalten sind.
Die oft geforderte Entmagnetisierung solcher Maschinen verhindert Erosion und Blitzschläge innerhalb der Maschine oder Turbine. Dies werden beispielsweise an den Schaufeln der Turbinen durch den Magnetismus an den Schaufeln hervorgerufen, welche eine hohe relative Geschwindigkeit um den Stator aufweisen. Bewegte Magnetfelder erzeugen unerwünschte elektrische Spannung und Strom, der auch durch die bewegten Lager fliessen kann, wodurch diese auch erodieren können. Deshalb ist eine Entmagnetisierung zumindest sehr empfehlenswert, wenn sie nicht sogar vorgeschrieben ist.

Darstellung der Erfindung

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein eingangs beschriebenes Verfahren zum verbesserten Entmagnetisieren einer vorzugsweise bereits entmagnetisierten Maschine aufzuzeigen. Der Magnetismus dieser Maschine soll derart geändert werden, dass ein auf Magnetismus ansprechender Sensor, der bei einer solchen Maschine eingesetzt wird, nicht durch den Magnetismus in der Maschine gestört wird und folglich zuverlässige Messwerte liefern kann. Beispielsweise betrifft dies eine Maschine in Form einer Turbine, Pumpe oder eines Generators, wobei der eingesetzte Sensor ein Induktions-Wirbelstromsensor sein kann. Das Verfahren soll insbesondere auf grosse Maschinen anwendbar sein, deren Wellen Durchmesser von vorzugsweise mindestens 100 mm oder mindestens 200 mm aufweisen oder Materialstärken von mindestens 50 mm oder mindestens 100 mm.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine solche Maschine zu beschreiben, mit der dieses Verfahren durchgeführt werden kann.
Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche in den jeweiligen Kategorien gelöst. Bevorzugte Ausführungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Es hat sich gezeigt, dass im Gegensatz zu herkömmlichen Entmagnetisierungen hier nur lokal, an der Oberfläche, eine Entmagnetisierung durchgeführt werden muss, welche nicht den gesamten Querschnitt der Welle durchdringt. Die lokale Entmagnetisierung an der Oberfläche ist ausreichend, damit der empfindliche Sensor wieder zuverlässig arbeiten kann. Zudem muss nicht die gesamte Länge entmagnetisiert werden, sondern nur der Bereich der Messlinie, an welcher der Sensor bei der Drehung der Welle jeweils misst, beispielsweise der gesamte Umfang. Dieser oberflächliche und lokale Vorgang wird hier Homogenisierung benannt.
Die erste Aufgabe wird gelöst durch eine lokale, oberflächliche Entmagnetisierung der Welle im Bereich der Messlinie oder des Messpunkts, die sogenannte Homogenisierung, durch eine Stabkerndrossel, umfassend einen mit einer isolierten, elektrischen Leiterspule umwickelten ferromagnetischen Stab mit einer vorderen und einer ihr abgewandten hinteren Endfläche. Insbesondere ist der Durchmesser des Stabs kleiner als die radiale Materialstärke der Welle, beispielsweise höchstens 50 mm. So wird gewährleistet, dass das durch die Drossel erzeugte Wechselfeld keine Durchflutung der Welle stattfindet. Dies ist auch vorteilhaft, weil so kein Feld entsteht, welches den Messsensor stören könnte.
Dabei wird die vordere Endfläche nahe der Messlinie oder nahe am Messpunkt positioniert, vorzugsweise bei oder gegenüber der Sensor-Messstelle, und die Leiterspule mit einem Wechselstrom beaufschlagt, zur Erzeugung eines in die Welle eindringenden Magnetwechselfeldes, wobei die vordere Endfläche entlang der gesamten Messlinie relativ zur Welle um mindestens eine volle Umdrehung bewegt wird oder am Messpunkt gehalten wird. Anschliessend wird das Magnetwechselfeld an der Welle zum Abklingen gebracht, entweder durch Entfernen der Stabkerndrossel von der Welle oder durch Abklingen des beaufschlagten Wechselstroms in der Leiterspule.
Die zweite Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Durchführung einer lokalen, oberflächlichen Entmagnetisierung gelöst, einer sogenannten Homogenisierung, zur Erzeugung eines in die Welle eindringenden Magnetwechselfeldes. Diese Vorrichtung umfasst eine Maschine mit einem An- oder Abtrieb sowie mit einer Welle, und einer geschlossene Messlinie oder einem Messpunkt an der Welle, bei der oder bei dem ein auf Magnetismus empfindlicher Sensor angebracht werden kann oder angebracht ist. Erfindungsgemäss umfasst diese Vorrichtung eine Stabkerndrossel, welche einen mit einer isolierten, elektrischen Leiterspule umwickelten ferromagnetischen Stab mit einer vorderen und einer ihr abgewandten hinteren Endfläche aufweist. Die vordere Endfläche ist nahe an der Welle bei der Messlinie oder beim Messpunkt angeordnet. Die elektrische Leiterspule ist an einer Wechselstromquelle anschliessbar oder angeschlossen, zur Beaufschlagung eines Wechselstroms, während sich die Welle dreht oder während sie steht. Insbesondere ist der Durchmesser des Stabs kleiner als die radiale Materialstärke der Welle.
Die Homogenisierung wird in der Regel bei einer Revision durchgeführt, oder wenn vom Sensor kritische Werte festgestellt werden. Werden nach der Homogenisierung erneut kritische Werte gemessen, so sind diese definitiv auf eine Abweichung der Lage zurückzuführen. Andernfalls kann die erste Messung als Fehlmessung identifiziert werden, verursacht durch die störende Magnetisierung an der Welle.
Die Homogenisierung kann bei Bedarf mit einer Drossel von Hand durchgeführt werden. Alternativ kann sie auch fest montiert werden und bei rotierender Welle in Betrieb genommen werden.
Zudem kann von Zeit zu Zeit eine vollständige Entmagnetisierung der gesamten Maschine mit der Welle durchgeführt werden, wenn auch sehr selten. Diese vollständige Entmagnetisierung wird nach dem Stand der Technik durchgeführt und ist für sich allein nicht Gegenstand der Erfindung. Allerdings ist auch das Verfahren beansprucht, bei dem zwei Entmagnetisierungen durchgeführt werden müssen, eine selten durchzuführende vollständige, sowie eine oft durchgeführte partielle Entmagnetisierung der Oberfläche, die Homogenisierung.
Es hat sich herausgestellt, dass in der Welle solcher Maschinen selbst nach einer Entmagnetisierung Domänen ausgeprägt sein können. Dies sind kleine magnetisierte Gebiete innerhalb der Struktur eines ferromagnetischen Stoffes, in denen die magnetischen Momente der Atome parallel ausgerichtet sind. Je mechanisch härter diese Einschlüsse sind, desto grösser ist deren magnetische Koerzitivkraft. Die Richtung der Magnetisierung orientiert sich am Kristallgitter des Werkstoffs. Benachbarte Domänen unterschieden sich stets in ihrer Magnetisierungsrichtung, sodass sie sich gegenseitig aufheben. In Ihrer Summe ist die Magnetisierung daher nahe bei null. Dies gilt aber nur für Bereiche, weit entfernt sind, gemessen an der Grösse der Domänen. In unmittelbarer Nähe können die Domänen zu magnetisch ausgeprägten Zonen and der Oberfläche der Welle führen.
Daher reichen die lokalen Magnetisierungen der Domänen aus, um einen Sensor, der auf Magnetismus empfindlich ist, zu stören.
Aus diesem Grund wird erfindungsgemäss in einer Entmagnetisierung, gegebenenfalls in einer zweiten, die Struktur lokal nahe an einer Messstelle derart homogenisiert, dass diese Domänen dort derart verkleinert werden, dass sie keine Störung mehr am Sensor verursachen. Die Verwendung einer Stabkerndrossel hat sich als sinnvoll erwiesen. Dabei sollte das elektromagnetische Wechselfeld mindestens 15-30mm in die ferromagnetische Struktur der Welle vordringen. Eine Durchdringung wird allerdings nicht erreicht. Zudem kann auch das Gebiet beidseits neben der Messlinie oder um den Messpunkt herum homogenisiert werden, vorzugsweise mit einem jeweiligen Versatz von bis zu 15-30mm.
Da sich die Domänen mit der Zeit wieder zusammenschliessen und fusionieren, ist es ratsam, solche Homogenisierungen von Zeit zu Zeit zu wiederholen. Aus diesem Grund kann es vorteilhaft sein, eine solche Stabkerndrossel in der Maschine einzubauen, um routinemässig, z.B. einmal pro Monat, eine Homogenisierung damit durchzuführen.
Die Stabkerndrossel wird dann möglichst weit weg vom eingesetzten Sensor positioniert, damit seine Messung nicht durch das Magnetwechselfeld gestört wird, wenn während der Messung homogenisiert wird. Zusätzlich kann eine Abschirmung zwischen dem Sensor und der Stabkerndrossel angeordnet sein.
Andernfalls kann der Sensor für die Homogenisierung kurzzeitig entfernt werden. Dazu und um Platz zu sparen kann der Sensor in einer zentralen Aussparung im ferromagnetischen Stab eingesetzt und zur Homogenisierung wieder entnommen werden.
Bemerkenswert ist, dass die Welle nur lokal Im Bereich der Messlinie resp. des Messpunktes homogenisiert wird, wobei der Rest der Welle nach der ggf. ersten Entmagnetisierung keine Homogenisierung mehr erfährt, da diese Homogenisierung nur lokal durchgeführt wird. Die beschriebene lokale Homogenisierung ist daher ein sehr erfolgreiches, einfaches, sicheres und kostengünstiges Verfahren, um die genannte Aufgabe zu lösen. Zudem kann zur Erzeugung des Wechselfelds in der Spule jeweils ortsübliche Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz verwendet werden, was die Anwendung vereinfacht.
Es ist darauf zu achten, dass die vordere Endfläche stets beabstandet von der Welle ist. Dazu kann ein nicht metallischer Abstandshalter, beispielsweise ein Kunststoffteil, auf der vorderen Endfläche angebracht sein. Dieser Abstandshalter kann frontseitig die Kontur der Welle aufweisen.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die entsprechende Vorrichtung erlauben es auf sehr einfache Art, das Problem der Überwachung einer Welle auf sichere und einfache Art zu lösen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung in verschiedenen Zeichnungen dargestellt und mit Hilfe der später erläuterten Bezugszeichen näher erklärt. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Ansicht im Schnitt einer erfindungsgemässen Maschine, die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet ist;
Fig. 2: Eine schematische seitliche Ansicht einer Stabkerndrossel;
Fig. 3: Schematische Ansichten der Welle mit einer stirnseitig angeordneten Stabkerndrossel; (a) auf einer Messlinie; (b) axial bei einem Messpunkt
Fig. 4: eine schematische seitliche Ansicht einer Maschine, bei der Durchführung einer ersten Magnetisierung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Beispiel für eine Maschine 1 dargestellt, die zur Durchführung einer lokalen Entmagnetisierung, hier Homogenisierung genannt, geeignet ist. Diese Maschine 1 umfasst einen An- oder Abtrieb 3, der als Turbine, Pumpe, Generator oder dergleichen ausgebildet sein kann, und wird von einer sich im Betrieb drehenden Welle 2 durchstossen. Insbesondere wird das Verfahren an grossen Maschinen durchgeführt, deren Wellen mindestens 100 mm oder mindestens 200 mm beträgt. Im Fall von Hohlwellen beträgt die Materialstärke mindestens 50mm.
Die Welle 2 ist in der Regel an mindestens zwei Lagern 4 gelagert, wobei sowohl die Lager 4 als auch ein Gehäuse über dem An- oder Abtrieb 3 über Stützen 5 auf einem festen Untergrund 6 abgestützt sind.
Um die Güte der Lager 4 der Welle 2 zu überprüfen, wird an einer Sensor-Messstelle 12 ein Sensor 10 eingesetzt. Dieser misst im Betrieb jeweils entweder die Abweichung der Lage der Welle 2 aus ihrer Ruhelage oder deren Vibrationen. Solche Sensoren 10 können insbesondere Induktions-Wirbelstromsensoren 10 oder andere sein, die auf Magnetismus empfindlich sind. Die Sensor-Messstelle 12 ist nahe an der Welle 2, sodass die Messpunkte an der Welle 2 bei der Rotation der Welle 2 eine geschlossene Messlinie 11 bilden, die entweder auf einer Mantelfläche 8 der Welle 2, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, oder auf einer Stirnfläche 9 der Welle 2, wie in Fig. 3a dargestellt, liegt. Für die Homogenisierung wird der Sensor 10 nicht gebraucht, dieser kann später eingesetzt werden. Es ist ausreichend, wenn der Ort der Messlinie 11 bekannt ist, wobei die Sensor-Messstelle 12 nahe dieser Messlinie 11 ist.
Alternativ kann der Sensor 10 axial auf der Stirnfläche 9 angeordnet sein. In diesem Fall entsteht bei Rotation keine Messlinie, sondern ein Messpunkt 11', wie in Fig. 3b dargestellt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung umfasst zusätzlich zur Maschine 1 mit der Welle 2 eine Stabkerndrossel 20, die auch in Fig. 2 detaillierter dargestellt ist. Die Stabkerndrossel 20 weist einen mit einer isolierten, elektrischen Leiterspule 22 umwickelten ferromagnetischen Stab 21 auf, mit einer vorderen 23 und eine ihr abgewandten hinteren Endfläche 24. Die vordere Endfläche 23 ist nahe an der Welle 2 bei der Messlinie 11 oder beim Messpunkt 11' angeordnet, vorzugsweise bei oder gegenüber der Sensor-Messstelle 12. Der Durchmesser des Stabs 21 ist insbesondere kleiner als der Durchmesser der Welle 8.
Für den Betrieb ist die elektrische Leiterspule 22 an einer Wechselstromquelle 30 anschliessbar oder angeschlossen, zur Beaufschlagung eines Wechselstroms, während sich die Welle 2 dreht oder während sie steht. Dadurch wird ein in die Welle 2 eindringendes Magnetwechselfeld 50 erzeugt, das in Fig. 2 mit einem Bereich 51 gekennzeichnet ist.
Vorzugsweise ist die Stabkerndrossel 20 an einer Führung 26 angebracht, welche eine Linearbewegung beidseits der Messlinie 11 auf der Welle 2 erlaubt, wie in Fig. 2 und in Fig. 3a mit Pfeilen angedeutet ist. Durch eine Verschiebung auf der Führung 26 kann die Stabkerndrossel 20 im Gebrauch die Welle 2 in einem grösseren Bereich 51' beidseitig der Messlinie 11 homogenisieren. Dadurch wird das homogenisierte Gebiet grösser, wie in Fig. 2 unter dem Pfeil auf der Welle 2 gekennzeichnet ist. Bei der Rotation wird entsprechend der gesamte ringförmige Oberflächenbereich mit einer Eindringtiefe von etwa 15-30 mm und einer Gesamtbreite von etwa 30-60mm homogenisiert. Die noch vorhandenen Domänen ausserhalb dieses homogenisierten Ringbereichs um die Messlinie 11 haben keinen Einfluss mehr auf einen Sensor 10 an der Sensor-Messstelle 12, da sie zu weit entfernt sind.
Im Fall eines Messpunkts 11' kann eine Führung 26 derart angebracht sein, dass ein kontinuierlicher Versatz der Stabkerndrossel 20 von vorzugsweise 15-30mm vom Messpunkt 11' erreicht wird, wobei durch Drehen der Welle 2 der Bereich um die Messstelle 11' homogenisiert wird. Andererseits kann eine kreis- oder spiralförmige Führung 26 angebracht sein, welche die Stabkerndrossel 20 im Umfeld der Messstelle 11' bei stehender Welle 2 homogenisiert. Die Pfeile in Fig. 3b symbolisieren diesen möglichen Versatz.
In einer bevorzugten Ausführung weist die Wechselstromquelle 30 für das Wechselfeld in der elektrischen Leiterspule 22 der Stabkerndrossel 20 eine Frequenz von 10-100 Hz, vorzugsweise 40-60 Hz, insbesondere Netzfrequenz auf, je nach Region etwa 50 resp. 60 Hz. Dadurch ist es möglich, die Stabkerndrossel 20 mit Netzspannung direkt und ohne Netzteil zu betreiben.
Zusätzlich kann die elektrische Leiterspule 22 oder eine Zusatzspule 25 um den ferromagnetischen Stab 21 der Stabkerndrossel 20 an einer Gleichstromquelle 31 angeschlossen oder anschliessbar sein. Ein zusätzlicher Gleichstrom kann eine weitere Justierung des gewünschten Sensorsignals bewirken.
Die elektrische Leiterspule 22 auf dem ferromagnetischen Stab 21 kann näher bei der vorderen 23 als bei der hinteren Endfläche 24 angebracht sein, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Dadurch prägt sich im Bereich der vorderen Endfläche 23 ein Magnetwechselfeld 50 aus, dessen Feldlinien stärker und weiter in die Welle 2 eindringen und erst später seitlich ausscheren als bei der hinteren Endfläche 24. Daher kann so die Eindringtiefe erhöht werden.
Vorzugsweise ist ein Leistungsteil 32 zwischen der Wechselstromquelle 30 sowie ggf. der Gleichstromquelle 31 und der elektrischen Leiterspule 22 angeschlossen, welches das Abklingen des Wechselstroms und damit auch des Magnetwechselfeld 50 generieren kann. Dies ist von Vorteilen, wenn die Stabkerndrossel 20 nicht von Hand geführt wird und eingebaut ist, da sie dann nicht einfach von der Welle 2 entfernt werden kann.
In einer besonders bevorzugten Vorrichtung ist die Stabkerndrossel 20 im Bereich eines Lagers 4 angeordnet. Insbesondere wenn das Lager 4 eine Lagerschale hat, z.B. aus Bronze oder einem anderen nicht magnetischen Material, kann durch diese Schale hindurch eine Homogenisierung durchgeführt werden.
Für die Anwendung des Verfahrens wurde die Maschine 1 in der Regel bereits vorgängig als Ganzes entmagnetisiert. In Fig. 4 ist eine mögliche Vorrichtung angegeben, bei der eine solche Maschine 1 entmagnetisiert werden kann. Dazu ist ein Leiterkabel 40 mehrmals um die Maschine 1 gelegt und an einer Wechselstromquelle 30 angeschlossen. Mit einem Leistungsteil 32 kann ein abklingender Wechselstrom generiert werden.
Alternativ kann die Maschine 1 auch durch eine mit Wechselstrom beaufschlagte Spule gebracht werden (nicht dargestellt), wobei die Wirkung des Wechselfeldes auf die Maschine 1 bei zunehmender Distanz abnimmt und dadurch abklingt. Das Abklingen ist notwendig, damit sich kein Restmagnetismus einstellt.
In der Folge wird das erfindungsgemässe Verfahren beschrieben, das mit einer oben beschriebenen Vorrichtung angewendet werden kann. Es führt zum verbesserten Entmagnetisieren einer ggf. bereits entmagnetisierten Maschine 1 mit einem An- oder Abtrieb 3, beispielsweise einer Turbine 3, und einer Welle 2 mit einer Mantelfläche 8 und einer Stirnfläche 9.
Zum Überprüfen der Lage der Welle 2 wird oder ist an einer Sensor-Messstelle 12 nahe an einer geschlossenen Messlinie 11 auf der Mantelfläche 8 oder an der Stirnfläche 9 der Welle 2, oder an einem Messpunkt 11' axial an der Stirnfläche 9 der Welle 2, ein auf Magnetismus empfindlicher Sensor 10, beispielsweise ein Induktions-Wirbelstromsensor 10, angebracht.
Erfindungsgemäss wird eine lokale Entmagnetisierung der Welle 2 im Bereich der Messlinie 11 resp. des Messpunkts 11', hier Homogenisierung genannt, durchgeführt. Dies geschieht durch eine Stabkerndrossel 20, wie sie in Fig. 2 detaillierter gezeigt wird. Diese umfasst einen mit einer isolierten, elektrischen Leiterspule 22 umwickelten ferromagnetischen Stab 21 mit einer vorderen 23 und einer ihr abgewandten hinteren Endfläche 24. Der Durchmesser des Stabs 21 ist insbesondere kleiner als der Durchmesser der Welle 1. Die vordere Endfläche 23 ist oder wird nahe der Messlinie 11 resp. des Messpunkts 11' positioniert, vorzugsweise auf der Messlinie 11 gegenüber der Sensor-Messstelle 12, resp. axial vor dem Messpunkt 11' auf der Stirnfläche 9. Die Leiterspule 22 wird mit einem Wechselstrom beaufschlagt, zur Erzeugung eines in die Welle 2 eindringenden Magnetwechselfeldes 50, wobei die vordere Endfläche 23 entweder entlang der gesamten Messlinie 11 relativ zur Welle 2 um mindestens eine volle Umdrehung bewegt oder beim Messpunkt 11' gehalten wird. Anschliessend klingt das Magnetwechselfeld 50 an der Welle 2 ab, entweder durch Entfernen der Stabkerndrossel 20 von der Welle 2 oder durch Abklingen des beaufschlagten Wechselstroms in der Leiterspule 22.
Durch diese Homogenisierung werden die Domänen aufgebrochen und es stellt sich eine feinere magnetische Struktur mit viel kleineren Domänen ein. Dadurch wird der am Sensor 10 wirkende Restmagnetismus derart verkleinert, dass die Störung stark vermindert ist.
Wie beschrieben kann die Maschine 1 vorgängig bereits entmagnetisiert worden sein. Dazu kann sie einem abklingenden Magnetwechselfeld ausgesetzt werden. Wie in Fig. 4 dargestellt kann diese mittels eines Leiterkabels 40 durchgeführt werden, welches um die Maschine 1 gewickelt und mit Wechselstrom beaufschlagt wird, wobei entweder der Wechselstrom abklingt oder das Leiterkabel von der Maschine entfernt wird, um das Abklingen des Magnetwechselfeldes zu generieren. Ein Abklingen kann durch ein entsprechendes Leistungsteil 32 erzeugt werden.
Alternativ kann die Maschine 1, um das abklingende Magnetwechselfeld zu generieren, durch eine mit Wechselstrom beaufschlagte Spule geführt werden (nicht dargestellt) und sich von dieser anschliessend entfernen.
In einer weiteren Alternative kann die Maschine 1 durch eine getaktete abnehmende Stromstärke in Gleichstrom durchflutet werden, wobei jeder Takt jeweils eine umgekehrte Stromrichtung aufweist und sich die Stromstärke reduziert, um das abklingende Magnetwechselfeld zu generieren.
Vorzugsweise wird die Leiterspule 22 der Stabkerndrossel 20 mit einem Wechselstrom der Frequenz von 10-100 Hz, vorzugsweise 40-60 Hz, insbesondere mit Netzfrequenz beaufschlagt, je nach Region etwa 50 resp. 60 Hz. Somit lässt sie sich direkt am Netz einstecken und braucht kein Netzteil.
Bevorzugt umrundet die Stabkerndrossel 20 die Messlinie 11 mehrmals und wird dabei auch quer zur Messlinie 11 bewegt, um die Welle 2 beidseitig der Messlinie 11 zu homogenisieren. Je 15-30mm beidseits der Messlinie 11 sind in der Regel ausreichend.
Die Stabkerndrossel 20 kann zur Homogenisierung von einem Benutzer von Hand gehalten werden. Dazu kann sie um die Welle 2 geführt werden, oder die Welle 2 kann sich dazu drehen. Anschliessend kann die Stabkerndrossel 20 von der Welle 2 entfernt werden, um das Magnetwechselfeld langsam abzuklingen.
Alternativ kann die Stabkerndrossel 20 nahe an der Messlinie 11 auf der Mantelfläche 8 oder an der Stirnfläche 9 der Welle 2 vorzugsweise gegenüber der Sensor-Messstelle 12 ortsfest oder verschiebbar befestigt werden und sich die Welle 2 bei der Homogenisierung drehen. In diesem Fall kann ein Leistungsteil 32 angebracht sein, um den abklingenden Wechselstrom zu generieren. Das Leistungsteil 32 reduziert den Stromdurchfluss in der Stabkerndrossel 20, damit sich kein Restmagnetismus in der Welle 2 einstellt.
Insbesondere kann die Stabkerndrossel 20 in einer Führung 26 angebracht sein, die eine Bewegung quer zur Messlinie 11 zulässt. Zur Homogenisierung der Welle 2 wird sie verschiebbar beidseits der Messlinie 11 axial bewegt. Dadurch vergrössert sich der homogenisierte Bereich um die Messlinie 11.
Es ist auch möglich, die Stabkerndrossel 20 während dem Betrieb der Maschine 1 permanent zu betreiben, um stets eine Homogenisierung durch das erzeugte Magnetwechselfeld 50 zu generieren.
In einer alternativen Ausführung ist die Stabkerndrossel 20 axial stirnseitig an der Welle 2 beim Messpunkt 11' angeordnet, wie in Fig. 3b gezeigt. Der ferromagnetische Stab 21 weist dazu vorzugsweise eine zentrale Aussparung 27 auf, zur entnehmbaren Aufnahme des Sensors 10. Zur Homogenisierung wird der Sensor 10 aus der Aussparung 27 entfernt, damit er durch das Magnetwechselfeld 50 nicht beschädigt wird. Anschliessend an die Homogenisierung durch die Stabkerndrossel 20 wird der Sensor 10 wieder in die zentrale Aussparung 27 eingesetzt, zum Überwachen der Lage der Welle 2. Auf diese Art kann die Stabkerndrossel 20 stets bei der Maschine 1 montiert bleiben, auch während dem Betrieb und während der Messung durch den Sensor 10.
In einem bevorzugten Verfahren wird die Leiterspule 22 der Stabkerndrossel 20 oder eine zusätzliche Leiterspule 25 um den ferromagnetischen Stab 21 zusätzlich mit einem Gleichstrom beaufschlagt. Dadurch kann eine weitere Justierung eines gewünschten Sensorsignals erfolgen.
Bevorzugt ist beim Verfahren die elektrische Leiterspule 22 auf dem ferromagnetischen Stab 21 näher bei der vorderen 23 als bei der hinteren Endfläche 24 angebracht. Dadurch kann die Homogenisierung bei gleicher Leistung des angelegten Wechselstroms tiefer hinter die Oberfläche der Welle 2 erreicht werden.

Bezugszeichenliste

1: Maschine
2: Welle
3: An- oder Abtrieb, beispielsweise Turbine, Pumpe, Generator
4: Lager
5: Stützen
6: Untergrund
7: Achse der Welle
8: Mantelfläche (der Welle)
9: Stirnseite (der Welle)
10: Sensor, z.B. Induktions-Wirbelstromsensor
11: Messlinie
11': Messpunkt
12: Sensor-Messstelle
20: Stabkerndrossel
21: Ferromagnetischer Stab
22: Elektrische Leiterspule
23: Vordere Endfläche
24: Hintere Endfläche
25: Zusatzspule
26: Führung
27: Zentrale Aussparung
30: Wechselstromquelle
31: Gleichstromquelle
32: Leistungsteil für abklingenden Wechselstrom
40: Leiterkabel
50: Magnetwechselfeld
51: Homogenisierter Bereich auf der Oberfläche der Welle
51': vergrösserter homogenisierter Bereich auf der Oberfläche der Welle

Claims

Verfahren zum verbesserten Entmagnetisieren einer vorzugsweise bereits entmagnetisierten Maschine (1) mit einem An- oder Abtrieb (3), beispielsweise einer Turbine (3), und einer Welle (2) mit einer Mantelfläche (8) und einer Stirnfläche (9), wobei zum Überprüfen der Lage der Welle (2) an einer Sensor-Messstelle (12) nahe an einer geschlossenen Messlinie (11) auf der Mantelfläche (8) oder an der Stirnfläche (9) der Welle (2), oder an einem Messpunkt (11') axial an der Stirnfläche (9) der Welle (2) ein auf Magnetismus empfindlicher Sensor (10), beispielsweise ein Induktions-Wirbelstromsensor (10), angebracht werden kann oder angebracht ist, gekennzeichnet durch eine lokale Entmagnetisierung der Welle (2) im Bereich der Messlinie (11) resp. des Messpunkts (11'), hier Homogenisierung genannt, durch eine Stabkerndrossel (20), umfassend einen mit einer isolierten, elektrischen Leiterspule (22) umwickelten ferromagnetischen Stab (21) mit einer vorderen (23) und einer ihr abgewandten hinteren Endfläche (24), wobei der Durchmesser des Stabs (21) insbesondere kleiner ist als die radiale Materialstärke der Welle (2)
a. wobei die vordere Endfläche (23) nahe der Messlinie (11) resp. des Messpunkts (11') positioniert wird oder positioniert ist, vorzugsweise auf der Messlinie (11) gegenüber der Sensor-Messstelle (12), resp. axial vor dem Messpunkt (11') auf der Stirnfläche (9), und wobei die Leiterspule (22) mit einem Wechselstrom beaufschlagt wird, zur Erzeugung eines in die Welle (2) eindringenden Magnetwechselfeldes (50),

b. wobei die vordere Endfläche (23) entlang der gesamten Messlinie (11) relativ zur Welle (2) um mindestens eine volle Umdrehung bewegt oder beim Messpunkt (11') gehalten wird,

c. und wobei das Magnetwechselfeld (50) an der Welle (2) anschliessend abklingt, entweder durch Entfernen der Stabkerndrossel (20) von der Welle (2) oder durch Abklingen des beaufschlagten Wechselstroms in der Leiterspule (22).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Maschine (1) vorgängig entmagnetisiert wird und dabei einem abklingenden Magnetwechselfeld ausgesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterspule (22) der Stabkerndrossel (20) mit einem Wechselstrom der Frequenz von 10-100 Hz, vorzugsweise 40-60 Hz, insbesondere Netzfrequenz, je nach Region etwa 50 resp. 60 Hz beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabkerndrossel (20) bei der Messlinie (11) positioniert ist und diese mehrmals umrundet und dabei vorzugsweise auch quer zur Messlinie (11) auf der Oberfläche der Welle (2) bewegt wird, um die Welle (2) beidseitig der Messlinie (11) zu homogenisieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabkerndrossel (20) zur Homogenisierung von einem Benutzer von Hand geführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabkerndrossel (20) nahe an der Messlinie (11) auf der Mantelfläche (8) oder an der Stirnfläche (9) der Welle (2) vorzugsweise gegenüber der Sensor-Messstelle (12) ortsfest oder beweglich befestigt wird und sich die Welle (2) bei der Homogenisierung dreht.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabkerndrossel (20) das Magnetwechselfeld (50) permanent erzeugt, während die Maschine (1) in Betrieb ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabkerndrossel (20) axial stirnseitig an der Welle (2) beim Messpunkt (11') angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ferromagnetische Stab (21) eine zentrale Aussparung (27) aufweist zur entnehmbaren Aufnahme des Sensors (10).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass anschliessend an die Homogenisierung durch die Stabkerndrossel (20) ein Sensor (10), insbesondere ein Induktions-Wirbelstromsensor in die zentrale Aussparung (27) eingesetzt wird, zum Überwachend der Lage der Welle (2).
Vorrichtung zur Durchführung einer lokalen Entmagnetisierung, hier Homogenisierung genannt, gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Maschine (1) mit einem An- oder Abtrieb (3), beispielsweise einer Turbine (3), und einer Welle (2) mit einer Sensor-Messstelle (12) bei einer geschlossenen Messlinie (11) auf der Mantelfläche (8) oder an der Stirnfläche (9) der Welle (2) oder einer Messstelle (11') axial an der Stirnfläche (9) der Welle (2), bei der ein auf Magnetismus empfindlicher Sensor (10) angebracht werden kann oder angebracht ist, gekennzeichnet durch eine Stabkerndrossel (20) umfassend einen mit einer isolierten, elektrischen Leiterspule (22) umwickelten ferromagnetischen Stab (21) mit einer vorderen (23) und einer ihr abgewandten hinteren Endfläche (24), wobei der Durchmesser des Stabs (21) insbesondere kleiner ist als die radiale Materialstärke der Welle (2), wobei die vordere Endfläche (23) nahe an der Welle (2) bei der Messlinie (11), vorzugsweise gegenüber der Sensor-Messstelle (12), oder bei der Messstelle (11') angeordnet ist, und wobei die elektrische Leiterspule (22) an einer Wechselstromquelle (30) anschliessbar oder angeschlossen ist, zur Beaufschlagung eines Wechselstroms während sich die Welle (2) dreht oder während sie steht, zur Erzeugung eines in die Welle (2) eindringenden Magnetwechselfeldes (50).
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabkerndrossel (20) axial an der Stirnfläche (9) der Welle (2) bei der Messstelle (11') angebracht ist und der ferromagnetische Stab (21) eine zentrale Aussparung (27) aufweist zur entnehmbaren Aufnahme des Sensors (10).
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstrom in der elektrischen Leiterspule (22) der Stabkerndrossel (20) eine Frequenz von 10-100 Hz, vorzugsweise 40-60 Hz, insbesondere Netzfrequenz, je nach Region etwa 50 resp. 60 Hz aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leiterspule (22) oder eine Zusatzspule (25) um den ferromagnetischen Stab (21) der Stabkerndrossel (20) zusätzlich an einer Gleichstromquelle (31) angeschlossen oder anschliessbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabkerndrossel (20) im Bereich eines Lagers (4) angeordnet ist, welches die Welle (2) stützt.