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Die
Erfindung handelt von einer Halterung für elektronische
Wegmesssonden zur wiederholten Befestigung einer Trägerhülse
mit daran eingebauter Sonde in einem Gehäuse, wobei die
Trägerhülse Abschnitte mit Außengewinde
und mit zylindrischer Mantelfläche aufweist.
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Elektronische
Wegmesssonden werden sowohl nach dem Wirbelstromprinzip (eddy current)
als auch als kapazitiv messende Sonden seit Jahrzehnten für
die Wegüberwachung in einer Trägerhülse
mit Außengewinde angeboten, um sie über eine Verstellung
am Gewinde in einen vorgegebenen Abstand zum Messobjekt zu bringen
und dort festzusetzen. Für die am häufigsten im
Einsatz befindlichen Wirbelstrom-Messsonden beträgt die
Empfindlichkeit 8 mV/μ = 8 V/mm. 8 V ist auf der Kennlinie
in etwa die Mitte des linearen Bereiches und sollte als Grundabstand
eingestellt werden. Die Sonde muss also soweit eingeschraubt werden,
bis die Messung 8 Volt anzeigt, und dann arretiert werden. Analog
kann die Einschraubtiefe einer kapazitiven Messsonde entsprechend
ihrer Charakteristik festgelegt werden. Ein typischer Hersteller
für Messsonden nach dem Wirbelstromprinzip ist die Firma
Bently Nevada, LLC in 1631 Bently Parkway South, Minden, Nevada,
USA. Ein typischer Vertreter für die kapazitive Messung
ist die Firma VibroSystM Inc., Jacques Cartier East Blvd., Longueuil
(Montreal), Quebec, Canada J4N 1L7. Ein europäischer Vertreter
für kapazitive Messsonden ist die Firma Baumer Electric
AG, Hummelstr. 17, 8501 Frauenfeld, Schweiz.
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Stets
wird angestrebt, die Sonde von außen einstellbar zu machen;
konstruktiv ist dies nicht immer möglich. In Fällen,
bei denen die Sonde von außen in das Maschinengehäuse
eingeschraubt ist, besteht die Forderung, dass die Durchführung öldicht sein
muss. Die typische Einstellung ist ein Abstand zur Welle von ca.
1 mm. Das wegproportionale Spannungsignal ist dabei etwa 8 V.
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In
der Patentschrift
EP
1 831 648 B1 ist ein Sondenhalterungssystem für
die Messung von Wellenschwingungen gezeigt. Die Verstellung der
Sonde erfolgt mit dem Außengewinde ihres Tragrohrs in einer
Hülse mit Innengewinde, die im Maschinengehäuse
in der Tiefe einer Gewindebohrung an ihrer äußeren
Schulter mit einem Einschraubstutzen festgesetzt ist. Die Kontur
der Gewindebohrung mit einer auf kleinem Durchmesser daran anschließenden Schrägfläche,
die hohe Oberflächengüte und Genauigkeit für
die Positionierung der Schulter und für einen Dichtring
beansprucht, ist für die spanende Herstellung so komplex
(zu wenig Platz für ein Verfahren eines universellen Werkzeuges
in der Richtung der Schräge der Schrägfläche),
dass dafür Spezialwerkzeuge und die Bearbeitung auf einem
Bearbeitungszentrum notwendig sind.
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Bestehende
Anlagen sind fast immer mit einer konischen ¾''-NPT-Gewindebohrung
für das Anbringen von Sondenhalterungen versehen, um über das
konische NPT-Gewinde eine einfach herzustellende, öldichte
Durchführung zu erreichen. Konische NPT-Gewinde haben den
Nachteil, dass die Tiefenstellung vom maximal aufgebrachten Einschraubmoment
abhängig ist und daher nicht genau wiederholbar ist. Eine
so installierte Wegmesssonde muss daher in einem solchen System
nach jedem Ausbau neu justiert werden.
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Die
Erfindung hat die Aufgabe die obigen Nachteile zu beseitigen. Dies
wird mit den Kennzeichen des unabhängigen Anspruchs 1 erreicht,
indem die Trägerhülse ein durchgehendes Außengewinde im
hinteren, sondenfernen Teil und einen daran anschließenden
zylindrischen Abschnitt im vorderen Teil aufweist und indem eine
Adapterschraube auf der Trägerhülse aufgeschraubt
ist, welche mit einem Außengewinde in einer zylindrischen
Gewindebohrung des Gehäuses oder einer mit dem Gehäuse starr
und dicht verbundenen Gehäuseschraube einschraubbar ist
und welche mit einer außerhalb des Gehäuses liegenden,
stirnseitigen Ringfläche, die auf einem größeren
Durchmesser D als der Durchmesser d der Gewindebohrung liegt, ausrichtbar
ist, wobei zu einem zylindrischen Abschnitt der Adapterschraube
in der Trägerhülse oder zur zylindrischen Mantelfläche
der Trägerhülse in der Adapterschraube ein erster
Dichtring eingelassen ist, welcher radial dichtet und ein zweiter
Dichtring in der stirnseitigen Ringfläche eingelassen ist,
welcher in axialer Richtung auf einer ebenen Gegenfläche
der Gehäuseschraube oder auf einer ebenen Gegenfläche
des Gehäuses dichtet.
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Ein
wesentlicher Vorteil dieser einfachen und damit kostengünstigen
Anordnung ist, dass sie praktisch an den meisten Anlagen, die für
elektronische Messung von Abständen wie z. B. Wellenschwingung,
Axialposition, Drehzahl oder Absolut-/Relativdehnung konzipiert
sind, ohne Nacharbeit an dem Gehäuse der Maschine realisierbar
ist, da eine ¾''-NPT-Gewindebohrung nahezu als Standard
gilt. Die Standard-Sensorhalterungen sämtlicher namhafter
Hersteller sind zum Einschrauben in ein ¾''-NPT-Gewinde
gedacht. Auch ältere Anlagen wurden häufig mit ¾''-NPT-Gewindebohrungen
versehen, so dass auch hier eine erfindungsgemäße
Gehäuseschraube praktisch ohne Aufwand in die vorhandene
Bohrung im Gehäuse geschraubt werden kann. Bei Neuanlagen
kann auf eine Gehäuseschraube verzichtet werden, wenn eine
entsprechende Gegenfläche zur Stirnfläche der
Adapterschraube hergestellt werden kann. Im Gegensatz zur
EP 1 831 648 B1 ,
die Mindestwandstärken am Gehäuse in der Größenordnung
von etwa 30 mm voraussetzt, sind für den Einbau der erfindungsgemäßen
Sondenhalterung keine Mindestwandstärken am Gehäuse
vorgegeben, die über die aus mechanischen Gründen vorgegebene
Mindest-Einschraubtiefe von Schrauben hinausgehen. Ein ¾''-NPT-Gewinde
stellt bearbeitungstechnisch kein Risiko dar. Eine aufwendig bearbeitete
Gehäusebohrung mit zusätzlichen Sitzen in der
Tiefe der relativ engen Bohrung birgt ein hohes Ausschussrisiko – ganz
abgesehen von den Schwierigkeiten der Qualitätskontrolle.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass mit dem Lösen der
Adapterschraube alle Weichdichtungen mitgenommen werden und außerhalb
der Maschine überprüft und ausgewechselt werden
können.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass die Gehäuseschraube
erst mit der Montage der Sonde am Gehäuse angebracht wird
und dass die Oberfläche der Gegenfläche, welche
zum zweiten Dichtring in der stirnseitigen Ringfläche der
Adapterschraube dichtet, bis dahin von Arbeiten an der Maschine
unbehelligt ist und jederzeit überprüft werden
kann.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass die Gegenflächen an
Adapterschraube oder Gehäusebohrung frei zugänglich
sind, um einerseits mit einem Tiefenmaß einen Abstand I1
zur Wellenoberfläche zu messen und andererseits die stirnseitige
Ringfläche der Adapterschraube mit einem Tiefenmaß von
der Stirnfläche der Sonde anzufahren und eine um einen Sicherheitsabstand ΔI
verminderte Länge I2 außerhalb der Maschine einzustellen,
so dass in der Maschine ein Sondenabstand ΔI mit dem Anliegen
der Adapterschraube auf der Gegenfläche erreicht wird. Da
eine Schwingungsmessung eine relative Messung aus einer Nulllage
heraus ist, spielt eine absolut genaue Nulllage der Sonde keine
so große Rolle, solange auch bei extremer Auslenkung der
Welle der Abstand noch im linearen Abschnitt des Messbereichs liegt.
Ein Montageabstand ΔI ihrer Stirnfläche zur Wellenoberfläche
von beispielsweise 1 mm +/–0,2 mm ist selbst mit einer
Einstellung der Länge I2 außerhalb der Maschine
erreichbar.
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Die
abhängigen Ansprüche 2 bis 15 stellen vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung dar.
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Wenn
die stirnseitige Ringfläche der Adapterschraube und deren
Gegenfläche für die Ausrichtung der Achse der
Trägerhülse bezüglich Winkelstellung
verantwortlich sind, dann ist es von Vorteil, wenn beide Flächen
einen großen Außendurchmesser D, beispielsweise
D größer als das 1,3-fache vom Durchmesser d der
Gewindebohrung des Gehäuses oder der Gehäuseschraube,
aufweisen. Da beide Flächen frei zugänglich sind,
können beide mit einfachen Mitteln genau hergestellt werden.
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Dadurch,
dass die Ansatzfläche für einen Schraubenschlüssel
an der Adapterschraube auf einen minimalen Wert a, beispielsweise
a kleiner als das 0,7-fache des Außendurchmessers D der
stirnseitigen Ringfläche, ausgeführt wird, ist
das manuell zu erzeugende Drehmoment aufgrund der unterschiedlichen
Hebellänge wesentlich kleiner als mit einem für
die Gehäuseschraube einsetzbaren Schraubenschlüssel
der Schlüsselweite b, beispielsweise für b > 1,2D. Wird die Gehäuseschraube
mit einer aushärtenden Dichtpaste eingeschraubt, so ist
sowohl die Öldichtigkeit gewährleistet, als auch
ausgeschlossen, dass sich die Gehäuseschraube löst, wenn
die Adapterschraube an der kleinen Schlüsselweite a gelöst
wird.
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Die
Vorzüge dieser Anordnung kommen weiterhin in einer Parallelanmeldung
zur Geltung, in welcher ein auf einer Sondenhalterung aufsetzbares Messsystem
beschrieben ist, das an der Maschine im eingebauten Zustand das
Messen der Empfindlichkeit eines Wellenschwingungsmesskreises bzw.
ein Durchtesten des gesamten Mess- und Überwachungssystems
einer Axiallagemessung ermöglicht, anstatt eine Kennlinie
auf einem separaten Prüfstand zu bestimmen. Da für
die Messungen weder eine Sonde ausgebaut noch ein Kabel abgeklemmt
werden muss, kann es zu keiner Zerstörung von Sonde, Kabel
oder Steckverbindung durch unsachgemäße Handhabung
sowie zu keinem Fehler beim Wiederanschließen der Kabel
kommen. Gerade bei einer Wirbelstrommessung, wo die Messempfindlichkeit durch
die Eigenschaften des Materials beeinflusst wird, gegen das die
Sonde misst, kommt als weiterer Vorteil hinzu, dass hier gegen die
Original-Welle gemessen wird. Bei einem externen Prüfaufbau
ist nicht gewährleistet, dass das Messobjekt die gleichen
Eigenschaften wie das Wellenmaterial aufweist, d. h. die späteren
Messwerte werden verfälscht dargestellt.
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Da
die Trägerhülse in einer beliebigen Winkelstellung
mit einer ersten Kontermutter relativ zum Gehäuse festsetzbar
sein soll, wird für den aufgeschraubten Anschlusskopf in
der Einschraubtiefe ein Bewegungsspielraum von mindestens +/–180° bezüglich
Drehung auf der Trägerhülse vorgesehen, damit
er bei festgesetzter Trägerhülse in jeder geforderten
Abgangsrichtung seines seitlichen Kabelausgangs durch eine zweite
Kontermutter festsetzbar ist. Der Vorteil dieser beiden Kontermuttern
liegt darin, dass mit wenig Aufwand die volle Flexibilität
erreicht wird.
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Dadurch,
dass der Anschlusskopf ein ringförmiges Innenvolumen in
einer Mindestgröße aufweist, welches auf eine
bestimmte maximale Kabellänge angepasst ist, und der Innendurchmesser
D1 beispielsweise ein Mindestmaß von mehr als 2,5 cm aufweist,
kann das Sondenkabel ohne Knick in Windungen abgelegt werden. Dabei
ist es von Vorteil, wenn der Innendurchmesser D2 des Anschlusskopfes
und der Zugangsöffnung mehr als 6 cm betragen, damit das
Sondenkabel von Hand einformbar ist und damit mit der Steckverbindung
im Innern des Anschlusskopfes hantiert werden kann und auch dabei
sichergestellt ist, dass der minimale Biegeradius im Übergang
Kabelstecker zu Kabel nicht unterschritten wird. Es zeigt sich,
dass durch die geordnete Ablage der Platzbedarf auch bei größerer
Kabellänge gering ist. Beispielsweise würde 1
Meter Kabel von 0,5 cm Dicke in einem ringförmigen Volumen
V von 25 Kubikzentimeter Platz haben.
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Ein
zusätzlicher Halter für die Steckverbindung, der
innerhalb des Anschlusskopfes in einer vorgesehenen Lage befestigbar
ist, gibt die Gewissheit, dass keine unzulässige Belastungen
am Sondenkabel auftreten. Bei einer Demontage der Sonde genügt
es, die Steckverbindung zu trennen und das Verbindungskabel aus
dem seitlichen Kabelausgang zurück zu ziehen, um durch
Lösen der Adapterschraube von der Gehäuseschraube
die Sonde und den Anschlusskopf mit dem Sondenkabel frei zu bekommen,
wobei die Lage des Sondenkabels im Anschlusskopf – unabhängig
davon, wie oft die Sonde an der Maschine aus- und eingebaut wird – unverändert
bleibt. Ein Halter aus elektrisch nicht leitendem Material verhindert
einen unzulässigen Massebeziehungsweise Erdschluss der
Steckverbindung.
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Der
Anschlusskopf selbst kann aus Metall oder Kunststoff sein. Ganz
allgemein hat ein Anschlusskopf in Zylinderform den Vorteil, dass
das Sondenkabel entlang der Zylinderwand in Windungen abgelegt werden
kann.
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Bei
einem Anschlusskopf mit der Form eines stehenden niedrigen Zylinders
ist es vorteilhaft, wenn innerhalb des Anschlusskopfes ein Halter
in Form einer Einsteckhülse mit einem Außendurchmesser
D1 an die Trägerhülse anschließt und
mindestens einen seitlichen Schlitz im unteren Teil aufweist, um
das Sondenkabel in das ringförmige Volumen zu führen, sowie
zwei gegenüberliegende Schlitze im oberen Teil aufweist
um die Steckverbindung einzulegen und zu sichern. Wenn die Einsteckhülse
zweiteilig in einen unteren Teil und in einen oberen Teil ausgeführt ist,
welche zueinander drehbar sind, kann der untere Teil drehfest eingesteckt
werden und der obere Teil in eine für die Steckverbindung
günstige Winkelstellung gedreht werden.
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Bei
einem Anschlusskopf mit der Form eines liegenden kurzen Zylinders
ist es vorteilhaft, wenn die Trägerhülse tangential
einmündet und der seitliche Kabelausgang tangential weggeht,
damit die Kabel schonend behandelt werden. Dabei können
die tangentialen Anschlüsse in verschiedenen Ebenen liegen,
zwischen denen die Windungen angeordnet sind.
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Außerdem
eignet sich die erfindungsgemäße Konstruktion
der Sondenhalterung besonders vorteilhaft für das Anbringen
einer einfachen Schutzhülse beispielsweise aus Kunststoff,
welche auf dem Außengewinde der Adapterschraube anschraubbar ist,
um Sonde und Sondenhalterung mit den Weichdichtungen im nicht eingebauten
Zustand mechanisch zu schützen und vor Schmutz zu bewahren.
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Bei
dem bis anhin üblichen Justieren einer Wellenschwingungssonde
nach dem Wirbelstromprinzip wird ein Voltmeter am Oszillator angeschlossen,
um den Abstand der Sonde indirekt entsprechend einem vorgegebenen
Spannungswert einzustellen.
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In
der Praxis wird für die Einstellung eines vorgegebenen
Spannungswertes viel zuviel Zeit aufgewendet, wobei es überhaupt
keine Rolle spielt, ob man von einem vorgegebenen Wert von 8 V um +/–0,5
V abweicht. Hier hilft ein vereinfachtes, auf die Sondeneinstellung
zugeschnittenes Spannungsmessgerät mit Anschlusskabel zum
Oszillator, welches durch wenige Lämpchen die Lage der
Sonde dem Monteur an der Maschine in ausreichender Genauigkeit sichtbar
macht und dadurch zu einer enormen Zeitersparnis führt.
Das Verbindungskabel hat dann eine optimale Länge, wenn
das Spannungsmessgerät im angeschlossenen Zustand so platziert werden
kann, dass es vor Ort für das einstellende Personal sichtbar
ist. Die Lage der Sonde in Zustellrichtung wird durch Lämpchen,
die in einer Reihe liegen und jeweils einer bestimmten Bandbreite
des Sondenabstandes entsprechen angezeigt, wobei die Bandbreite
für den Sollbereich relativ klein ist. Eine Verfeinerung
der Messung besteht darin, dass innerhalb einer Bandbreite für
einen zulässigen Sollwert ein noch engeres Band für
den Sollwert eingelagert ist, welches durch mindestens ein Lämpchen
außerhalb der Reihe zusätzlich angezeigt wird.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es zeigen:
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1a:
Schematisch die Zusammenhänge bei der Wellenschwingungsmessung,
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1b:
Schematisch die Zusammenhänge bei der Axiallagemessung,
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2:
Schematisch eine Zusammenstellung einer erfindungsgemäßen
Halterung von elektronischen Wegmesssonden,
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3a:
Schematisch einen Ausschnitt der Sondenhalterung gemäß 2 mit
unterschiedlicher radialer Abdichtung zwischen Trägerhülse
und Adapterschraube,
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3b:
Schematisch einen Ausschnitt der Sondenhalterung gemäß 2 mit
Befestigung ohne Gehäuseschraube,
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4a, 4b, 4c:
Schematisch eine zweite Ausführungsform zu dem in 2 gezeigten Anschlusskopf,
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5a und 5b:
Schematisch ein vereinfachtes Zusatzgerät für
eine Anzeige der Sondenstellung; und
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6a und 6b:
Schematisch eine Schutzhülse für die in der Sondenhalterung
eingeschraubte Sonde.
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In
den nachfolgenden Beispielen sind Elemente gleicher Funktion mit
gleichen Hinweiszeichen versehen.
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In 1a ist
eine übliche Messanordnung aus dem Stand der Technik für
eine Wellenschwingungssonde 1 gezeigt, welche nach dem
Wirbelstromprinzip Wellenschwingungen misst. Die Sonde 1 ist
an einer Trägerhülse 2 befestigt, wobei
ein zugehöriges Sondenkabel 25 durch die Trägerhülse
geführt ist und außerhalb derselben mit einem
Stecker für eine Steckverbindung 32 zu einem Verbindungskabel 26 endet.
Das Verbindungskabel 26 führt zu einem Oszillator 19.
Die durch die Messung veränderte Impedanz wird ausgewertet,
um ein der Messung entsprechendes Signal an eine Maschinensteuerung 46 weiterzuleiten,
welche bei Überschreiten von bestimmten Grenzwerten, beispielsweise
von maximalen Schwingungsamplituden Spp bzw. Upp eine Warnung abgibt
oder eine Abschaltung der Maschine einleitet.
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In
der zugehörigen Grafik ist die Kennlinie 47 U
= f(S) einer solchen Schwingungssonde 1 dargestellt. Eine
im Abstand So zur stillstehenden Welle 22 positionierte
Sonde 1 erzeugt ein Signal Uo. Eine drehende Welle wird
abhängig von ihrer Lagerung, von Temperaturunterschieden
in der Maschine und von weiteren Einflussgrössen ihre mittlere
Lage verändern und um diese mittlere Lage mehr oder weniger
schwingen. Wenn man die Auswertung innerhalb weniger Schwingungen
auf die Differenz von größtem und kleinstem Messwert
beschränkt, erhält man eine relative Messung für
die doppelte Schwingungsamplitude. Dabei spielt es keine Rolle,
wenn sich die mittlere Position S der Welle gegenüber der
mittleren Position So im Stillstand verschoben hat.
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Zur
Einstellung eines Sondenabstandes So kann am Oszillator 19 ein
Voltmeter 48 angeschlossen werden, welches gemäß der
Kennlinie 47 der Sonde eine zum Sondenabstand proportionale
Spannung U sichtbar macht. Die Trägerhülse 2 besitzt
ein Außengewinde 4, mit welchem in einem zum Gehäuse 3 starren
Innengewinde durch Drehen der Abstand S der Sonde 1 zur
Wellenoberfläche 22 verändert wird.
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Der
Abstand So kann durch Drehen an der Trägerhülse
entsprechend einer am Voltmeter 48 ablesbaren Spannung
Uo eingestellt werden. Anschließend kann die Trägerhülse 2 beispielsweise
durch eine Kontermutter 17 gesichert werden.
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In 1b ist
eine Messanordnung aus dem Stand der Technik für eine Überwachung
der Lage eines Axiallagers 49 gezeigt, welche ebenfalls
mit einer Sonde 1 nach dem Wirbelstromprinzip erfolgt.
Bei der Axiallageüberwachung wird nicht der dynamische, sondern
der statische Anteil des Spannungssignals für die Überwachung
herangezogen.
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Ziel
der Messung ist die Verschiebung der Stirnfläche 50 gegenüber
einer Stillstandseinstellung So zu erfassen und über den
Oszillator an die Maschinensteuerung 46 weiterzugeben,
um beispielsweise auf den Beginn eines Lagerschadens frühzeitig
reagieren zu können. Die Einstellung eines Sondenabstandes
So erfolgt wahlweise über ein Amperemeter oder einer Anzeige 56 in
der Maschinensteuerung 46. Grenzwertverletzungen werden
durch Ansteuern von Alarmrelais 57 weitergeleitet.
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Im
Beispiel der Sondenhalterung von 2 ist eine
Sonde 1 in einer Trägerhülse 2 eingeschraubt und
zu dieser vor einem Gewinde 58 mit einem O-Ring 59 abgedichtet.
Das zugehörige Sondenkabel 25 ist nach oben aus
der Trägerhülse herausgeführt und endet
in einem Anschlusskopf 20. Die Trägerhülse 2 besitzt
in ihrem unteren Bereich eine zylindrische Mantelfläche 5,
an welche nach oben ein Feingewinde mit einer Steigung von 1 mm
pro Umdrehung anschließt. Vor dem Übergang zum
Feingewinde 4, welches einen kleineren Durchmesser als die
Mantelfläche 5 aufweist, ist in der zylindrischen Mantelfläche 5 ein
O-Ring 13 eingelassen. In einem Gehäuse 3,
welches die Welle 22 umgibt, ist eine konische ¾''-NPT-Gewindebohrung
angebracht, in welcher eine mit dem Gewinde dichtende und nicht
mehr zum Lösen vorgesehene Gehäuseschraube 11 verankert
ist. In ihrem aus dem Gehäuse herausragenden Kopf besitzt
die Gehäuseschraube 11 eine zylindrische Gewindebohrung 10 mit
Durchmesser d, an welche ein Durchgang für die Trägerhülse 2 anschließt.
In der Gehäuseschraube 11 ist in der Gewindebohrung 10 eine
Adapterschraube 8 mit Außengewinde 9 so
tief eingeschraubt, dass sie mit einer stirnseitigen Ringfläche 12,
die einen Außendurchmesser D besitzt, auf einer ebenen
Gegenfläche 15 der Gehäuseschraube 11 festsitzt.
In der stirnseitigen Ringfläche 12 ist ein O-Ring 14 eingelassen, welcher
in axialer Richtung zur Gegenfläche 15 dichtet.
Die Adapterschraube besitzt in ihrem oberen Bereich ein zum Außengewinde 4 der Trägerhülse 2 passendes
Innengewinde und nach unten anschließend eine zylindrische
Innenfläche 28, gegen die der O-Ring 13 dichtet.
Durch Drehen an der Trägerhülse 2 ist
diese mit der Sonde 1 in axialer Richtung zur Wellenoberfläche 22 zustellbar
und wird mit einer ersten Kontermutter 17 relativ zur Adapterschraube 8 fixiert,
wenn ein vorgegebener Sondenabstand So erreicht ist. An der Trägerhülse 2 sind
zwei Flächen 6 angeschliffen, um beim Kontern
die Trägerhülse in ihrer Winkellage zu halten.
Die Adapterschraube 8 kann mit der daran festgesetzten
Trägerhülse 2 und Sonde 1 beliebig
oft ausgeschraubt und wieder eingeschraubt werden, ohne dass sich
der ursprünglich eingestellte Sondenabstand So ändert.
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Die
Adapterschraube 8 ist auf ihrer Außenseite nach
oben verjüngt und besitzt im obersten Bereich gegenüberliegende
Flächen 36 mit einer kleinen Schlüsselweite
a, um nur kleine Anzugsmomente und Losbrechmomente beim Einschrauben
und beim Lösen zu erzeugen und um die einmal eingeschraubte
Gehäuseschraube 11, welche wesentlich kräftiger
mit einer großen Schlüsselweite b im Gehäuse 3 verankert
wurde, nicht zu lockern. Wenn die Verjüngung an der Adapterschraube 8 kegelförmig vorgenommen
wird, kann nur im obersten Bereich an den Flächen 36 ein
Montagewerkzeug für die kleine Schlüsselweite
a angesetzt werden.
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Auf
der Trägerhülse 2 ist oben der Anschlusskopf 20 aufgeschraubt,
der allgemein auch bei anderen Sondenhalterungen mit Trägerhülsen 2 verwendbar
ist, und der über eine zweite Kontermutter 18 in
einer vorgesehenen Winkellage seines seitlichen Kabelausgangs 35 fixiert
ist. Der Anschlusskopf 20 hat hier die Form eines niedrigen
stehenden Zylinders, der koaxial zur Trägerhülse 2 angeordnet ist
und mit einem einschraubbaren Deckel 31 verschließbar
ist. Ein Halter 30 in Form einer zweiteiligen Einsteckhülse 30', 30'' ist
in dem Anschlusskopf 20 konzentrisch zur Achse 7 der
Trägerhülse 2 in einer Ausnehmung 29 im
Boden einsteckbar. Am unteren Teil 30'' der Einsteckhülse
ragt ein Schlitz 33 in den Innenraum hinein und dient als
Durchgang für das Sondenkabel 25 in ein ringförmiges
Volumen V, welches innen durch den Außendurchmesser D1
der Einsteckhülse 30', 30'' und außen
durch den Innendurchmesser D2 des Anschlusskopfes 20 begrenzt ist.
Der Innendurchmesser D2, dem auch die Zugangsöffnung des
Anschlusskopfes entspricht, ist größer als 6 cm
gewählt, um das Sondenkabel 25 manuell in Windungen 27 einzuformen.
Der Außendurchmesser D1 der Einsteckhülse 30', 30'' ist
größer als 2,5 cm gewählt, damit die
Windungen 27 den vom Kabelhersteller angegebenen kleinsten
Biegeradius nicht unterschreiten. Das ringförmige Innenvolumen
V beträgt mehr als 20 Kubikzentimeter, um Sondenkabel bis
zu 1 m Länge darin unterzubringen. Im oberen Teil 30' der
Einsteckhülse sind zwei gegenüberliegende Schlitze 34 für
die Aufnahme der Steckverbindung 32 angebracht, welche
somit im Innenraum der Einsteckhülse 30' gefangen
ist. Die Einsteckhülse selbst ist zweiteilig aus einem
unteren Teil 30'' und einem oberen Teil 30' ausgeführt,
welche drehbar zueinander gelagert sind, um die oberen Schlitze 34 gemäß dem
seitlichen Kabelausgang 35 auszurichten.
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In
den 3a und 3b sind
als Ausschnitte weitere Varianten für den Einsatz der Sondenhalterung
gezeigt. Für den seltenen Fall, dass im Rahmen einer Neuanfertigung
im Gehäuse 3 Bohrung und Gewinde für
den Anschluss einer elektronischen Wegmesssonde noch ausgewählt
werden können, kann man gemäß 3b auf
die Gehäuseschraube 11 verzichten und deren innere
Gewindebohrung 10 direkt im Gehäuse 3 anbringen.
Dies setzt jedoch voraus, dass auch eine Gegenfläche 16 zu
der stirnseitigen Ringfläche 12 der Adapterschraube 8 vorhanden
ist, welche eine ausreichende Oberflächengüte
für den in axialer Richtung dichtenden O-Ring 14 im
Zeitpunkt der Montage der Sondenhalterung aufweist. Eine Gehäuseschraube 11 dagegen, deren
Gegenfläche 15 Kratzer aufweist, kann relativ einfach
ausgewechselt werden oder ausgebaut und nachbearbeitet werden, was
dafür spricht, generell die gezeigte Sonderanfertigung
von Gehäuseschrauben 11 einzusetzen.
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Als
weitere konstruktive Variante ist es gemäß 3a möglich
den radial dichtenden O-Ring 13 in einer inneren Nut der
Adapterhülse 8 einzulegen und so gegen die zylindrische
Mantelfläche 5 der Trägerhülse 2 zu
dichten.
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Eine
weitere allgemein für Trägerhülsen verwendbare
Gestaltung des Anschlusskopfes 20 ist in 4a, 4b, 4c gezeigt.
Der Anschlusskopf 20 hat die Form eines liegenden kurzen
Zylinders, in welchen tangential die Trägerhülse 2 einmündet,
welche durch die zweite Kontermutter 18 festsetzbar ist. Die
Trägerhülse mündet in einer Ebene nahe
dem Zylinderboden ein, während der Kabelausgang 35 um
90° gedreht zur Achse der Trägerhülse 2 ebenfalls
tangential aber in einer Ebene, die näher auf der Seite
des Deckels 31 liegt, den Anschlusskopf verlässt.
Ein Mittelzapfen 51 mit Durchmesser D1 > 2,5 cm und der Innendurchmesser D2 > 6 cm bestimmen mit
einer Höhe h von beispielsweise 2 cm ein ringförmiges
Volumen V, in welchem bis zu 1 m Sondenkabel 25 in Windungen 27 und
die Steckverbindung 32 ablegbar sind, wenn man von den üblichen
Kabeldicken von 4 mm ausgeht. Ein Deckel 31, der auf seinem
Umfang von der Seitenwand des Zylinders abgestützt wird,
ist mit einem Gewinde 52 in das Gehäuse 20 eingeschraubt.
Zwischen Deckel 31 und Mittelzapfen 51 ist ein
Halter 30 gehalten, welcher in dem Mittelzapfen 51 eingesteckt
ist. In den Halter 30 ist die Steckverbindung einlegbar.
Das Sondenkabel wird bei abgenommenem Deckel 31 und Halter 30 in Windungen 27 von
Hand eingeformt. Anschließend wird der Halter in einer
vorgegebenen Position eingesetzt und die Steckverbindung 32 zum
eingezogenen Verlängerungskabel 26 hergestellt
und in den Halter eingelegt.
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Der
Halter ist dabei so ausgerichtet, dass Sondenkabel 25 und
Verlängerungskabel 26 ohne Knick in der Steckverbindung 32 zusammengeführt sind.
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Ein
Zusatzgerät 53 für das Justieren von Wellenschwingungssonden
ist in 5a mit einer Ansicht der Frontseite
und in 5b mit einem Schema für
die Anschlüsse gezeigt. Das Spannungssignal vom Oszillator 19 wird über
ein langes Kabel 54, welches in der Regel bis zu der Sondenhalterung
an der Maschine reicht, an das Zusatzgerät 53 weitergegeben.
Dieses unterscheidet in verschiedene Bänder für
den Abstand S der Sonde 1 zur Wellenoberfläche 22,
wobei die Bänder aneinandergrenzen und jeweils durch ein
Lämpchen dargestellt sind. Es ist so aufgebaut, dass jedem
Band ein Lämpchen 39, 40, 41, 44, 45 zugeordnet
ist, welches aufleuchtet, wenn durch Drehen an der Trägerhülse 2 (2 oder 1a)
die Spannung in dieses Band verlagert wurde.
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Im
Innern ist das Zusatzgerät so aufgebaut, dass das Kabel 54 vom
Oszillator 19 (1a) auf
einen Prozessor 60 geführt ist, in welchem die
Bänder für den Sondenabstand als Spannungswerte
einprogrammiert sind. Wenn die gemessene Spannung den Bereich eines
solchen Bandes erreicht, setzt der Prozessor jeweils ein als Leuchtdiode
ausgeführtes Lämpchen 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 unter
Strom.
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Auf
der Frontseite des Zusatzgerätes sind die Welle 22 die
Sonde 1 und eine Sollstellung So der Sonde symbolisch dargestellt. Über
der Sollstellung ist ein erstes grünes Lämpchen 41 angebracht,
welches das Band für eine zulässige Sollstellung
von 7 bis 9 Volt symbolisiert. Daneben sind in einer Reihe die Lämpchen
für die benachbarten Bänder angebracht, nämlich
nach links ein gelbes Lämpchen 40 für
den Bereich von 7 bis 6 Volt und daran anschließend ein
rotes Lämpchen 39 für den Bereich kleiner 6
Volt. Nach rechts schließt ein gelbes Lämpchen 45 für
den Bereich 9 bis 10 Volt und weiter ein rotes Lämpchen 44 für
den Bereich größer 10 Volt an. Über dem
ersten grünen Lämpchen ist ein zweites grünes Lämpchen 42 angebracht,
das ein engeres Band von 7,5 bis 8,5 Volt für einen noch
engeren Sollbereich anzeigt und darüber ist ein drittes
grünes Lämpchen 43, welches einen noch
engeren Sollbereich von 7,8 bis 8,2 Volt anzeigt. Bei einer Einstellung
des Sollwertes kommt man in der Regel von rechts aus dem roten Bereich > 10 V, durchfährt
den gelben Bereich und landet beim ersten grünen Lämpchen 41.
Durch Feinverstellung an der Trägerhülse bringt
man das zweite und dritte grüne Lämpchen ebenfalls
zum Leuchten und setzt gemäß 2 oder 1a die Trägerhülse 2 mit
der Kontermutter 17 fest.
-
Ein
weiterer Vorteil des Zusatzgerätes 53 besteht
darin, dass es im Vergleich zu einem Zeiger- oder Digitalinstrument
robust ist, dass es auch von Hilfspersonal bedient werden kann und
dass man periodisch auf einfache Weise alle Sondenstellungen für
eine Maschine an der Steuerung überprüfen kann, indem
man an dem jeweiligen Oszillator 19 das Zusatzgerät 53 ansteckt
und die Sondenstellung S an den Lämpchen abliest.
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Eine
Schutzhülse 55 in 6a und 6b ist
mit einer Gewindebohrung 10 auf die Adapterschraube 8 aufgeschraubt.
Sie besitzt zur stirnseitigen Ringfläche 12 der
Adapterschraube eine Gegenfläche 61, mit der sie
die Weichdichtung 14 sichert und gleichzeitig den Innenraum
der Schutzhülse vor Schmutz und Feuchtigkeit schützt.
Die Schutzhülse 55 besteht aus einem dickwandigen
Rohrstück, beispielsweise aus Kunststoff, an dessen Unterseite
ein Boden 62 mit einer Aussparung 63 angeschraubt
ist. Wenn die Kunststoffteile selbst nicht genügend dichten,
kann ein Dichtring zwischen Rohr und Boden 62 eingelegt
sein. Die Aussparung 63 ist so bemessen, dass zu der empfindlichen
Stirnfläche der Sonde 1 ein Spiel 64 auch
dann besteht, wenn die Sonde mit ihrer Schulter 66 am Boden 62 aufsitzt.
In der Schutzhülse 55 können verschieden
lange Trägerhülsen 2 und voreingestellte
Sonden 1 aufgenommen werden, was bei Maschinenrevisionen
recht praktisch ist.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zum Justieren einer
Wegmessung mit einer Sondenhalterung der beschriebenen Art zeichnet
sich dadurch aus, dass die Adapterschraube bis in die Endlage ihrer stirnseitigen
Ringfläche auf der Gegenfläche der bereits im
Gehäuse fixierten Gehäuseschraube oder auf der
Gegenfläche des Gehäuses selbst eingeschraubt
wird, wobei eine vorläufige Endlage der Sonde erreicht
wird, die aus einer Tiefenmessung von der Gegenfläche zur
Wellenoberfläche abzüglich eines Sicherheitsabstandes ΔI
hervorgeht, dass im Weiteren eine Steckverbindung zwischen Sondenkabel
und Kabel hergestellt wird, so dass ein mit dem Kabel verbundener
Oszillator ein Spannungssignal bildet, welches auf ein Spannungsmessgerät
geführt wird, um durch Drehen der Trägerhülse
und der damit verbundenen Längsverschiebung der Sonde einen vorgegebenen
Messwert an dem Spannungsmessgerät anzufahren und die Trägerhülse
durch anschließendes Kontern entsprechend dieser endgültigen
Messposition festzuhalten.
-
Vorzugsweise
ist dabei vorgesehen, dass an dem Oszillator über ein so
langes Verbindungskabel ein vereinfachtes Anzeigegerät
angeschlossen wird, dass das Anzeigegerät vor Ort an der
Maschine beim Verstellen der Trägerhülse ablesbar
ist, und dass das Anzeigegerät verschiedene Lämpchen
aufweist, welche jeweils in einer vorbestimmten Bandbreite die Lage
der Sonde zur Wellenoberfläche anzeigen, wobei ein mittleres
Band einer Sollstellung entspricht.
-
Insbesondere
ist vorgesehen, dass die Lämpchen entsprechend dem Verschiebeweg
der Sonde aufeinander folgend in einer Reihe angeordnet sind und
dass mindestens ein weiteres Lämpchen außerhalb
der Reihe mit seinem Aufleuchten innerhalb einer noch engeren Bandbreite
die Sollstellung anzeigt.
-
- 1
- Sonde
- 2
- Trägerhülse
- 3
- Gehäuse
- 4
- Außengewinde
- 5
- zylindrische
Mantelfläche
- 6
- Fläche
- 7
- Achse
- 8
- Adapterschraube
- 9
- Außengewinde
- 10
- Gewindebohrung
- 11
- Gehäuseschraube
- 12
- stirnseitige
Ringfläche
- 13
- Dichtring
- 14
- Dichtring
- 15
- Gegenfläche
(an Gehäuseschraube)
- 16
- Gegenfläche
(am Gehäuse)
- 17
- erste
Kontermutter
- 18
- zweite
Kontermutter
- 19
- Oszillator
- 20
- Anschlusskopf
- 21
- Gewinde
- 22
- Wellenoberfläche
- 23
- Stirnfläche
- 25
- Sondenkabel
- 26
- Verlängerungskabel
- 27
- Windung
- 28
- zylindrische
Innenfläche
- 29
- Ausnehmung
- 30
- Halter
- 30'
- oberer
Teil der Einsteckhülse
- 30''
- unterer
Teil der Einsteckhülse
- 31
- Deckel
- 32
- Steckverbindung
- 33
- untere
Schlitze
- 34
- obere
Schlitze
- 35
- Kabelausgang
- 36
- Fläche
- 37
- vereinfachtes
Zusatzgerät für die Anzeige der Sondenstellung
- 38
- Kabel
- 39
- Lämpchen
für zu kleinen, unzulässigen Abstand
- 40
- Lämpchen
für benachbartes Band mit etwas zu kleinem Abstand
- 41
- Lämpchen
für Band mit vorgegebenem Abstand
- 42
- Lämpchen
für Feineinstellung
- 43
- Lämpchen
für Feineinstellung
- 44
- Lämpchen
für benachbartes Band mit etwas zu großem Abstand
- 45
- Lämpchen
für zu großen, unzulässigen Abstand
- 46
- Maschinensteuerung
- 47
- Kennlinie
- 48
- Voltmeter
- 49
- Axiallager
- 50
- Stirnfläche
- 51
- Mittelzapfen
- 52
- Gewinde
- 53
- Zusatzgerät
- 54
- Kabel
- 55
- Schutzhülse
- 56
- Anzeige
- 57
- Alarmrelais
- 58
- Gewinde
- 59
- O-Ring
- 60
- Prozessor
- 61
- Gegenfläche
- 62
- Boden
- 63
- Aussparung
- 64
- Spiel
- 65
- Dichtring
- 66
- Schulter
- a
- Abstand,
Schlüsselweite
- b
- Schlüsselweite
Gehäuseschraube
- d
- Durchmesser
der Gewindebohrung in der Gehäuseschraube 11
- D
- Außendurchmesser
der stirnseitigen Ringfläche 12
- D1
- Innendurchmesser
Anschlusskopf
- D2
- Durchmesser Öffnung
Anschlusskopf
- I1
- Abstand
- I2
- Abstand
- ΔI
- Differenzbetrag
und Sicherheitsabstand
- V
- ringförmiges
Innenvolumen
- So
- Sollstellung
der Sonde
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1831648
B1 [0004, 0007]