DE3812178A1 - Vorrichtung zur ueberwachung eines einem verschleiss unterworfenen bauteils - Google Patents
Vorrichtung zur ueberwachung eines einem verschleiss unterworfenen bauteilsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die
beispielsweise bei der Überwachung der Funktionsfähigkeit
von Bremsbelägen bzw. Bremsklötzen von Kraftfahrzeugen und
Eisenbahnen eingesetzt werden kann. Von besonderer
Bedeutung ist eine solche Vorrichtung für die
Verschleißüberwachung bei den Kufen einer
Magnetschwebebahn. Sie kann jedoch grundsätzlich überall
dort angewendet werden, wo eine für die Funktion noch
brauchbare Mindestwandstärke eines einem Verschleiß
unterliegenden Bauteils überwacht und das Erreichen
derselben automatisch angezeigt werden soll. In den
weiteren Ausführungen wird - stellvertretend für alle
möglichen Anwendungsfälle - auf die Überwachung der Kufen
einer Magnetschwebebahn eingegangen.
Insbesondere bei Magnetschwebebahnen ist für die Kufen
eine Mindestwandstärke erforderlich, damit sie im Notfall
zum Gleiten eines Zuges noch wirksam sind, der auf einem
Magnetfeld schwebt und daher keine Berührung mit dem
Fahrweg hat. Problematisch für eine automatische
Überwachung der Kufen ist, daß bei einem Gleitvorgang
durch die damit verbundene Reibung zwischen Fahrweg und
Kufen eine erhebliche Erwärmung der Kufen auftritt. Es
können dabei in den Kufen ohne weiteres Temperaturen von
über 700°C entstehen. Die Kufen selbst halten solche
Temperaturen ohne Beschädigungsgefahr aus. Ein wie auch
immer aufgebauter Sensor, mit dem der Verschleiß der Kufen
überwacht werden soll, muß diese Temperaturen aber auch
aushalten, und zwar mehrfach, nämlich bei jedem
Gleitvorgang, damit er noch funktionsfähig ist, wenn die
Mindestwandstärke der Kufen erreicht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Überwachung von einem Verschleiß unterliegenden
Bauteilen anzugeben, die auch bei sehr hohen Temperaturen
funktionsfähig bleibt.
Diese Aufgabe wird entsprechend der Erfindung dadurch
gelöst,
- - daß in einer Ausnehmung des Bauteils ein mindestens eine hitzebeständige elektrische Leitung aufweisender Sensor angebracht ist, dessen in die Ausnehmung hineinragende Länge einer vorgegebenen Mindestwandstärke des Bauteils entspricht,
- - daß die Leitung als koaxiale Leitung ausgebildet ist, die aus einem lnnenleiter, einer denselben umgebenden, hitzebeständigen lsolierung und einem über der Isolierung liegenden, als geschlossenes Rohr ausgeführten Außenleiter besteht,
- - daß die Leitung in Form einer im Sensor liegenden Schleife geführt ist, deren aus dem Sensor herausragende Enden mit elektrischen Kontakten für die Leiter verbunden sind und
- - daß die Leitung im Sensor etwa halbkreisförmig gebogen und so in demselben angeordnet ist, daß ihr Außenleiter etwa in Höhe der in der Ausnehmung des Bauteils befindlichen Endfläche des Sensors liegt.
Die für den Sensor verwendete koaxiale Leitung hat eine
hitzebeständige Isolierung, so daß der Sensor insgesamt
sehr hohe Temperaturen unbeschadet übersteht. Die
Isolierung ist außerdem von dem als geschlossenes Rohr
ausgeführten Außenleiter umgeben und damit gasdicht
eingekapselt. Es findet daher auch bei Temperaturen von
über 700°C keine Oxidation statt, so daß die lsolierung
im wesentlichen unverändert erhalten bleibt. Selbst dann
aber, wenn das Material der Isolierung bei so hohen
Temperaturen zu Pulverasche zersetzt wird, kommt es nicht
zum Kurzschluß, da der Außenleiter die Pulverasche fest
umschließt und dadurch eine Verlagerung des lnnenleiters
verhindert. Die Leitung und damit der Sensor behalten auch
in diesem Fall ihre Funktionsfähigkeit. Durch den
Außenleiter ist die Leitung außerdem gut gegen
Feuchtigkeit geschützt, so daß die Funktionsfähigkeit des
Sensors auch nicht durch Witterungseinflüsse
beeinträchtigt werden kann. Der so aufgebaute Sensor
erlaubt eine schnelle und wirksame Anzeige des Erreichens
der Mindestwandstärke. Beim Erreichen derselben wird
zunachst nur der Außenleiter abgetragen, was zu einer in
einem an die Leitung angeschlossenen Meßgerät
registrierbaren Kapazitätsänderung führt. Hierdurch kann
bereits eine Art Voralarm ausgelöst werden. Voll wirksam
wird der Sensor nach Durchtrennung der Isolierung und
damit verbundenem Kurzschluß zwischen den beiden Leitern
der Leitung und bei einer Leiterunterbrechung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den
Unteransprüchen hervor.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in
den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Bauteil mit einem
den Verschleiß überwachenden Sensor.
Fig. 2 einen Sensor im Schnitt in vergrößerter
Darstellung.
Fig. 3 einen gegenüber Fig. 2 abgewandelten Sensor.
Fig. 4 einen Schnitt durch Fig. 3 längs der Linie IV-IV.
Fig. 5 in schematischer Darstellung eine für den Sensor
verwendbare Leitung.
In Fig. 1 ist ein Bauteil 1 dargestellt, das als
Verschleißteil dient. Bei diesem Bauteil kann es sich
beispielsweise um einen Gleitbelag bzw. Bremsklotz für
beliebige Fahrzeuge handeln. Das Bauteil 1 wird im
folgenden als "Kufe 1" bezeichnet.
Die Kufe 1 ist in einem Fahrzeug so angeordnet, daß für
den Fall eines Gleit- bzw. Bremsvorgangs die Fläche 2 als
Reibfläche dient und dementsprechend je nach
Geschwindigkeit und Reibwert mehr oder weniger stark
abgetragen wird. Auf der der Fläche 2 gegenüberliegenden
Seite ist in der Kufe 1 eine Ausnehmung 3 angebracht, in
welche ein mit elektrischem Strom arbeitender Sensor 4
eingesetzt ist. Der Sensor 4 ist über eine Leitung 5 mit
einem Gerät 6 verbunden, in dem vom Sensor 4 kommende
Signale erfaßt und ausgewertet werden können. Er kann
gemäß Fig. 2 ein mechanisch stabiles und
temperaturbeständiges Gehäuse 7 aufweisen, an dem ein zur
Anlage an der Kufe 1 bestimmter Flansch 8 angebracht ist.
Die Länge L des Gehäuses 7 vom Flansch 8 bis zur Endfläche
9 entspricht der Mindestwandstärke der Kufe 1, welche
dieselbe haben muß, um noch funktionsfähig zu sein.
Im Sensor 4 ist mindestens eine als koaxiale Leitung
ausgeführte elektrische Leitung 5 angeordnet, deren
genauerer Aufbau weiter unten an Hand von Fig. 5 erläutert
wird. Die Leitung 5 ist im Gehäuse 7 des Sensors 4
schleifenförmig geformt und am Ende der Schleife etwa
halbkreisförmig gebogen. Sie ist dabei so angeordnet, daß
sie zumindest punkt- oder linienförmig bis in den Bereich
der Endfläche 9 des Sensors 4 ragt. Die Endfläche 9
verläuft im dargestellten Ausführungsbeispiel als ebene
Fläche etwa tangential zur Leitung 5. Zu ihrer
mechanischen Stabilisierung kann die Leitung 5 an dem in
die Ausnehmung 3 hineinragenden Ende des Sensors 4 um
einen zylindrischen Stützkörper 10 herumgeformt sein, an
dem sie anliegt. Auf der anderen Seite des Gehäuses 7 kann
ein zweiter zylindrischer Stützkörper 11 angeordnet sein.
Alle Hohlräume innerhalb des Gehäuses 7 des Sensors 4
können mit einer Vergußmasse 12 ausgefüllt sein, so daß
Feuchtigkeit nicht in das Gehäuse 7 eindringen kann. Aus
Temperaturgründen wird vorzugsweise eine Vergußmasse 12
auf keramischer Basis verwendet.
Die aus dem Gehäuse 7 herausragenden Enden der Leitung 5
sind von einem aus Kunststoff bestehenden Schutzmantel 13
umgeben. Sie sind nebeneinander verlaufend bis zu einem
Kupplungsteil 14 geführt, in dem elektrische Kontakte für
die Leiter der Leitung 5 angebracht sind. Die Leitung 5
ist feuchtigkeitsdicht mit dem Kupplungsteil 14 verbunden,
was beispielsweise durch Anspritzen realisiert sein kann.
Der Schutzmantel 13 ist bis in die Vergußmasse 12 und bis
in das Kupplungsteil 14 hineingeführt.
In bevorzugter Ausführungsform sind in dem Gehäuse 7
entsprechend Fig. 3 zwei Leitungen 5 nebeneinander
angeordnet, die in identischer Weise geformt und mit dem
Kupplungsteil 14 verbunden sind. Der Einsatz von zwei
Leitungen 5 erfolgt aus Redundanzgründen, damit der Sensor
4 auf jeden Fall wirksam bleibt, auch wenn aus
irgendwelchen Gründen eines der beiden dadurch gebildeten
Überwachungssysteme ausfallen sollte. Sie werden
entsprechend dem Schnittbild in Fig. 4 parallel zueinander
geführt. Ihre aus dem Sensor 4 herausragenden Enden können
in einem gemeinsamen Schutzmantel 13 eingebettet sein.
Die Leitung 5 hat in bevorzugter Ausführungsform einen
Innenleiter 15 aus vernickeltem Kupfer. Es kann sich um
einen massiven oder rohrförmigen Leiter, aber auch um
einen flexiblen Litzenleiter handeln. Um den Innenleiter
15 ist ein Glimmerband 16 überlappend herumgewickelt, und
zwar in mindestens einer Lage. Über dem Glimmerband 16 ist
ein Geflecht 17 aus Glasseidefäden aufgebracht, das das
Glimmerband 16 fest umschließt. Damit ist für den selbst
hitzebeständigen Innenleiter 15 eine auch über 700°C
hitzebeständige Isolierung angebracht. Der so isolierte
Innenleiter 15 ist in einen als geschlossenes Rohr
ausgeführten Außenleiter 18 eingeschlossen, der dicht auf
dem Glasseidegeflecht 17 aufliegt und mit seinen
Wellentälern vorzugsweise in dasselbe eindringt. Der
Außenleiter 18 besteht in bevorzugter Ausführungsform
ebenfalls aus Kupfer. Er kann aber auch aus anderen
Metallen mit ausreichend hohem Schmelzpunkt bestehen,
beispielsweise aus Stahl. Auch die Isolierung der Leitung
5 kann grundsätzlich aus anderem Material bestehen,
solange dasselbe ausreichend temperaturbeständig ist.
Der Außenleiter 18 kann als glattes Rohr ausgeführt sein.
Vorzugsweise wird er aber quer zu seiner Längsrichtung
gewellt. Er wird dadurch stabil gegen Querbelastungen, aber
auch flexibler. Ein gewellter Außenleiter stellt also
einen wirksameren Schutz der Leitung dar und ermöglicht
außerdem eine verbesserte Verarbeitbarkeit derselben.
Wegen seiner besseren Flexibilität kann ein gewellter
Außenleiter 18 auch mehrmals die Einwirkung hoher
Temperaturen unbeschadet überstehen. Er ist auch dann
immer noch eine feuchtigkeitsdichte Umhüllung der Seele
der Leitung 5.
Zur Herstellung der hitzebeständigen Leitung 5 nach Fig. 5
wird um den Innenleiter 15 mindestens eine Lage
Glimmerband 16 überlappend herumgewickelt. In einer
Flechtmaschine wird dann das Geflecht 17 aus
Glasseidefäden eng umschließend auf das Glimmerband 16
aufgebracht. Um den so isolierten Innenleiter 15 wird
anschließend ein Metallband längseinlaufend zu einem
Schlitzrohr geformt und mittels einer Schweißeinrichtung
entlang der sich berührenden Kanten mit einer Längsnaht
verschweißt. Der dadurch geschlossene Außenleiter 18 kann
abschließend gegebenenfalls einer Welleinrichtung
zugeführt werden, in welcher er quer zu seiner
Längsrichtung gewellt wird. Dabei kann die Wellung so
ausgeführt werden, daß die nach innen ragenden Wellentäler
des Außenleiters 18 in das Glasseidegeflecht 17
eindringen, ohne dasselbe allerdings zu beschädigen. Die
Wellung kann ring- oder schraubenlinienförmig verlaufen.
Die flexible Leitung 5 ist damit fertiggestellt.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:
Solange die Materialstärke der Kufe 1 größer als die
Mindestwandstärke L ist, spricht der Sensor 4 nicht an.
lnfolge seines speziellen Aufbaus ist er so
temperaturbeständig, daß er alle Bremsvorgänge mit
entsprechend hohen Temperaturen aushält. Wenn die Kufe 1
soweit abgetragen ist, daß nur noch die Mindestwandstärke
L übrig ist, dann wird bei einem weiteren Bremsvorgang der
Sensor 4 mit in denselben einbezogen. Es wird dabei
zunächst der Außenleiter 18 der Leitung 5 abgetragen,
wodurch eine Kapazitätsänderung der Leitung 5 eintritt.
Diese Kapazitätsänderung kann im Gerät 6 bereits
ausgewertet und schon zu diesem Zeitpunkt zu einem
Auswechseln der Kufe 1 benutzt werden. Ein Auswechseln der
Kufe ist auf jeden Fall dann erforderlich, wenn der Abtrag
derselben so weit fortgeschritten ist, daß auch die
Isolierung der Leitung 5 und deren lnnenleiter 15
durchtrennt werden. Sowohl der dabei auftretende
Kurzschluß als auch die vollständige Unterbrechung des
Innenleiters 15 führen zu einer auswertbaren Fehleranzeige
im Gerät 6.
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Überwachung eines einem Verschleiß
unterworfenen Bauteils, dadurch gekennzeichnet,
- - daß in einer Ausnehmung (3) des Bauteils (1) ein mindestens eine hitzebeständige elektrische Leitung (5) aufweisender Sensor (4) angebracht ist, dessen in die Ausnehmung (3) hineinragende Länge (L) einer vorgegebenen Mindestwandstärke des Bauteils (1) entspricht,
- - daß die Leitung (5) als koaxiale Leitung ausgebildet ist, die aus einem Innenleiter (15), einer denselben umgebenden, hitzebeständigen Isolierung und einem über der lsolierung liegenden, als geschlossenes Rohr ausgeführten Außenleiter (18) besteht,
- - daß die Leitung (5) in Form einer im Sensor (4) liegenden Schleife geführt ist, deren aus dem Sensor (4) herausragende Enden mit elektrischen Kontakten für die Leiter (15,18) verbunden sind und
- - daß die Leitung (5) im Sensor (4) etwa halbkreisförmig gebogen und so in demselben angeordnet ist, daß ihr Außenleiter (18) etwa in Höhe der in der Ausnehmung (3) des Bauteils (1) befindlichen Endfläche (9) des Sensors (4) liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Außenleiter (18) der Leitung (5) als
quergewelltes Rohr ausgeführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem Sensor (4) ein
zylindrischer Stützkörper (10) angebracht ist, um
den die Leitung (5) unter Anlage an demselben
herumgebogen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (4) ein
mechanisch stabiles und temperaturbeständiges
Gehäuse (7) aufweist, dessen Hohlräume durch eine
temperaturbeständige Vergußmasse (12), vorzugsweise
auf keramischer Basis, ausgefüllt sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Sensor (4)
herausragenden Enden der Leitung (5) nebeneinander
liegend feuchtigkeitsdicht in ein die elektrischen
Kontakte enthaltendes Kupplungsteil (14) eingebettet
sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (5) in einen
aus Kunststoff bestehenden Schutzmantel (13)
eingebettet ist, der bis in die Vergußmasse (12) und
bis in das Kupplungsteil (14) ragt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sensor (4) zwei
in Schleifenform gebogene Leitungen (5)
nebeneinander angebracht sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (15) der
Leitung (5) aus vernickeltem Kupfer besteht, daß die
Isolierung aus mindestens einer Schicht aus
Glimmerband (16) und einem darüber liegenden
Glasseidegeflecht (17) aufgebaut ist und daß der
Außenleiter (18) aus einem längseinlaufenden und
mittels einer Längsnaht verschweißten Band zu einem
Rohr geformt und anschließend vorzugsweise quer zu
seiner Längsachse gewellt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19883812178 DE3812178A1 (de) | 1987-12-19 | 1988-04-13 | Vorrichtung zur ueberwachung eines einem verschleiss unterworfenen bauteils |
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DE3812178C2 DE3812178C2 (de) | 1990-02-08 |
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ID=25862991
Family Applications (1)
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DE (1) | DE3812178A1 (de) |
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