DE3640700A1 - Greifer fuer einen roboter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Dicke­ änderung von Verschleißteilen, wie z.B. Gleitringdichtungen oder Bremsbeläge.

Das Problem, die Änderung der Dicke von Verschleißteilen zu Messen, um die Verschleißteile nach Abnutzung auszutauschen, tritt in vielen Bereichen der Technik auf. Der Austausch der Verschleißteile ist in der Regel sehr arbeitsaufwendig und des­ halb mit erheblichen Kosten verbunden. Es ist deshalb wün­ schenswert, insbesondere bei schwer zugänglichen Verschleiß­ teilen deren Verschleißzustand zuverlässig zu kennen, so daß ein Austausch nur dann durchgeführt zu werden braucht, wenn das Verschleißteil tatsächlich abgenutzt ist.

Es sind bereits Verfahren zum Messen der Dickeänderung von Verschleißteilen bekannt, die allerdings keine kontinuierliche Messung der Dickeänderung des Verschleißteiles ermöglichen, sondern nur feststellen, ob das Verschleißteil über einen be­ stimmten Grenzwert abgenutzt ist oder nicht.

Bekannte Verfahren zur Messung der Dickeänderung von Ver­ schleißteilen, wie Gleitringdichtungen, beruhen z.T. auf Wider­ standsmessungen. In die Gleitringdichtung wird ein elektrisch leitfähiges Teil eingesetzt, das entweder beim Abrieb des Ver­ schleißteiles seinen Widerstand ändert oder einen elektrischen Kontakt bei Berührung herbeiführt.

Derartige bekannte Verfahren zum Messen der Dickeänderung von Verschleißteilen liefern nicht nur kein kontinuierliches Meßer­ gebnis, sondern haben auch den Nachteil, daß sie nicht in che­ misch aggressiven Medien oder für den explosionssicheren Einbau eingesetzt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen der Dickeänderung von Verschleißteilen, wie z.B. Gleit­ ringdichtungen oder Bremsbeläge, zu schaffen, die zuverlässig kontinuierlich die Dicke des Verschleißteiles anzeigt und auch bei chemisch aggressiven Medien und zum explosionssicheren Ein­ bau geeignet ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe beruht auf dem Grundgedanken, daß die beim Abrieb des Verschleißteiles auftre­ tende Abstandsänderung zwischen dem Verschleißteil und einem gegenüberliegenden, ortsfesten Bauteil ausgenutzt werden kann, um unterschiedliche elektromagnetische Induktionen in einer Meßspule zu erzeugen.

Gemäß einer ersten Variante der Erfindung sind ein elektrischer Leiter und ein Magnet vorgesehen, die bei der Dickeänderung des Verschleißteiles periodisch relativ zueinander bewegt wer­ den, wobei sich ihr Abstand verschleißabhängig ändert und die bei der periodischen Bewegung vom Magneten im Leiter induzierte elektrische Spannung ein Maß für die Dickeänderung des Ver­ schleißteiles ist.

Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist ein magneti­ scher Kreis vorgesehen, von dem ein Teil bei der Dickeänderung des Verschleißteiles periodisch relativ zum Rest des magneti­ schen Kreises bewegt wird und dabei den magnetischen Fluß in Abhängigkeit von der Dickeänderung des Verschleißteiles perio­ disch ändert, so daß mittels einer Meßspule die magnetische Flußänderung abgegriffen werden kann, wobei die in der Meßspule induzierte elektrische Spannung ein Maß für die Dickeänderung des Verschleißteiles ist.

Der periodisch bewegte Teil des magnetischen Kreises kann ent­ weder auf dem Verschleißteil oder auf einem nicht verschleißen­ den Bauteil befestigt sein, also bei einer Gleitringdichtung entweder auf derselben oder auf dem gegenüberliegenden Gegen­ ring. Der Rest des magnetischen Kreises ist dann jeweils auf dem anderen Bauteil angeordnet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß ein Magnet auf dem rotierenden Verschleißteil (also z.B. der Gleitringdichtung) befestigt ist, während benachbart dem Verschleißteil eine Spule ortsfest angeordnet ist, in wel­ cher der Magnet beim Rotieren des Verschleißteiles bei jedem Durchgang eine Spannung induziert, die ein Maß für die Dicke­ änderung des Verschleißteiles ist.

Besonders starke und gut verarbeitbare Meßsignale ergeben sich dann, wenn ein offener magnetischer Kreis benachbart dem rotie­ renden Verschleißteil angeordnet ist, welcher beim Rotieren des Verschleißteiles bei jedem Durchgang durch ein am Verschleiß­ teil angeordnetes Teil mit geringem magnetischen Widerstand jeweils kurzzeitig geschlossen wird, wobei eine Änderung des magnetischen Flusses am magnetischen Kreis eintritt. Die Ände­ rung des magnetischen Flusses erzeugt in einer am magnetischen Kreis angeordneten Meßspule ein induziertes Spannungssignal, welches als Maß für die Dickeänderung des Verschleißteiles dient.

In der Regel wird das elektromagnetisch in der Meßspule indu­ zierte Spannungssignal der Dickeänderung des Verschleißteiles direkt proportional sein, da mit zunehmender Annäherung des den magnetischen Kreis kurzzeitig schließenden Teiles an den magne­ tischen Kreis die Änderung des magnetischen Flusses pro Zeit­ einheit anwachsen wird.

Eine Eichung des in der Meßspule elektromagnetisch induzierten Spannungssignales in Abhängigkeit von der Dicke des Verschleiß­ teiles ist ohne weiteres möglich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Gleitringrichtung mit einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zum Messen der Dickeände­ rung der Gleitringdichtung;

Fig. 2 die für die Messung der Dickeänderung wesentlichen Bauteile der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Messen der Dickeänderung von Verschleißteilen, bei dem die Meßspule in einem Topfkern angeordnet ist;

Fig. 4 eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 3, bei dem neben der Meßspule eine Erregerspule für den magnetischen Kreis vorgesehen ist;

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein Dauer­ magnet auf der Niederdruckseite der Gleitringdichtung angeordnet ist und

Fig. 6 ein der Vorrichtung gemäß Fig. 5 entsprechendes Aus­ führungsbeispiel mit einer zusätzlichen Erregerspule.

Gemäß Fig. 1 ist auf einer Welle 10, die um die Achse A dreht, eine Gleitringdichtung 12 montiert. Die Gleitringdichtung 12 weist einen Kragen 14 auf, der in bekannter Weise gegen einen Gegenring 16 gedrückt ist. In Fig. 1 herrscht links der Trenn­ linie T Hochdruck, während rechts der Trennlinie T Niederdruck vorliegt.

Die Gleitringdichtung 12 wird also mit ihrem Kragen 14 gegen den Gegenring 16 gedrückt, wobei die Verschleißfläche 22 der Gleitringdichtung 12 durch Reibung am Gegenring 16 abgetragen wird. Die damit einhergehende Verkürzung des Kragens 14 in axialer Richtung (Achse A) soll gemessen werden.

Zur Messung der Dickeänderung des Kragens 14 der Gleitring­ dichtung 12 dient beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ein Dauermagnet 24, der beim Abrieb der Verschleißfläche 22 des Kragens 14 in Fig. 1 kontinuierlich nach rechts wandert und sich dabei dem ortsfesten Gleitring 16 nähert. Bei der Dicke­ änderung der Gleitringdichtung verringert sich also die Rest­ dicke c der Dichtung (Fig. 1).

Beim Abrieb der Verschleißfläche 22 der Gleitringdichtung 12 nähert sich der Dauermagnet 24 des in Fig. 1 gezeigten Ausfüh­ rungsbeispieles einem magnetischen Kreis 26, der in Fig. 2 schematisch näher dargestellt ist. Der magnetische Kreis 26 weist gemäß Fig. 2 einen U-förmigen Teil mit einem offenen Abschnitt 28 auf. Auf einem Schenkel des U-förmigen magneti­ schen Kreises 26 ist eine Meßspule 30 gewickelt.

Sobald bei der Drehung des Kragens 14 der Gleitringdichtung 12 der Dauermagnet 24 den offenen Abschnitt 28 des magnetischen Kreises 26 passiert, wird kurzzeitig der magnetische Kreis ge­ schlossen und es wird eine starke elektromagnetische Spannung in der Spule 30 induziert. Die in der Spule 30 induzierte elek­ tromagnetische Spannung wird abgegriffen und zu einem Meßsignal verarbeitet, das die Restdicke c des Kragens 14 der Gleitring­ dichtung 12 wiedergibt.

Mit zunehmendem Abtrag des Kragens 14 der Gleitringdichtung 12 nähert sich der Dauermagnet 24 dem offenen Abschnitt des magne­ tischen Kreises 26, d.h. die in der Meßspule 30 induzierte Spannung wächst und ist ein Maß für die Restdicke c des Kragens 14 der Gleitringdichtung 12.

Das an der Spule 30 abgegriffene Spannungssignal ist proportio­ nal der Meßstrecke, der Winkelgeschwindigkeit der Gleitring­ dichtung und einer Gerätekonstanten. In die Gerätekonstante geht auch der konstante Abstand b zwischen dem ortsfesten magnetischen Kreis 26 und der Verschleißfläche 22 des Kragens 14 der Gleitringdichtung 12 ein. Direkt gemessen wird mit der Anordnung gemäß Fig. 2 die Meßstrecke a. Die Restdicke d ergibt sich aus der Differenz aus a und b. Die Meßanordnung läßt sich offensichtlich ohne weiteres eichen.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Variante, bei der das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführungsbeispiel hinsichtlich des magneti­ schen Kreises 26 abgewandelt ist. Der Dauermagnet 36 (welcher wie beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 an der Gleitringdichtung 12 befestigt ist) passiert einen Topfkern 34, in dem die Meßspule 30 zentrisch um einen mittleren Schenkel 34′ gewickelt ist. Bei dieser Anordnung ist der magnetische Streufluß sehr gering und somit das elektromagnetisch induzier­ te Meßsignal relativ groß.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 entspricht dem gemäß Fig. 3, doch ist der Dauermagnet 36 durch ein einfaches magne­ tisches Joch 40 ersetzt und im Topfkern 34 ist neben der Meß­ spule 30 eine Erregerspule 38 für den Magnetkreis angeordnet. Mit der Erregerspule 38 kann der magnetische Fluß im aus dem Topfkern 34 und dem Joch 40 gebildeten magnetischen Kreis wahl­ weise eingestellt werden. Sobald das Joch 40 bei einer Drehung der Gleitringdichtung 12 die offenen Schenkel des Topfkernes 34 passiert, erfolgt eine Änderung des die Meßspule 30 durch­ setzenden magnetischen Flusses. Der Strom der Erregerspule 38 wird so eingestellt, daß die relative Änderung des magnetischen Flusses in der Magnetspule 30 beim Passieren des Joches 40 ein optimal auswertbares Meßsignal liefert.

Beim in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1-4 der Dauermagnet auf der Niederdruckseite 20 angeordnet, während ein Joch 42 an der Gleitringdichtung 12 befestigt ist. Das in der Fig. 5 ge­ zeigte Ausführungsbeispiel ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es beim Verschleiß der Gleitringdichtung zu hohen Tempe­ raturen kommen kann, welche einen Ferromagneten zerstören können (Curie-Temperatur). Gemäß Fig. 5 ist der empfindliche Dauermagnet auf der weniger erhitzten Niederdruckseite der Dichtung angeordnet. Auch hier wird beim Passieren des Joches 42 des offenen Abschnittes 28 es U-förmigen Dauermagneten 44 der magnetische Fluß in der Meßspule 30 geändert, so daß ein der Dickeänderung der Gleitringdichtung proportionales Signal an der Meßspule 30 abgegriffen werden kann.

Das in Fig. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht der Vor­ richtung gemäß Fig. 5, doch ist zusätzlich noch eine Erreger­ spule 38 vorgesehen, mit der die gleichen Vorteile zu erzielen sind, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Messen der Dickeänderung von Verschleiß­ teilen, wie Gleitringdichtungen oder Bremsbeläge, gekennzeichnet durch einen elektrischen Leiter (Spule 30) und einen Magneten (Dauer­ magnet 24), die bei der Dickeänderung des Verschleißteiles (12) periodisch relativ zueinander bewegt werden, wobei sich ihr Abstand verschleißabhängig ändert und wobei die bei der periodischen Bewegung vom Magneten im Leiter induzierte elek­ trische Spannung ein Maß für die Dickeänderung des Verschleiß­ teiles ist.

2. Vorrichtung zum Messen der Dickeänderung von Ver­ schleißteilen, wie Gleitringdichtungen oder Bremsbeläge, gekennzeichnet durch einen magnetischen Kreis (26, 34, 44, 46), von dem ein Teil (Dauermagnet 24, 26 oder Joch 40, 42) bei der Dickeänderung des Verschleißteiles (12) periodisch relativ zum magnetischen Kreis bewegt wird und dabei den magnetischen Fluß Φ in Ab­ hängigkeit von der Dickeänderung des Verschleißteiles (12) periodisch ändert, und eine die magnetische Flußänderung induktiv abgreifende Meßspule (30), in der eine elektrische Spannung induziert wird, die ein Maß für die Dickeänderung des Verschleißteiles ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem rotierenden Verschleißteil (12) der Magnet (24), insbesondere ein Dauermagnet, befestigt ist, und daß benachbart dem Verschleißteil (12) ein Bauteil, wie eine Spule (30), orts­ fest angeordnet ist, in dem der Magnet (24) beim Rotieren des Verschleißteils (12) eine Spannung induziert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein offener magnetischer Kreis (26, 34, 44, 46) benachbart dem rotierenden Verschleißteil (12) angeordnet ist und daß der offene magnetische Kreis durch ein am Verschleißteil (12) be­ festigtes Teil (Dauermagnet 24, 36 oder Joch 40, 42, 46) beim Rotieren des Verschleißteils (12) periodisch geschlossen wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis durch einen Ferromagneten (46) gebil­ det wird, an dem eine Meßspule (30) angeordnet ist, in welcher eine von der Änderung des magnetischen Flusses abhängige Span­ nung induziert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis einen Topfkernschenkel (34) aufweist, in dem die Meßspule (30) gewickelt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6, 5, 4 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das periodisch bewegte Teil ein Dauermagnet (24) ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6, 5, 4 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das periodisch bewegte Teil ein Ferromagnet oder Paramagnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis eine Erregerspule (38) aufweist.