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"tSeß- und/oder Überwachungseinrichtung für
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Lagerverschleiß" Die Erfindung bezieht sich auf eine Meß- und/oder
Uberwachungseinrichtung für durch eine Relativbewegung z schen einem Lager und einem
vom Lager geführten Bauelement, insbesondere einer Welle, hervorgerufenen Lagerverschleiß,
wobei mindestens ein transparenter Körper derart das Bauelement berührend angeordnet
ist,daß der Körper im Falle eines Lagerverschleißes einer durch die Relativbewegung
verursachten Abnutzung unterworfen ist, und wobei zur Erfassung der Abnutzung wenigstens
ein Lichtstrahlenbündel durch den Körper auf die der Abnutzung unterworfene Fläche
des Körpers derart gerichtet ist, daß die von der Fläche in den Körper reflektierte
Lichtstrahlung im Falle einer Abnutzung eine Belichtungsänderung mindestens eines
lichtempfindlichen Detektors bewirkt nach Patentanmeldung P 28 17 769.7.
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Bei dieser Meß- und/oder Überwachungseinrichtung hat sich nun gezeigt,
daß die Art der Zuführung des Lichtstrahlbündels zu dem der Abnutzung unterworfenen
Körper sowie die Ableitung der reflektierten Lichtstrahlung zum lichtempfindlichen
Detektor in vielen Fällen die Einsatzmöglichkeit der Einrichtung bestimmt. Sind
z. B. die Lichtquelle, welche das Lichtstrahlbündel aussendet und der Detektor,
welcher die reflektierte Lichtstrahlung aufnimmt, unmittelbar am Körper angeordnet
und durch elektrische Leitungen mit dem zugeordneten Meß- und/oder über wachungsgerät
verbunden, so ist diese Einrichtung im Bereich von starken elektromagnetischen Wechselfeldern
kaum zu verwenden. Denn diese Felder können in den Zuführungsleitungen samt angeschlossenem
Detektor bzw. angeschlossener Lichtquelle Spannungen induzieren, die zu einer Verfälschung
des Meßergebnisses führen.
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Der vorliegenden Zusatzerfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
eine Meß- und/oder überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden,
daß bei einfacher Zuführung des Lichtstrahlbündels und Ableitung der reflektierten
Lichtstrahlung jegliche Fremdbeeinflussung vermieden ist. Darüberhinaus soll eine
weitgehende Freizügigkeit für die Anordnung der Lichtquelle, welche das Lichtstrahlbündel
aussendet sowie für den lichtempfindlichen Detektor gegeben sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nun für eine Meß- und/ oder Überwachungseinrichtung
der eingangs genannten Gattung darin, daß zwischen der Abstrahlstelle des Lichtstrahlbündels
und der für die Erzeugung des Lichtstrahlbündels ausgebildeten Lichtquelle mindestens
ein erster Lichtleiter und zur Weiterleitung der reflektierten Lichtstrahlung zum
Detektor wenigstens ein zweiter Lichtleiter vorgesehen ist. Durch den Lichtleiter
wird das Lichtstrahl-
bündel bzw. die Lichtstrahlung jeweils sicher
und selbst über größere Entfernungen weitgehend verlustlos transportiert ohne jeglichen
Störeinfluß von magnetischen und/oder elektrischen Feldern. Es ist somit die Möglichkeit
geschaffen, die Lichtquelle sowie den Detektor von dem der Abnutzung unterworfenen
Körper zu trennen und an einer beliebigen, z. B. für Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten
leicht zugänglichen Stelle anzuordnen.
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Weist die Einrichtung mehrere Detektoren auf zur stufenweisen Erfassung
der Abnutzung, so kann eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin bestehen,
daß jedem Detektor mindestens ein Lichtleiter zugeordnet ist, dessen lichtleitender
Querschnitt der lichtempfindlichen Fläche des zugeordneten Detektors etwa gleich
ist, und deren liclltaufnehmende Endflächen am Körper nebeneinander angeordnet sind.
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Zur stufenlosen Erfassung kann ein Detektor vorgesehen sein, der ein
von der Position der av;ftreffenden Lichtstrahlung abhängiges Ausgangssignal liefert.
In diesem Falle sind vorteilhaft eine Vielzahl von zweiten Lichtleitern vorgesehen,
deren Lichtaustrittsenden die lichtempfindliche Fläche des Detektors geordnet überdecken
und deren Lichteintrittsenden in gleicher Ordnung in dem von der reflektierten Lichtstrahlung
überstreichbaren Bereich angeordnet sind.
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Eine andere, bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen,
daß die Lichtleiter einzelne Lichtleitfasern aufweisen, die zu einem Lichtleitfaserbündel
zusammengefaßt sind.
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Weitere Vorteile und empfehlenswerte Merkmale der Erfindung gehen
aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den
schematischen Zeichnungen hervor.
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Es zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch eine Lagerstelle
mit einer Meß- und/oder Uberwachungseinrichtung gemäß der Erfindung und Fig. 2 den
transparenten Körper der Meß- und/oder Überwachungseinrichtung samt Lichtleitern
als Einzelheit in größerem Maßstab und als Ausführungsvariante.
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In Fig. 1 ist ein Lager lo dargestellt, das als Radialgleitlager ausgebildet
ist und welches ein Bauelement 12 in Form einer Welle führt. In einem Zwischenraum
14, der vom Lagerkörper 16 und vom Lagergehäuse 18 begrenzt wird, ist der etwa prismatisch
ausgebildete, transparente Körper 20 derart am Lagerkörper 16 befestigt, daß die
nach oben zeigende Fläche 22 des Körpers 20 an der Welle, welche das Bauelement
12 bildet, berührend anliegt.
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Der Körper 20 ist transparent ausgebildet und weist eine Abstrahlstelle
70 für das Lichtstrahlenbündel 26 auf. Die Abstrahlstelle 70 ist über einen ersten
Lichtleiter 74 mit einer Lichtquelle 72 verbunden, die vorzugsweise moduliertes
Licht abgibt. Außerdem sind an jenem Bereich 78 des Körpers 20, welcher von der
reflektierten Lichtstrahlung 30 getroffen ist, mehrere zweite Lichtleiter 80, 90
im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Stück, angeschlossen.
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Die Lichtaustrittsenden dieser zweiten Lichtleiter 80, 9D sind mit
lichtempfindlichen Detektoren 76 und 86 verbunden.
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Die Lichtquelle 72 und die Detektoren 76 und 86 sind zusammen mit
dem Uberwachungsgerät 34 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.
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Während des Betriebs wird das von der Lichtquelle 72 abgegebene Licht
über den ersten Lichtleiter 74 zur Abstrahlstelle 70 geleitet. Hier tritt das Licht
aus dem ersten Lichtleiter 74 in den transparenten Körper 20 über. Hierbei ist die
Anordnung
des Lichtleiters so getroffen, daß das Licht unter einem möglichst spitzen Winkel
cC auf die der Abnutzung unterworfene Fläche 22 des Körpers 20 als Lichtstrahlenbündel
auftrifft. Infolge des optischen Dichteunterschiedes findet an der Fläche 22 eine
Reflexion statt, und die reflektierte Lichtstrahlung wird auf jenen gegenüberliegenden
Bereich 78 gelenkt, in dem die lichtaufnehmenden Enden der zweiten Lichtleiter 80,
90 angeschlossen sind.
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Diese zweiten Lichtleiter 80, 90 leiten die reflektierte Lichtstrahlung
zu den zugeordneten lichtempfindlichen Detektoren 76, 86, welche Bestandteil des
Uberwachungsgerätes 34 sind.
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Unterliegt während des Betriebs der Lagerkörper 16 infolge der Relativbewegung
des Bauelementes 12 einer Abnutzung, so wird auch der Körper 20 abgenutzt, so daß
sich die Lage der vorzugsweise polierten Fläche 22 verändert. Die Folge ist eine
Lage-veränderung der reflektierten Stråhlung 30, die vom lichtaufnehmenden Ende
des einen zweiten Lichtleiters 90 zum lichtaufnehmenden Ende des anderen zweiten
Lichtleiters 80 abwandert. Dementsprechend erfolgt eine Belichtungsänderung der
angeschlossenen Detektoren 76 und 86, die vom Uberwachungsgerät 34 angezeigt wird,
welches gegebenenfalls Alarm auslösen kann.
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Der Körper 20 muß selbstverständlich bezüglich seiner Abnutzungseigenschaften
etwa dem Material des Lagerkörpers 16 gleich sein. Vorzugsweise besteht der Körper
20 aus Gießharz, dies hat den Vorteil, daß die Enden der Lichtleiter gegebenenfalls
eingegossen und somit sicher befestigt werden können.
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In vielen Fällen kann es genügen, nur einen Detektor mit angeschlossenem
Lichtleiter anzuwenden. In diesem Falle erfolgt dann eine Belichtung bzw. Verdunkelung
des zuge-
ordneten Detektors. Ebenso ist es möglich, eine Vielzahl
von Detektoren mit angeschlossenen Lichtleitern einzusetzen um den Lagerverschleiß
in Stufen erfassen zu können.
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In Fig. 2 ist der transparente Körper 20 samt angeschlossenem Uberwachungsgerät
als Einzelheit und in anderem Maßstab dargestellt. Hierbei ist insbesondere die
Zuführung des Lichtstrahlbündels 26 und der Strahlengang im Falle der Abnutzung
der Fläche 22 (gestrichelt eingezeichnet) deutlich zu erkennen.
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Die eß- und/oder Überwachungseinrichtung gemäß Fig. 2 ist im Gegensatz
zur Ausführung gemäß Fig. 1 für stufenlose Erfassung des Lagerverschleißes ausgebildet.
Hierzu ist als lichtempfindlicher Detektor 88 eine solche Ausführungsform gewählt,
die ein Signal abgibt, das von der Position des Mittelpunktes der zugeführten Lichtstrahlung
abhängig ist. Solche lichtempfindlichen Detektoren sind als Schottky-Barrier-Photodioden
bekannt. Anstelle dieser photodioden kann jedoch auch eine Photodiodenzeile (Array)
Verwendung finden. Zur Verbindung der lichtempfindlichen Fläche 84 des Detektors
88 mit dem von der reflektierten Lichtstrahlung 30 überstrichenen Bereich 78 ist
eine Vielzahl von zweiten Lichtleitern 82 vorgesehen. Die Enden dieser Lichtleiter
82 überdecken jeweils den von der reflektierten Lichtstrahlung überstreichbaren
Bereich 78 am Körper 20 sowie die lichtempfindliche Fläche 84 des Detektors 88 in
gleicher Ordnung. Die Lage der reflektierten Lichtstrahlung 30 im Bereich 78 wird
somit fehlerlos zur lichtempfindlichen Fläche 84 des Detektors 88 übertragen und
als Maßstab für die Abnutzung von der Uberwachungseinrichtung 34 stufenlos angezeigt.
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Die einzelnen Lichtleiter 74, 80, 82 können jeweils aus einzelnen
Lichtleitfasern bestehen und zu einem Lichtleiefaserbündel zusammengesetzt sein,
wie dics in Fig. 2 beispielsweise mit den Lichtleitfasern 82 geschehen ist, die
dort zu einem Lichtleitfaserbündel zusammengefaßt sind.
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L e e r s e i t e