NL8802002A - Werkwijze en inrichting voor het detecteren van defekten in bewegende onderdelen met een centrale, roterende as. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het detecteren van defektenin bewegende onderdelen met een centrale, roterende as.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijzevoor het detecteren van defekten in bewegende onderdelenmet een centrale, roterende as, in het bijzonder aslagers,met behulp van een akoestisch-elektrische omzetter,die de opgevangen mechanisch-akoestische trillingen omzetin elektrische signalen, die in een signaalverwerkings-schakeling worden verwerkt tot indicatiesignalen voor destaat van de onderdelen, alsmede op een inrichting voortoepassing van deze werkwijze.

Een dergelijke werkwijze en inrichting zijnbekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 85 03294,afkomstig van dezelfde aanvraagster. Daarbij is de akoes¬tisch-elektrische omzetter bevestigd aan een vaststaand,niet bewegend deel, bijvoorbeeld het huis van een aslager.Volgens dit bekende systeem worden de van de omzetterafkomstige signalen na bandfiltering en versterking toege¬voerd naar een vermenigvuldiger, aan de tweede ingangwaarvan een vaste frequentie wordt toegevoerd van eenfrequentiegenerator. De uitgang van de vermenigvuldigerwordt gefilterd door een laag-doorlaatfilter en deamplitudetoename van het verkregen signaal is indicatiefvoor een defekt in het lager.

Een dergelijk systeem is geschikt voor selec¬tieve controle, doordat het verkregen indicatiesignaalin een vergelijkerschakeling wordt gerefereerd aan eenaantal standaard-referenties. Voor nauwkeurige, absolutemetingen, is een dergelijk systeem minder geschikt, aan¬gezien bijvoorbeeld bij het doormeten van een kogellageraan de buitenzijde van het huis door onderling contactvan de zich daar binnen bevindende bewegende delendempingen optreden. In een askogellager bijvoorbeeldzijn de zwaarst belaste contacten normaliter aan debinnenringen van zo'n lager. Trillingen,als gevolg van intredendedefekten daaraan worden gedempt door de respectievelijkeovergangen van binnenring tot kogels, van kogels totbuitenring, en van buitenring tot huis.

Een oplossing hiervoor zou zijn, de akoestisch-elektrische omzetter niet aan de buitenzijde, maar binneninte bevestigen, dat wil zeggen aan de roterende as. Evenwelbestaat dan het probleem, om de verkregen signalen zonderstorende ruis naar buiten de kunnen transporteren.

Volgens de uitivinding is nu gevonden, dat hetmogelijk is met een akoestisch-elektrische omzetter direktaan de roterende as van bijvoorbeeld een aslager te meten,wanneer er voor gezorgd wordt, dat de elektrische ladingen,die ten gevolge van akoestische trillingen ontstaan,eerst worden omgezet in stroomfluctuaties van een gelijk¬stroom.

De uitvinding voorziet daartoe in een werkwijze,zoals in de aanhef omschreven, met het kenmerk, dat deakoestisch-elektrische omzetter meeroterend is bevestigdcentraal aan een uiteinde van de as en de opgevangentrillingen omzet tot stroomfluctuaties van een stroombron,die via een roterend stroomcontact worden uitgekoppeldvoor verdere verwerking.

De uitvinding voorziet tevens in een inrichtingvoor toepassing van deze werkwijze, met het kenmerk, datde akoestisch-elektrische omzetter bestaat uit een piëzo-elektrisch element, geschakeld in een hoog doorlaatfilteren gekoppeld aan de stuurpoort van een stroomversterkings-element, via het roterende contact aangesloten op eenge1i j kstroombron.

Bij de uitvinding wordt met voordeel gebruikgemaakt van moderne rotatieconnectoren, die roterendegeleiders met behulp van kwikcontacten doorverbinden metvaste geleiders. Een voorbeeld van een voor de uitvindingbruikbare connector is de zogenaamde MERCOTAC ® connectorvan Sillner Maschinenbau GmbH. Bij de uitvinding wordtde gelijkstroom via het roterende contact naar de mee¬roterende schakeling van de akoestisch-elektrische omzettergeleid, alwaar de stroom door het stroomversterkings-element via de stuurpoort wordt gefluctueerd in overeen¬stemming met de opgevangen signalen.

Doelmatig is bij de uitvinding het stroomver-sterkingselement een veldeffekttransistor, met zijn toe¬voer en afvoer aangesloten op de stroombron en met zijn stuurpoort op het piëzo-elektrische element.

Met het oog op de signaalverwerking dient dewisselstroomcomponent van de gelijkstroomcomponent vande stroom te worden gescheiden, en hiertoe voorziet deuitvinding er verder in, dat de gelijkstroombron over eenweerstand op de stroomversterker is aangesloten, en despanningsfluctuaties over deze weerstand capacitief wordenuitgekoppeld voor verdere verwerking tot indicatiesignalen.

De uitvinding wordt thans nader toegelicht aande hand van een uitvoeringsvoorbeeld onder verwijzing naarde tekening. In de tekening toont: fig. 1 op vergrote schaal in dwarsdoorsneeeen eerste uitvoeringsvorm van een omzetterinrichtingvolgens de uitvinding, fig. 2 schematisch een tweede uitvoeringsvorm,fig. 3 het principeschakelingsschema van deomzetter volgens de uitvinding, fig. 4 een meetkarakteristiek van metingen aaneen aslager met niet-roterende as, fig. 5 een meetkarakteristiek van metingen aandit aslager met roterende as, en fig. 6 een dergelijke meetkarakteristiek inhet geval, dat de lagerkooi van het aslager een defektvertoont.

In fig. 1 is op vergrote schaal in doorsneeeen uitvoeringsvorm getoond van de akoestisch-elektrischeomzetter volgens de uitvinding, algemeen aangegeven met 1. Deze inrichting is gemonteerd op een uitstekende as 2van een aslager (niet getoond) /waarvan de trillingen moeten wordengemeten, teneinde voortijdig ongunstige signalen, ingeleid door intre¬dende defekten in het-lager, vast te kunnen stellen. De omzetter heefteen cilindrisch uitgevoerd huis 3, dat centraal aan zijn voorzijde eenopneemholte 4 vertoont, bedoeld voor het opnemen van hetuiteinde van de as 1, zodat wanneer de as roteert, hethuis met de daarin aanwezige onderdelen mee roteert.

In het huis 3 is een pië20-elektrisch sensor-element 5 ondergebracht, naar de voorzijde toe afgeschermddoor een isolatie 6. Achter het piëzo-elektrische elementbevindt zich een holle kamer 7, waarin de elektronischeschakeling van de omzetter is ondergebracht. Daarachter bevindt zich een aansluitbus 8, waarin een roterend contact9 is ingeplugd. Dit contact wordt gevormd door een connec-tor, in staat om een geleidende verbinding tot stand tebrengen tussen een roterend onderdeel en een stilstaandonderdeel. Een geschikt voorbeeld van een dergelijkeconnector is de zogenaamde MERCOTAC® .

In fig. 2 is schematisch een alternatieve uit¬voering gegeven, waarin de elektro-akoestische omzetterniet op, maar in de as van een te meten aslager of andereroterende inrichting wordt gestoken. Bij deze laatsteuitvoering is de as 1 aan zijn uiteinde voorzien van eencentrale asboring 10, en vertoont de omzetterinrichtingin plaats van een opneemholte een uitsteeksel 11, bedoeldom in de centrale asboring 10 te worden gestoken. Dezelaatste uitvoering is bedoeld voor assen van grotere dia¬meter, terwijl de eerste uitvoering meer geschikt isvoor assen van kleine diameter.

In fig. 3 is de elektronische schakeling, diegebruikt wordt bij dergelijke omzetterinrichtingenschematisch aangegeven. De piëzoelektrische sensor 5vormt deel van een RC-hoog-doorlaatfilter, schematischaangegeven door een weerstand 12 parallel te schakelenover het piëzoelektrische element 5.

De uitgang van het piëzo-element is gekoppeldop de stuurpoort van een veldeffekttransistor 13, waarvande toevoer en afvoer via het roterende contact 9 zijnaangesloten op een voedingsspanning VQ die via een weerstand14 aan de meetschakeling wordt aangelegd. Om van despanning, aangelegd over de weerstand R de wisselstroom-component, veroorzaakt door de signalen van het piëzo¬elektrische element 9 te kunnen afkoppelen, dient eencondensator 15.

De in het bovenstaande beschreven akoestischeomzetter werkt als volgt. Indien ten gevolge van rotatievan de as 1 in het aslager trillingen ontstaan, wordendeze door het piëzoelektrische element 5 opgevangen enomgezet tot elektrische impulsen, die via de stuurpoortvan de veldeffekttransistor 13 de daar doorheen gaandestroom van de stroombron Vq doen fluctuëren. Via de,een zeer lage weerstand hebbende rotatiekoppeling 9 wordt deze stroom over de weerstand 14 afgeleid. Indiendeze weerstand 14 een spanning R heeft, zal daarovereen spanning staan V=R(i+Ai), waarvan V=Ri de gelijk-stroomcomponent is, en V=RAi een fluctuerende wissel-stroomcomponent, die representatief is voor de signalenopgevangen door het piëzoelektrische element. Deze laatstecomponent =R*Ai wordt capacitief uitgekoppeld viade condensator 15 en kan dan verder worden verwerktbijvoorbeeld tot registratie op een oscilloscoop ofsignaalschrijver.

Met de inrichting volgens de uitvinding zijngevoelige en nauwkeurige metingen mogelijk, met eenzo laag mogelijke storingsruis. Dit komt, omdat in tegen¬stelling met de bekende systemen, niet van buiten uitop een stilstaand onderdeel van een roterend systeemgemeten wordt, maar rechtstreeks aan de centrale,roterende as van het systeem. Bij een aslager is, zoalseerder opgemerkt, de hoogste belasting in de kern van hetaslager, en daar zullen de inleidende signalen van defekten te ver¬wachten zijn. Bij meten aan de buitenzijde vindt tamelijkveel demping plaats van binnen naar buiten, maar doordatbij de uitvinding over de as gemeten wordt, is dezedemping geëlimineerd. Daardoor wordt een gevoelige enbetrouwbare meting verkregen, die volledig representatiefis voor de staat van het te meten asleger.

In de figuren 4, 5 en 6 zijn meetkarakteristie-ken weergegeven van metingen, verricht met de inrichtingvolgens fig. 1 aan de as van een aslager. Deze meet-karakteristieken zijn opgenomen op een tijdschrijveren representeren spanning-tijdgrafieken. Daarbij isfig. 4 een opname bij niet-roterende as, terwijl in defig. 5 en 6 bij roterende as is opgenomen.

In fig. 4 is uiteraard slechts zeer geringeruisrimpeling waar te nemen. Fig. 5 toont een opnamebij een toerental van 1600 omwentelingen per minuut,en ook daar is slechts zeer geringe ruis, hetgeen inhoudt,dat het lager in goede staat is.

Fig. 6 toont een dergelijke opname, genomenbij een astoerental van 2000, evenwel bij beschadigdelagerkooi. Duidelijk is te zien, dat hier een goed waarneembare ruisuitslag is, die gemakkelijk valt teinterpreteren. Met een dergelijke inrichting is hetderhalve op gemakkelijke en eenvoudige wijze mogelijkom een aslager of ander roterend systeem via zijn aste bewaken, te controleren, of door te meten. Essentieelvoor de uitvinding is steeds, dat tijdens roterencentraal op de roterende as en meeroterend wordt gemeten,dat de opgevangen signalen in het roterende deel vanhet detectorsysteem reeds worden omgezet tot stroom-variaties van een gelijkstroom, die via moderne roterendecontacten,bijvoorbeeld kwikconnectoren zoals MERCOTAC ® ,zonder verlies en ruis kunnen worden uitgevoerd naarbuiten op een stilstaand systeem, teneinde tot indicatie-signalen te worden verwerkt.

Hoewel de uitvinding in het bovenstaande isbeschreven aan de hand van een enkele uitvoeringsvormmet variant daarvan, zal het duidelijk zijn, dat variatiesen modificaties mogelijk zijn. Zo kunnen bijvoorbeeldde uitgevoerde signalen worden vergeleken met alarmeer-drempels, teneinde te zorgen voor alarmsignalen, eventueelsignalen om een rotatieaandrijving stop te zetten in ter voorkomingvan een noodsituatie,enz.Deze en verdere variaties van deinrichting volgens de uitvinding zullen na het bovenstaandede vakman duidelijk zijn.

Claims (5)

1. Werkwijze voor het detecteren van defekten in bewegende onderdelen met een centrale, roterende as, in het bijzonder aslagers, met behulp van een akoestisch- elektrische omzetter, die de opgevangen mechanisch-akoes- tische trillingen omzet in elektrische signalen, die in een signaalverwerkingsschakeling worden verwerkt tot indicatiesignalen voor de staat van de onderdelen, met het kenmerk, dat de akoestisch-elektri- sche omzetter (1) meeroterend is bevestigd centraal aan 1 een uiteinde van de as (2) en de opgevangen trillingen omzet tot stroomfluctuaties van een stroombron (V ),die o via een roterend stroomcontact (9) worden uitgekoppeldvoor verdere verwerking.

2. Inrichting voor toepassing van de werkwijzevolgens conclusie 1, m e t het kenmerk, datde akoestisch-elektrische omzetter (1) bestaat uit eenpiëzo-elektrisch element (5), geschakeld in een hoog door-laatfilter en gekoppeld aan de stuurpoort van een stroom-versterkingselement (13), via het roterende contact (9)aangesloten op een gelijkstroombron (V ).

3. Inrichting volgens conclusie 2, m e t hetkenmerk, dat het piëzo-elektrische element (5) deelvormt van het hoog doorlaatfilter (5, 12).

4. Inrichting volgens conclusie 2 of 3, m e thet kenmerk, dat het stroomversterkingselement(13) een veldeffekttransistor is, met zijn toevoer enafvoer aangesloten op de stroombron en met zijn stuurpoortop het piëzo-elektrische element (5).

5. Inrichting volgens conclusie 2, 3 of 4, methet kenmerk, dat de gelijkstroombron (VQ) overeen weerstand (14) op de stroomversterker (13) is aange¬sloten, en de spanningsfluctuaties (d.V) over deze weerstandcapacitief worden uitgekoppeld voor verdere verwerking totindicatiesignalen.