Mess-Vorrichtung zum Ermitteln der Kennlinie einer an einer Maschine eingebauten Wegmesssonde

Schutzrechtsanmeldung DE202008007404U1:

Die Erfindung handelt von einer Messvorrichtung zum Ermitteln der Kennlinie einer an einer Maschine eingebauten Wegmesssonde, die über ein Sondenkabel und ein daran anschließendes Verbindungskabel mit einem Oszillator verbunden ist, an welchem mit einem Voltmeter eine Spannung, die dem Abstand S zwischen Sonde und Messfläche entspricht, messbar ist, wobei die Sonde an einer Trägerhülse mit deren Gewinde in einem zum Maschinengehäuse starren Gegengewinde in Richtung der Messfläche einschraubbar ist.

So vertreibt die Firma Bently Nevada, LLC in 1631 Bently Parkway South, Minden, Nevada, USA, unter der Bezeichnung „TK3-2 Calibration Instrument“ einen Koffer mit Kalibrierungsinstrumenten für Wegmesssonden. Aufgenommen wird beispielsweise die Kennlinie einer Wellenschwingungssonde, die nach dem Wirbelstromprinzip arbeitet. Wegmesssonden für Hülsenmontage sind dabei am Ende einer Trägerhülse eingebaut, durch welche das Sondenkabel nach außen aus dem Maschinengehäuse herausgeführt wird. Die Trägerhülse ist mit einem Außengewinde versehen, mit welchem sie zusammen mit der Sonde in einem zum Gehäuse starren Gewinde auf einen gewollten Sondenabstand So eingeschraubt wird. Das Wirbelstromprinzip beruht auf einer Impedanzmessung, an welcher neben der eigentlichen Sonde die Verbindungskabel zu der Sonde und ein Oszillator beteiligt sind. Am Oszillator wird eine für den Sondenabstand zu einer metallischen Messoberfläche charakteristische Spannung U abgegriffen und zudem mechanisch, beispielsweise mit einem Mikrometer ermittelten Sondenabstand S in Beziehung gebracht, um über mehrere Messpunkte eine Charakterisitk U = f(S) in einem Diagramm zu ermitteln.

Es ist eine Schwäche des Wirbelstrommesssystems, dass die Messung sowohl durch die Länge der Kabel als auch durch die Art der metallischen Oberfläche, gegen welche die Sonde misst, beeinflusst wird. Aus Abgleichgründen bieten die Hersteller daher nur fixe Kabellängen an und beschränken sich oftmals auf ein bestimmtes Objektmaterial (z. B. Wellenstahl SAE 4140). D. h., im eingebauten Zustand ist die Sondenmessung oftmals bereits mit einem systematischen Messfehler behaftet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kennlinie zu ermitteln. Dies wird mit den Kennzeichen des Anspruchs 1 erreicht, indem bei dem Gewinde ein Feingewinde mit einer Steigung a < 1,5 mm pro Umdrehung vorgesehen ist, indem auf einem starr mit dem Gehäuse verbindbaren Teil, beispielsweise einer Adapterschraube, konzentrisch zur Trägerhülse eine Scheibe mit einer kreisförmigen Skala für verschiedene Winkelstellungen drehfest aufsetzbar ist, und indem an der Trägerhülse eine Zeigevorrichtung drehfest aufsetzbar ist, um aus einer Nullstellung, welche dem mechanischen Kontakt der Sonde zu der Messfläche entspricht, bei verschiedenen Markierungen, welche mit ihrem Zwischenwinkel durch die Gewindesteigung a vorgegebenen Abständen S der Sonde zur Wellenoberfläche entsprechen, ein zugehöriges elektrisches Spannungssignal für den Sondenabstand ermittelbar und so über Messpunkte die Lage und den Anstieg für eine Kennlinie U = f(S) der Sonde im eingebauten Zustand registrierbar zu machen.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Messung im eingebauten Zustand der Sonde erfolgt, dass also weder vertauschte Kabellängen, noch unterschiedliche Materialien, gegen welche die Sonde misst, die Messung verfälschen können. Die Spannung, welche am Oszillator des Systems messbar ist, wird zu einem Messwert für den Sondenabstand notiert, um eine Kennlinie aus den Messpunkten zu ermitteln.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass die Verstellung des Drehwinkels der Trägerhülse auf einem so großen Durchmesser einer Skala ablesbar ist, dass die Ablesung auf 1° genau erfolgt. In Kombination mit einem Feingewinde, welches eine Steigung von weniger als 1,5 mm pro Umdrehung, beispielsweise 1 mm pro Umdrehung, entspricht dies theoretisch einer Veränderung des Sondenabstandes um weniger als 3 μm. Wenn man das in axialer Richtung für die Gängigkeit des Gewindes notwendige axiale Spiel aufhebt, beispielsweise durch einen radial dichtenden O-Ring, dessen Reibung bei der axialen Zustellung der Trägerhülse überwunden werden muss, dann lässt sich auch in der Praxis ein immer aus der gleichen Richtung angefahrener Sondenabstand in einer Genauigkeit von +/–2 μm anfahren. Wegmesssonden mit einem typischen Durchmesser von 8 mm haben einen Messbereich von 2 mm, was bei einer Steigung von 1 mm pro Umdrehung ganzen zwei Umdrehungen entspricht. Um die Genauigkeit der bislang praktizierten Einstellung mittels externer Mikrometerschraube zu erreichen, reicht es, die Markierungen auf der Skala mit einer Genauigkeit von +/–1,5° anzubringen, was technisch absolut problemlos ist.

Eine passende Sondenhalterung ist in einer Parallelanmeldung beschrieben. Grundsätzlich lassen sich jedoch alle Sondenhalterungen, bei denen die Sonde über eine Trägerhülse mit Gewinde in eine Nulllage gebracht wird, mit einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung bestücken.

Schutzansprüche:

1. Messvorrichtung zum Ermitteln der Kennlinie einer an einer Maschine eingebauten Wegmesssonde (1), die über ein Sondenkabel (25) und ein daran anschließendes Verbindungskabel (26) mit einem Oszillator (19) verbunden ist, an welchem mit einem Voltmeter eine Spannung, die dem Abstand S zwischen Sonde (1) und Messfläche (22) entspricht, messbar ist, wobei die Sonde (1) an einer Trägerhülse (2) mit deren Gewinde (4) in einem zum Maschinengehäuse (3) starren Gegengewinde in Richtung der Messfläche (22) einschraubbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gewinde (4) um ein Feingewinde mit einer Steigung a < 1,5 mm pro Umdrehung handelt, dass auf einem starr mit dem Gehäuse verbindbaren Teil, beispielsweise einer Adapterschraube (8), konzentrisch zur Trägerhülse (2) eine Scheibe (104) mit einer kreisförmigen Skala (105) für verschiedene Winkelstellungen drehfest aufsetzbar ist, und dass an der Trägerhülse (2) eine Zeigevorrichtung (106) drehfest aufsetzbar ist, um aus einer Nullstellung, welche dem mechanischen Kontakt der Sonde (1) zu der Messfläche (22) entspricht, bei verschiedenen Markierungen (110), welche mit ihrem Zwischenwinkel durch die Gewindesteigung a vorgegebenen Abständen S der Sonde zur Wellenoberfläche (22) entsprechen, ein zugehöriges elektrisches Spannungssignal für den Sondenabstand ermittelbar und so über Messpunkte die Lage und den Anstieg für eine Kennlinie (107) U = f(S) der Sonde (1) im eingebauten Zustand registrierbar zu machen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Ansprüchen 2 bis 4 aufgeführt.

PDF-Download:
https://depatisnet.dpma.de/DepatisNet/depatisnet?action=pdf&docid=DE202008007404U1&xxxfull=1

Produktumsetzung:
Messvorrichtung KS01E2: https://www.kmo-turbo.de/downloads/PR_KS01_Bestellinformation_DE_20130401.pdf