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Geodätische Achsenüberwachungsanordnung
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und Vorrichtung hierfür Die Erfindung bezieht sich auf eine geodätische
Anordnung zur Überwachung der Koaxialität von Achsen in bezug auf ein in mehreren
Punkten unterstütztes oder aufgehängtes, gegebenenfalls drehbares Objekt und eine
Vorrichtung hierfür. Die Achsenübenachungsanordnung wird dabei durch geodätische
Methoden eingestellt, d.h. "geeicht".
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Unter Koaxialität der Achsen eines Objekts wird in diesem Fall verstanden,
daß die Drehachse und die geometrische Achse des Objekts einachsig, d.h. in eine
Gerade fallend, verlaufen Die erfindungsgemäße Achsenüberwa chungsanordnung wird
zur Überwachung des Einhaltens dieser Koaxialität angewendet, bzw zur Festst:ellung
der Positionsänderung der Achsen.
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Aus den mit den Achsenüberwachungsvorrichtungen erfaßten Änderungen
kann auf das Entstehen von in dem Drehobjekt auftretenden zusätzlichen Belastungen
gefolgert werden Bei Objekten mit einer großen vertikalen Abra.essung können beispielsweise
die außenmittigen Bei astuligen
und die daraus folgenden Verformungen
oder Setzungen verhindert werden. Bei Objekten mit großen horizontalen Abmessungen,
z.B. bei Drehrohröfen verursacht ein Koaxialitätsfehler solche Belastungen , die
zur Katastrophe führen können.
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Wenn nämlich die Drehachse mit der geometrischen Achse des Drehrohrofens
nicht einachsig ist, wird einerseits die Wand des Drehrohrofens durch die wegen
der Drehung entstehende dauernde Biegebelastung ermüdet; andererseits wird die Schamotteausfütterung
zerstört. Infolge des letzteren erhitzt sich der Drehrohrofen bei den zerstörten
Stellen stark, was zur weiteren Deformation bzw. zum Durchbrennen des Ofens führt.
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Die bekannt gewordenen Überwachungsanordnungen der Koaxkialität messen
die Deformation der Objekt. Aus dieser gemessenen Deformation kann man auf eine
Änderung der Drehachse folgern.
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Es ist auch eine zu der soeben beschriebenen Anordnung ähnliche Methode
vorbekannt, wobei die Positi.on der Drehachse anhand Deformationsberechnungen bestimmt
wird. Zu diesem Zweck wird auch die Photographie angewendet, indem zeitlich verschoben
Aufnahmen gemacht und danach miteinander verglichen werden. Die Photos werden z.B.
aufeinandergelegt und durchleuchtet, wodurch die Deformation des Objekts festgestellt
wird.
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Für die'aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist zusammenfassend
charakteristisch, daß sie nur indirekte Meßergebnisse liefern und keine unmittelbaren
Abweichungswerte für die aktuelle Position der Achse angeben. Aus diesen indirekten
Meßergebnissen muß auf die hypothetischen Abweichungswerte gefolgert werden. Der
größte Teil dieser Methoden kann noch dazu nur bei stillstehenden, kalten, leeren,
unbelasteten Objekten, manchmal nur im Werk, durchgeführt werden.
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Es ist offensichtlich, wie stark diese Begrenzungen zu der Ungenauigkeit
und zu den Fehlern der bekannten Methoden beitragen.
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Aufgahe der Erfindung ist es daher, eine Achsenüberwachungsanordnung
und Vorrichtungen hierfür zu schaffen, mit denen die im Zeitpunkt des Messens aktuellen
Abweichungswerte der Koaxialität in direkter Weise ermittelt werden können.
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Die Überwachungsvorrichtung soll auch kleine Werte erfüllen, eine
leichte Handhabung haben und den schlechten, manchmal rauhen Bedingungen, unter
denen die zu überwachenden Objekte arbeiten, widerstehen.
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Die Erfindung beruht auf der Eftenntnis, daß die Notwendigkeit der
Berechnungen für die Achsenposition bei den vorbekannten Lösungen beseitigt werden
kann, wenn nicht die Deformation de Außenwand des Objekts, sondern die Position
der Achse überwacht wird.
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Die vorstehende Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß
an jeder Überwachungsstelle mehrere in verschiedenen Richtungen wirkende Achsenüberwachungsvorrichtungen
dem Objekt zugeordnet sind und daß die jeweilige Acilsenübe.l-v;achungsvorrichtung
mit einem das Objekt berührenden Fühler, einem in bezug auf einen ortsfest stehenden
Unterbau des Objekts befestigten Gehäuse, einem den Fühler in dem Gehause führenden
Kupplungsstück, einem mit dem Kupplungsstück zusammenwirkender Anzeiger und einer
Vorspannvorrichtuny versehen ist.
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Wie ersichtlich, schneiden sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung
die Wirkungslinien der bei einer Überwachungsstelle angeordneten Achsenüberwachung
svorr icljtungen in der Drellachse des Objekts. Dabei soll, wie schon in der Einleitung
erwähnt,
die Drehachse des Objekts mit dessen geometrischer Achse
koaxial sein. Dafür wird bei jeder Achsenüberwachungsvorrichtung bei der Inbetriebnahme
des Syxtems durch geodätische Methode ein Ausgangswert festgestellt. Wenn die abgelesenen
Werte sich bei einer der eingestellten Achsenüberwachungsvorrichtungen ändern, ist
auch. eine Positionsänderung der Achse zu erwarten. Somit wird also in direkter
Art und Weise eine Abweichung der erwünschten Koaxialität ermittelt, was den größten
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung darstellt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Vorspannvorrichtung
als eine den Fühler an das Objekt andrückende Feder, die mit einer Stellschraube
zur Änderung der Vorspannkraft einstellbar ist, ausgebildet sein, wobei die Stellschraube
in ein in dem Gehäuse ausgebildetes Gewinde eingeschraubt ist.
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Der Fühler kann erfindungsgemäß als eine in dem Kupplungsstück gelagerte
Rolle ausgeführt sein. Der Anzeiger kann erfindungsyemäß eine an dem Gehäuse angeordnete
Skala und ein an dem Kupplungsstück befestigter Zeiger sein.
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Die Achsenüberwachungsvorrichtung kann als eine elektronische Einheit
ausgebildet sein, wobei sie mit einem elektronischen Anzeiger versehen sein kann.
Dem Kupplungsstück können dabei ein analog-digitaler Wandler und daran ein elektronisches
Datensichtgerät und/oder ein Registriergerät zugeordnet sein.
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In diesem Falle ist auch die Möglichkeit gegeben, das Datensichtgerät
und/oder das Registriergerät von der Achsenüberwachungsvorrichtung, also von dem
Objekt selbst entfernt, gegebenenfalls in dem Steuerraum des Objekts, anzuordnen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend
aufgrund eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahrne auf die beigefügte Zeichnung
näher erläutert. In der Zeichnung
zeigt: Fig, 1 eine skizzenhafte
Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Achsenüberwachungsvorrichtung
in einem Anwendungsfall; Fig. 2 eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Achsenüberwachungsvorr ichtung, teilweise im Schnitt; Fig.
3 eine skizzenhafte Perspektive des Anwendungsfalles nach Fig. 1; und Fig. 4 eine
Skizze der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung.
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In Fig. 1 ist ein Unterbau mit Bezugszeichen 1 und ein zu überwachendes
Objekt mit 3 bezeichnet. Nachstehend wird ein Anwendungsfall der erfindungsgemäßen
Achsenüberwachungsvo.'-richtung 5 beschrieben, wobei das Objekt 3 ein Drehrohrofen
ist. Dieser Drehrohrofen 3 ist durch Tragrollen 2 gegen den Unterbau 3 abgestützt.
Die Laufbahn für die Tragrcllen 2 ist ais ein an dem Drehrohrofen 3 befestigter
Laufring 4 ausgebildet. Bei jedem Laufring 4 ist eine sog. Rollenstation des Drehrohrofens
3 vorgesehen, die zugleich auch eine Überwachungsstelle im Sinne dieser Erfindung
werden kann.
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Wie schon dargelegt wurde, sind bei einer Überwachungsstelle hier
also bei einer Rollenstation, mehrere, in verschic>-denen Richtungen wirkende
Achselltiberwachungsvorri.chtullgen 5 angeordnet. In Fig. 1 sind eine Achsenübcarwachungsvorrichtung
5 unter dem Drehrohrofen 3 zwischen den beiden Tragrollen 2, eine andere Achsenüberwachungsvorrichtung
5 neben dem Drehrohrofen 3 demselben Laufring 4 zugeordnet. Die Wirkungsgeraden
der Achsenüberwachungsvorrichtungen 5 scheicn
sich in dem Mittelpunkt
des Querschnittes des Drehrohrofens 3.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die beiden Achsenüberwachungsvorrichtungen
5 an dem ortsfest stehenden Unterbau 1 des Drehrohrofens 3 befestigt. Sie schließen
sich durch je einen Fühler 6 dem Laufring 4 an. Der Laufring 4 verleiht übrigens
dem Drehrohrofen 3 eine erhöhte Steifigkeit, was den Vorteil mit sich bringt, daß
die überwachung durch örtliche Deformationen nicht beeinflußt wird.
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Die zwei Achsenüberwachungsvorrichtungen 5 in di.eser 'Figur haben
unterschiedliche Bauweisen. Der untere hat eine vertikale, während der seitliche
eine horizontale Wirkungsrichtung aufweist. Sie arbeiten aber nach dem gleichen
Prinzip. Diese ur,terschiedli.che Bauweise ist natürlich nicht notwendig, wenn die
Möglichkeit der Anordnung von mehreren Achsenüberwachungsvorrichtungen 5 mit der
gleichen Bauweise gegeben ist.
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In Fig. 2 i.st die Achsenüberwachungsvorrichtung 5 in skizzenhafter
Draufsicht, teilweise im Schnitt dargestellt. Der Fühler ist hier als eine Rolle
6 ausgebildet, die an dem Kupplunysstück 8 gelagert ist. Die Achsenüberwachungsvorrichtung
5 ist mittels ihres Gehäuses 7 an dem ortsfesten Unterbau 1 befertigt. Das Kupplungsstück
8 ist zu diesem Gehäuse 7 geführt.
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Wie aus Fi, 2 ferner zu entnehmen ist, umfaßt die Achsenüberwachungsvorricht:ung
5 des weiteren eine aus eier Feder 9 und einer Stellschraube 10 bestehende, bezüglich
der Vor-Spannung veränderbare Vorspannungsvorrichtung. Die Feder 9 ist zwischen
dem Kupplungsstück 8 und der Stellschraube 10 angeordnet, wobei die letzere in einem
in dem Gehäuse 7 vorgesehenen Gewinde eingeschraubt ist. Durch Einschrauben der
Stellschraube 10 kann Die Vorspannung erhöht, durch Ausschrau-
ben
verkleinert werden.
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Als Anzeiger sind an dem Gehäuse 7 eine Skala 11 und an dem Kupplungsstück
8 ein nicht näher dargestellter Zeiger vorgesehen.
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In Fig. 3 ist der Drehrohrofen 3 in verhältnismäßig großem MaBstab
perspektivisch dargestellt. Die daran angeschlossenen Achsenüberwachungsvorrichtungen
5 sind durch ihre Wirkungslinien veranschaulicht. Es sind von oben und seitlich
wirkende Achsenüberwachungsvorrichtungen 5 vorgesehen.
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Fig. 3 gibt im weiteren einen Hinweis auf den yeodätischen Charakter
der Achsenüberwachungsvorrichtung 5. Wie ers ich ilich, sind die hier gezeigten,
insgesamt acht Achsenübertragungsvorrichtungen 5 hintereinander parallel zu der
Achse des Drehrohrofens 3 in einer Geraden angeordnet. Die Einmessung, die Ortung
und Orientierung vor der Inbetriebnahme dieser Achsenüberwachungs,vorrichtngen 5
erfolgen mit geodätischen Instrumenten und durch geodätische Methoden.
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Der geodätische Fachmann benutzt dazu z.B. Theodolit und Meßlatte.
Nach dem Versuchs- und Einstellbetrieb des Systems muß nur auf Wunsch mit geodätischen
Mitteln kontrolliert werden.
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Während der Drehung des Drehrohrofens 3 berühren z.B. die beiden Achsenüberwachungsvorrichtungen
5 ständig den Laufring 4, wobei die Rolle 6 jeder Achsenüberwachunc3ssorrichtung
5 daran abläuft. Eine eventuelle E;zentrizitat kann auf diese Weise an der Skala
11 unmittelbar abgelesen werden.
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Wenn diese Exzentrizität eine gewisse, für jede Achsen überwachungsvorrichtung
5 vorgegebene Grenze überschreitet, kann unmittelbar ein Eingriff oder im Katastrophenfall
ein Alarm ausgelöst werden. Die Achsenüberwachungsvorrichtungen 5
können
bei einem in den technologischen Instruktionen bereits vorgesehenen Begehen des
Drehrohrofens 5 abgelesen bzw. kontrolliert werden.
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Wie schon früher erwähnt, kann aber die erfindungsgemäße Achsenüberwachungsvorrichtung
5 auch als ein elektronisches Gerät ausgeführt sein, wobei es mit einem elektronischen
Anzeiger versehen ist. In diesem Fall wird neben dem direkten Ablesen auch die elektronische
Fernmeldung der Angaben, Daten usw. ermöglicht. Dem Kupplungsstück 8 kann dabei
ein analoy-digitaler Wandler zugeordnet sein, der mit einem elektronischen Datensichtgerät
und/oder mit einem Registriergerät verbunden sein kann. Diese Geräte können auch
in dem Steuerraum des Drehrohrofens 3 oder eines anderen Objekts, von den Achsenüberwachungsvorrichtungen
5 selbst weit entfernt, angeordnet sein.
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Der in dem Steuerraum Dienst leistende Fachmann kann der Zustand des
Drehrohrofens 3 auch in dieser Hinsicht kontrollieren. Das Registratum des eventuell
angeschlossenen Registriergerätes kann zur Auswertung eines auftretenden Fehlers
oder zum Feststellen der Schuld angewendet werden.
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Die erfindungsgemäße Achsenüberwachungsvorrichtungen 5 können nicht
nur sich während des Betriebes drehenden Objekten eine Anwendung inden, sondern
können auch als ein Te des technologischen Prozesses in der Fertigstellung von großen
Objekten zur Kontrolle der Formgenalliykeit benutzt werden. Schornsteine oder Abda.mpfkolonnen
können z.B. i.n einem mit den erfindungsgemäßen Achsenüberazacllungsvorrichtungen
5 versehenen Prüfstand gedreht werden, wodurch die Koaxialität der Drehachse mit
der geometrisehen Achse kontrolliert werden. Bei einer zu großen Exzentrizität wird
das Produkt als Fehlfabrikat aus-
sortiert. Diese Fehler können
heutzutage nicht mit der erforderlichen Genauigkeit festgestellt werden. Sie machen
sich meistens nur durch die später auf tretenden unerwarteten Folgen der außenmittigen
Belastungen erkennbar.
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Der erfindungsgemäßen Achsenüberwachungsvorrichtungen 5 können auch
Alarm-Signalgeräte angeschlossen werden, die eine Ratastrophe durch eine frühzeitige
Meldung signalisieren, so daß diese vermieden werden kann