FI58837B - Maetsond foer maetning av ytavnoetningen hos maskindelar - Google Patents

Description

μ7η^-1 Γβ1 KUULUTUSJULKAISU ςοο·ζ»7 m <"> UTLÄOGNINOSSKIIIFT 3ÖÖ0 / C Patentti my 'in tv: tty 10 04 1901 ' Patent rsc-iiclat ^ ^ (51) Kv.ik?/int.a.3 G 01 B 7/10 SUOMI—FINLAND (21) p«*»«ih^*mo*-P.t*nt«ekn«n< 752629 (22) H»k*ml»ptlvl — An»öknlnjidif 19· 09· 75 (Fl) (23) AlkupUvi·—GlMghattdtg 19.09 ·75 (41) Tulkit Julklt·lul — Bllvlt offentllg 21.03 · 76

PstanttH» rekiiterih.lljtu. Niht*v»Mpm*, |. kuuL|uik.,*,n pvm. -

Patent· och ragistaratyralMn Ainakin utitgd och utUkrtfun pubtkerad 31.12. oo (32)(33)(31) Pyydetty MUolkMi—B«g«rd prlorlt» 20.09-7*+

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 2W*5111.U

(71) B & W Diesel A/S, No. 2, Torvegade, l*+00 K^benhavn K, Tanska-Danmark(DK) (72) Franz Michael Mannstaedt, Allerfid, Tanska-Danmark(DK) (7*0 Berggren Oy Ab (5U) Mittaussondi koneenosien pintakulumisen mittaamiseksi -Mätsond för mätning av ytavnötningen hos maskindelar

Esillä oleva keksintö kohdistuu mittaussondiin koneenosien pinta-kulumisen mittaamiseksi induktiivisesti, käsittäen mittauspiiriin kytketyn sähkömagneettisen käämin, jota ympäröi työvälin muodostava magneettinen piiri, joka on korkean magneettisen permeabilitee-tin omaavaa ainetta.

Ferromagneettisten aineiden paksuuksien mittaamiseksi on tunnettua käyttää induktiivisia mittaussondeja, jotka käsittävät magneettisen piirin, joka sovitetaan esineelle, jonka paksuus on mitattava. Esine kuuluu magneettiseen piiriin, ja kun tämän esineen paksuus muuttuu, esimerkiksi kulumisen seurauksena, syntyy vastaava muutos magneettisen piirin reluktanssiin, ja tämä reluktanssin muutos on tapahtuneen kulumisen mitta.

Tällaisella järjestelyllä on, erikoisesti siinä tapauksessa, että halutaan mitata sylinterin kuluminen moottorissa, se haittapuoli, ettei mittaussondi voi olla erikoisen herkkä, koska se on sijoitettava ulkopuolisesti sylinterin seinämään. Tapahtuva esineen paksuuden, ts. sylinteriseinämän paksuuden, pieneneminen vaikuttaa vain vähäisesti magneettiseen reluktanssiin, ja koska sylinterin seinämän paksuus on tavallisesti suhteellisen suuri, ei magneettipiirissä tapahtuva 2 58837 reluktanssin muutos voi olla kovinkaan merkittävä. Toinen haittapuoli tunnetulla järjestelyllä on se, ettei sylinterin seinämä tai muu koneenosa saata olla suunniteltu tällaisen mittaussondin asentamista varten, ja tämän vuoksi on ryhdyttävä erikoistoimenpiteisiin jotta voitaisiin asentaa mittaussondi sopivaan paikkaan sylinterin seinämään tai koneenosaan.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa mainitut haittapuolet ja tämän saavuttamiseksi on keksinnön mukaiselle mittaussondille tunnusomaista se, että työväli on magneettisesti inerttista ainetta ja että työvälin paksuutta rajoittaa magneettipiirin kaksi osaa, että työ-väliä sen toisella puolella rajoittavien kahden osan pinta-alueiden tasomainen ulottuvuus on sovitettu suoraan riippuvaiseksi kulutukselle alttiista koneenosan pinnasta, ja että kulutus siten vähentää välin pinta-alaa.

Kun järjestetään mittaussondin magneettinen piiri siten, että tapahtuva kuluminen suoraan kohdistuu rakoon tai väliin, saavutetaan huomattavasti suurempi herkkyys, koska reluktanssi muuttuu voimakkaasti raon pinta-alan pienentyessä kulumisen seurauksena.

Koneenosien, esimerkiksi moottorin sylinterin kulumisen mittaamiseksi on myöskin tunnettua käyttää elektrodien väliin sovitettua vastus-kappaletta, joka on sovitettu kulumiselle alttiille koneenosalle, ja suorittaa tämän kappaleen ohmisen vastuksen muuttoksen mittaus kulumisen tapahtuessa. Tavallisesti suoritetaan tällöin tasavirtamittaus.

Myöskin tällä menetelmällä on erilaiset haittapuolet. On olemassa vaara, että vastuskappale vaurioituu mekaanisesti ja mahdollisesti murtuu kun se sijoitetaan koneenosaan. Kulumisen mukaan muuttuva vas-tusarvo riippuu mm. mittausalueessa vallitsevasta lämpötilasta ja siihen voi vaikuttaa kemiallisesti tai syöpyvästä koneessa oleva voiteluaine. Edelleen on olemassa riski että voiteluaine, joka välttämättä on sijoitettava sondin ja koneenosan väliin, tunkeutuu vastuskappa-leen ja sen eristysaineen väliin, ja aikaansaa siihen vaihtoehtoiset virtatiet, joiden seurauksena on harhaanjohtavat mittaustulokset.

Nämä haittapuolet eivät esiinny keksinnön mukaisessa mittaussondissa.

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaan on mittaussondille tunnusomaista, että sondi on muotoiltu koneenosaan sijoitetuksi nastak- 3 58837 si, että se käsittää osaksi pitkänomaisen keskeisen sydämen, joka on suuren magneettisen permeabiliteetin omaavaa ainetta, osaksi ainakin yhden sydämen ympäri sovitetun käämin, osaksi ulkoisen, käämiä ja sydäntä ympäröivän vaipan, joka on suuren magneettisen permeabiliteetin omaavaa ainetta, osaksi sydämen ja vaipan väliin järjestetyn, sydämen toisessa päässä sijaitsevan raon, joka on täytetty magneettisesti inert-tisellä aineella, ja että sydämen, raon ja vaipan päätysivut nastan toisessa päässä ovat siten muotoiltuja, että ne ovat samassa tasossa sen koneenosan pinnan kanssa, joka on kulumiselle altis, jolloin käämi on kytketty induktiomittauspiiriin.

Kun koneenosan pinnan tasossa olevaan nastan päätypintaan kohdistuu kulutus, pienenee raon pinta-ala. Koska käämin itseinduktio kyseisessä magneettisessa piirissä riippuu toisaalta käämin kierrosluvusta ja toisaalta raon pinta-alasta ja leveydestä, ja koska raon pinta-ala on ainoa kulumisen mukana muuttuva suure, tulee käämin itseinduktio pienenemään verrannollisena kulumiseen. Mittaussondi antaa sen vuoksi induktiomittauspiirin kautta suoran indikaation tapahtuvasta kulumisesta. Täten saavutettavissa olevalla kompaktilla ja tukevalla rakenteella voidaan sondi sijoittaa suoraan koneenosaan ilman mekaanisen vaurioitumisen vaaraa, eikä voiteluaine vaikuta sondiin. Tämän lisäksi ei ole olemassa vaaraa voiteluaineen kemialliselle vaikutukselle eikä siten kulumismittauksen erheellisyydelle.

Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan voi sydämen ympäri ja vaipan alla edelleen olla ensimmäisestä käämistä erillään oleva käämi, jolloin vastaavassa magneettisessa piirissä, joka käsittää osan sydämestä ja osan vaipasta, on vakiosuuruinen rako. Toisella käämillä ja vastaavalla magneettisella piirillä on vakioreluktanssi, koska raolla on vakiosuuruus, ja tämän vuoksi voi tämä käämi olla mittaus-piiriin kuuluvana vertailukääminä, joka mittauspiiri esimerkiksi voi olla mittaussiltakytkentä. Tällä vertailukäämillä voidaan siten saavuttaa lämpötilavaikutuksen kompensointi.

Keksintöä selostetaan seuraavassa viitaten oheiseen kaaviomaiseen piirustukseen, joka esittää keksinnön mukaisen mittaussondin erästä suoritusmuotoa.

Mittaussondi käsittää keskeisen, oleellisesti sylinterimäisen pitkänomaisen sydämen 1, johon on muodostettu kaksi ympärikulkevaa laippaa 11 58837 2 ja 3, jotka ovat etäisyyden päässä toisistaan ja joista toinen sijaitsee sydämen 1 toisessa päässä. Sydän 1 on suuren magneettisen permeabiliteetin omaavaa ainetta.

Sydämen 1 ympäri ja kahden ympärikulkevan laipan 2 ja 3 väliin on sovitettu sydämen ympäri käämitty käämi 4, ja laipan 2 toiselle puolelle on edelleen sovitettu sydämen 1 ympärillä oleva toinen käämi 5·

Sydäntä 1 ja kahta sydämen ympäri sovitettua käämiä 4 ja 5 ympäröi vaippa 6, joka on myös suuren magneettisen permeabiliteetin omaavaa ainetta. Vaippa, jonka ulkopinta 7 on heikosti kartiomainen, mikä on piirustuksessa esitetty liioteltuna, on tarkoitettu puristettavaksi vastaavan kartiokkuuden omaavan reiän sisään siihen koneenosaan 8, esimerkiksi dieselmoottorin sylinterin seinämään, joka on kulumiselle altis ja jonka kuluminen on mitattava sondin avulla.

Vaippa 6 mitoitetaan siten, että sen päätypinta 6a on tasossa koneenosan 8 kulumiselle alttiin pinnan 11 kanssa.

Käämi 5 ulottuu vain pitkin osaa laipasta 2 sydämen 1 vapaaseen päähän laskettua pituutta ja jättää sydämen pään la vapaaksi. Vaippa on muotoiltu niin, että sen sisähalkaisija on käämin 5 ympärillä olevassa alueessa hieman suurempi kuin käämin ulkohalkaisija ja sydämen vapaan pään alueessa la hieman suurempi kuin sydämen ulkohalkaisija.

Mainittu välitila vaipan sisäpinnan ja käämin 5 vast, sydämen pään la välissä on täytetty magneettisesti inerttisellä aineella, esim. muo-viaineella, joka sydämen 1 ja vaipan 6 väliin synnyttää raon tai välin 12 magneettiseen piiriin, joka liittyy käämiin 5· Sydämen pään la päätypinta sekä raon päätypinta ovat samassa tasossa kuin vaipan 6 päätypinta 6a, ts. samassa tasossa kuin kulumiselle altis pinta 11.

Sondin vastakkaiseen päähän on vaipan päätypinnan ja laipan 3 väliin sovitettu rengas 13, joka on esim. muovia tai edullisesti peräänanta-vaa, magneettisesti inerttistä ainetta, kuten kuparia, ja joka muodostaa raon käämiin 4 liittyvään magneettiseen piiriin.

Sondin takapäässä, ts. kulutuslaipasta poispäin olevassa päässä on vaipan 6 pää päällystetty tai sen päälle on sovitettu sähköisesti eristävää ainetta, esimerkiksi samanlaista ainetta kuin raossa 12, 5 58837 oleva kuori 15· Käämeihin 4 ja 5 tulevat ja niistä lähtevät johdot 14 on viety esim. taaimman laipan 3 sekä kuoren 15 läpi. Näihin johtoihin kohdistuvan kuormituksen, poistamiseksi voivat ne olla kiinnitetyt laippaan 3 esittämättä jätetyllä kiinnikkeellä sekä sovitetut kuoren 15 läpi.

Seuraavassa selostetaan sondin toimintatapaa:

Koneenosaan, jonka toinen pinta on altis kulumiselle, aikaansaadaan niin suuri kartiomainen reikä, että sondi voidaan puristaa tämän reiän sisään ja että sondin etupään pinta, ts. sydämen, raon ja vaipan pääty-pinnat ovat tasossa mainitun koneenosan pinnan kanssa.

Kaksi käämiä 4 ja 5 kytketään impedanssimittaussiltaan, johon syötetään vaihtojännitettä vakiotaajuudella. Käämiin 4 liittyvällä magneettisella piirillä on vakioreluktanssi, koska sen raon pinta-ala ei muutu, minkä vuoksi käämillä on oleellisesti vakio impedanssi. Käämi 4 muodostaa referenssin mittaussiltaan.

Kun koneenosan 8 pinta 11 kuluu, tapahtuu myöskin sondin päätypinnassa kulumista. Tämä merkitsee, että vaipan päätypinta 6a, raon 12 pääty-pinta sekä sydämen päätypinta kuluvat kuviossa olevan nuolen S osoittamassa suunnassa. Koska käämin 5 itseinduktio riippuu käämin kierros-luvusta sekä raon 12 pinta-alasta ja leveydestä, sen ollessa suoraan verrannollinen pinta-alaan ja kääntäen verrannollinen leveyteen, pienenee käämin 5 itseinduktio verrannollisena kulumiseen, koska tämä pienentää vain raon pinta-alaa. Tällöin pienenee käämin 5 impedanssi, jolloin siltakytkennässä todetaan tasapainotilan muuttuminen, joka hyvin lähellä suoraan osoittaa tapahtuneen kulumisen.

Käämin 5 sisältävän magneettisen piirin reluktanssin muutos voisi muuten myös osoittaa tapahtuvan kulumisen, mikäli käämi 5 kytketään resonanssipiiriin. Tässä tapauksessa on mittaustaajuuden tarvittava muutos resonanssitilan jälleensaavuttamiseksi myös kulumisen mittana.

Claims (6)

1. 58837
2. 1. Mittaussondi koneenosien pintakulumisen mittaamiseksi induktiivisesta, käsittäen mittauspiiriin kytketyn sähkömagneettisen kääminj jota ympäröi työvälin muodostava magneettinen piiri, joka on korkean magneettisen permeabiliteetin omaavaa ainetta, tunnettu siitä, että työväli on magneettisesti inerttistä ainetta ja että työvälin (12) paksuutta rajoittaa magneettipiirin kaksi osaa (1, 6), että työväliä sen toisella puolella rajoittavien kahden osan pinta-alueiden tasomainen ulottuvuus on sovitettu suoraan riippuvaiseksi kulutukselle alttiista koneenosan (8) pinnasta (11), ja että kulutus siten vähentää välin pinta-alaa.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittaussondi, jossa sondi on muodostettu kulumiselle alttiiseen pintaan avautuvaan syvennykseen sijoitetuksi nastaksi, tunnettu siitä, että työväli (12) ulottuu välin leveydeltään suunnilleen kohtisuoraan sondin akselia vastaan ja suunnilleen yhdensuuntaisesti koneenosan (8) kulumiselle alttiin pinnan (11) kanssa.
4. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen mittaussondi, jossa magneetti-piirissä on keskeinen, käämin ympäröimä sydän ja käämiä ympäröivä kuori, tunnettu siitä, että koaksiaalisesti sovitettu työ-väli (12) samoin kuin väliinsä työväliä rajoittavat magneettipiirin kuoren (6) ja sydämen (1) osat päätyvät samaan sondin yhteiseen pää-typintaan, joka on järjestetty yhteen kulumiselle alttiin pinnan kanssa.
5. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen mittaussondi, tunnettu siitä, että magneettipiirin sydän (1) sekä kuori (6) yhdessä toisen magneettipiiriin kytketyn sähkömagneettisen käämin (4) kanssa muodostavat vertailumagneettipiirin, jossa on vakiosuuruinen työväli (13).
6. 1. Mätsond för mätning av ytavnötningen hos maskindelar pä in-duktiv väg med en i en mätkrets inkopplad elektromagnetisk spole, som är omgiven av en arbetsspalt bildande magnetkrets av ett material med hög magnetisk permeabilitet, kännetecknad av att arbetsspalten är av magnetiskt inert material och att ar-betsspaltens (12) tjocklek är begränsad av tvä avsnitt (1, 6) av