DE2241108B1

DE2241108B1 - Vorrichtung zum beruehrungsfreien erfassen der geschwindigkeit eines drehkoerpers

Info

Publication number: DE2241108B1
Application number: DE19722241108
Authority: DE
Inventors: Josef 8000 München; Meyer Josef 8031 Olehing Schurrer
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MT Aerospace AG
Priority date: 1971-03-03
Filing date: 1972-08-22
Publication date: 1974-02-21
Also published as: DE2241108A1; DE2241108C2

Description

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind Meßfühler für Abstand- und/oder Temperatur vorgesehen. Da es sich um Meßfühler handelt, die nicht dem Verschleiß ausgesetzt sind, wie z.B. Fotozelle und Glühbirne an der am Ende des Lichtleiters angeordneten Abtasteinheit, ist es sinnvoll, sie in den Bereich des optimalen Abstandes zum bewegteir Weil zu bringen, wo sie die bestmöglichen Meßinformationen erlangen, da es möglich ist, vom zu messenden Gegenstand im wesentlichen abstandsunabhängig den Lichtleiterstab -enden zu lassen. Diese dem Ende des Lichtleiterstabes zugruppierten Meßfühler dienen zur Messung von Temperatur und/oder Abstand, und zwar wirken sie kapazitiv oder induktiv bei der Abstandsmessung, während als Temperaturfühler Thermoelemente, Thermistoren, NTC-Widerstände oder dergleichen angeordnet sind: Da der Wärmeverlauf für das Verhalten eines bewegten Teils mitbedeutend ist, da er aber insbesondere bei Gaszentrifugenanlagen Rückschlüsse über innerhalb der Schleudertrommel stattfindende Trennvorgänge liefert, ist das Zuordnen von Temperaturfühlern zur erfindungsge-
mäßen Meßeinheit ein weiterer Vorteil der Erfindung.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest der zur Messung des Abstandes dienende Meßfühler ringförmig um den oder vor dem Lichtleiterstab angeordnet. Der besondere Vorteil dieser weiteren Ausgestaltung liegt darin, daß die Abstandsmessung repräsentativ für den genau an der Geschwindigkeitsmeßstelle vorliegenden Abstand ist.
Hierbei muß der Lichtleiterstab durchaus nicht die in den Abstandsmeßfühler blendenartig eingebrachte öffnung durchdringen, was möglicherweise die für eine kapazitive Abstandsmessung notwendige gleichmäßige Dielektrizitätskonstante stören würde.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Meßfühler und Lichtleiterstab aufnehmende Baueinheit in eine den Drehkörper umgebende Wandung dichtend eingebracht, auf deren einer, dem Drehkörper zugewandten Seite der Wandung sich die Meßfühler befinden, wobei Lichtleiterstab und von den Meßfühlern ausgehende Signalleitungen innerhalb der Baueinheit die Wandung gasdicht durchdnngen und in Form von Kupplungshälften enden. Insbesondere bei Gaszentrifugen ist eine besonders gute Abdichtung der die Meßelemente tragenden Baueinheit vonnöten; daher verlaufen alle Leiter von Meßsignalen im Inneren der Baueinheit, so daß sie nicht noch einmal ihrerseits dichtend die Wandung durchdringen müssen. Sollte hierbei entweder innerhalb der Baueinheit ein Leck auftreten, oder etwa eine Signalleitung unterbrochen oder beschädigt sein, so genügt ein Auswechseln der gesamten Baueinheit, ohne daß gesondert noch Signalleitungen ausgewechselt oder abgedichtet zu werden brauchen. Das rasche Auskuppeln von Abtasteinheit und/oder weiterer Signalleitungen an der Außenseite der Baueinheit verkürzt Reparatur- und Verdrahtungszeiten, und verhindert Verwechslungen beim Verdrahten.
Einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß ist der Abstand zwischen Meßfühlern und Drehkörper veränderbar; so ist es z. B. bei ruhender Schleudertrommel einer Gaszentrifuge möglich, ein Normsignal für den ruhenden Abstand zwischen Sensor und Schleudertrommel einzujustieren; im übrigen wird so auch eine sehr grobe, mit hohen Toleranzen behaftete, billige Fertigungsweise ermöglicht. Außerdem ermöglicht es eine im Betrieb verstellbare Meßeinheit, größere Meßbereiche zu durchlaufen, z.B.
die mittlere Temperaturstrahlung einer jeweils größeren oder kleineren Fläche. Nur ein Lichtleiter gestattet in diesem Fall eine einfache bauliche Ausführung, da er im wesentlichen abstandsunabhängige Geschwindigkeitsmessungen ermöglicht.
Eine besonders zweckmäßige Anwendung findet die Erfindung bei Gaszentrifugen, die panzernden und dichtenden Rezipientengehäusen eingebracht sind, wobei die Rezipientenwand eine oder mehrere Meßeinrichtungen aufnimmt, die genaue Informationen über die momentane Lage der Schleudertrommel liefern.
Ausführungs- und Anwendungsbeispiele der Erfindung sind den Abbildungen zu entnehmen; es stellt dar F i g. 1 den Aufriß durch einen Teil einer Gaszentrifuge, wobei die erfindungsgemäße Meßeinrichtung in die Rezipientenwand eingebracht ist, F i g. 2 und 4 eine Meßeinheit im Aufriß, F i g. 3 und 5 die in F i g. 2 und 3 dargestellte Meßeinheit in Vorderansicht.
In F i g. 1 ist schematisch der Teil einer Schleudertrommel 13 dargestellt, die im Rezipienten 14 umläuft, in den durch eine Bohrung die erfindungsgemäße Sonde eingebracht ist. Die Sonde ist mit einem Flansch 1 versehen, wo sie von Schrauben 2 an der Wandung 14, dem sogenannten Rezipienten befestigt ist. Die Gasdichtung wird von einem O-Ring 3 übernommen. Von einem Isolator 4 wird die Sonde 5 getragen, die einen Meßfühler für Temperatur 6 und Abstand 7 aufweist Durch eine zentrale Bohrung in der Sonde wird über einen Lichtleiterstab 11 die Kontrastmarke 8 abgetastet. Der Lichtleiterstab 11 ist gasdicht eingeklebt und zusätzlich über einen O-Ring 12 abgedichtet. Der Fotoabtastkopf 9 ist auswechselbar. Die Abstands- und Temperatursignale werden den gasdicht vergossenen Kupplungshälften 10 einer Vielfachsteckverbindung zugeführt. Der Abstand x zwischen Sonde und Schleudertrommel kann unter Unterlegen von Dichtungen unter den Flansch verändert werden.
Fig.2 zeigt eine Sonde 5 im Aufriß; sie enthält einen Meßfühler 15 für kapazitive Abstandsmessung, in den eine blendenartige Mittelöffnung 19 eingebracht ist. Auf dem Meßfühler 15 ist isoliert ein Temperaturfühler 16 aufgebracht. An der Rückseite der Sonde 5 ist ein isoliertes, möglicherweise geschlitztes Rohr angeordnet, mit dem die Sonde 5 in eine Bohrung im Flanschl eingesteckt wird. Eine verspiegelte Fläche 18 schützt die Sonde vor einstrahlungen vom Rezipienten 14 her.
F i g. 4 zeigt einen induktiven Abstands-Meßfühler 20, der als Spule um ein die Blende darstellendes Rohrstück angeordnet ist. Dieser Meßfühler 20 wird konzentrisch durch drei Isolatoren 21 von einem ebenfalls ringförmign Temperatur-Strahlungsaufnehmer 22 separiert, der seine aufgenommene Wärme dem Temperaturfühler 23 mitteilt.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum beruhrungsfreien Erfassen der Geschwindigkeit der Oberfläche -eines mit Kontrastmarken versehenen Drehkörpers, insbesondere des Rotors einer Gaszentrifuge, mit einem Lichtleiterstal:, dessen eine Stirnseite den Kontrastmarken gegen;uberliegt, d a d II r cli g e -kennz eichnet,. daß im unmittelbaren Bereich dieser Stirnseite Meßfühler (6, 7) für weitere Meßgrößen desDrehkorpers (13) angeordnet sind.
2. Vorrichrung n..ac'h Änspruch 1, dadurch gekennzeichnet, däß:Meßfühler (6, 7) für Messung von Abstand und/oder Temperatur vorgesehen sind.
3. VonichtuiJg- dach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Meßfühler (7, 15, 20) zur Messung des Abstandes ringförmig um den oder vor dem Lichtleiterstab (11) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchenl bis3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühler (6, 7) um den Lichtleiterstab (11) aufnehmende Baueinheit in eine den Drehkörper (13) umgebende Wandung (14) dichtend eingebracht ist, auf deren einer, dem Drehkörper zugewandten Seite der Wandung sich die Meßfühler (6, 7) befinden und daß der Lichtleiterstab und die von den Meßfühlern ausgehenden Signalleitungen innerhalb der 'Baueinheit die Wandung gasdicht durchdringen und in Form von Kupplungshälften (10) enden.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Meßfühlern (6, 7) und Drehkörper (13) veränderbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen der Geschwindigkeit der Oberfläche eines mit Kontrastmarken versehenen Drehkörpers, insbesondere des Rotors einer Gaszentrifuge, mit einem Lichtleiterstab, dessen eine Stirnseite den Kontrastmarken gegenüberliegt.

Bei Rotationskörpem bedient man sich dann berührungsloser Meßsensoren, wenn mechanische Berührung den Gleichlauf der bewegten Teile beeinträchtigen würde. Insbesondere an Gaszentrifugen muß unbedingt jede mechanische Berührung der Zentrifugentrommel vermieden werden. Diese Zentrifugentrommel ist in der Regel berührungsfrei in Magnetfeldern gelagert, wobei sie Eigenschwingungsbewegungen durchführt.

Es hat sich nun herausgestellt, daß Messungen, wie sie z. B. in der deutschen Offenlegungsschrift 2 110 017 vorgeschlagen werden, nicht ausreichen, um hinreichende Rückschlüsse auf zum Teil sehr komplexe Bewegungen zu ziehen. So ist es bei Gaszentrifugen nicht möglich, aus einer Meßstelle Rückschlüsse über die Bewegungen der gesamten Schleudertrommel zu ziehen; es ist sogar unzulässig, die Messungen von Lage und Bewegung der Oberfläche der Schleudertrommel an voneinander getrennten Stellen vorzunehmen, da das Verwinden der Schleudertrommeloberfläche - meßbechnisch erfaßt werden muß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ems nun, eine Meßvorrichtung zu finden, die zumindest Abstand und Geschwindigkeitsmessungen berührungsfrei an der gleichen Oberflächenstelle eines bewegten Teils ermöglicht.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß im unmittelbaren Bereich dieser Stirnseite Meßfühler für weitere Meßgrößen des Drehkörpers angeordnet sind.

Generell, aber insbesondere für nicht frei liegende bewegte Teile bedeutet das Zusammenbringen mehrerer Meßfühler in !eine gemeinsame, baulich vereinte Vorrichtung einen entscheidenden Vorteil, a) da zusammengehörige Meßstellen die Abnahme der zusammengehörigen Meßinformationen an einer Stelle ermöglichen; die bei Versuchen besonders lästige Verwechslungsgefahr, sowie das zeitraubende genaue Zuordnen der einzelnen Meßstellen zueinander entfallen, b) da nun eine von vornherein festliegende, einheitliche baulich vereinte Meßvorrichtung ermöglichst, daß die räumlichen Zuordnungen zwischen Geschwindigkeits- und Abstandsmessung überall austauschbar dieselben sind, c) da jeder einzelnen Meßstelle, insbesondere jeder Abstandsmeßstelle eine definierte Lage zugeordnet werden muß, bringt insbesondere das bauliche Zusammenbringen eine wesentliche Verringerung der präzise angeordneten Auflagestellen der Meßsonden, und d) da vor Gehäusen, insbesondere druckbelasteten Gehäusen einzelne bewegte Teile, insbesondere Rotationskörper wie z. B. Gaszentrifugen derartige Messungen benötigen, ist mit jeder Meßsonde eine Schwächung der belasteten Gehäusewandung verbunden, insbesondere bei -Gaszentrifugen, wo die Gehäuse als Panzerungen die Umgebung vor den Bruchstücken etwa zerplatzender Schleudertrommeln zu schützen. haben.

Eine Zusammenfassung zusammengehöriger Meßstellen zu !einer einzigen baulichen Einheit bietet die Möglichkeit, die Gehäusewandung mit weniger Durchbrüchen zu schwächen, als es bisher der Fall war.