DE4328686C2 - Meßeinrichtung zur berührungslosen Drehzahlmessung von Laufrädern von Strömungsmaschinen - Google Patents
Meßeinrichtung zur berührungslosen Drehzahlmessung von Laufrädern von StrömungsmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur berührungslosen Drehzahlmes
sung von Laufrädern von Strömungsmaschinen, insbesondere Laufräder von Ab
gasturboladern von Brennkraftmaschinen, wobei die Strömungsmaschine zumin
dest einen durch eine Rohrwand definierten axialen Strömungsweg aufweist,
welcher mit einem Anschlussrohr strömungsverbindbar ist, wobei die Rohrwand
in einem mit zumindest einer Laufschaufel des Laufrades in optischen Kontakt
stehenden Aufnehmerbereich zumindest einen Wanddurchbruch aufweist und im
Bereich des Wanddurchbruches ein optischer Sensorkopf an der Rohrwand befes
tigt ist, welcher zumindest einen Lichtemitter und/oder zumindest einen Detektor
aufweist, und wobei im Aufnehmerbereich außen an der Rohrwand ein Trägerrohr
für den Sensorkopf vorgesehen ist, dessen Längsachse zu einer optischen Achse
des Lichtemitters oder des Detektors parallel ist.
Zur Beurteilung des Ansprech- bzw. Druckverhaltens eines Abgasturboladers
muss die Laderdrehzahl mit ausreichender Genauigkeit erfasst werden.
In der MTZ Motortechnische Zeitschrift 53 (1992) wird auf Seite 10 eine Messein
richtung zur Erfassung der Drehzahl eines Turboladers beschrieben, auf dessen
Abgasturboladerwelle auf der Verdichterseite für die Dauer der Drehzahlmessung
eine magnetisierte Mutter auf die Verdichterseite montiert wird. Diese magneti
sierte Mutter erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, durch das eine Wechsel
spannung in der Spule eines am Ansaugstutzens des Verdichtergehäuses mon
tierten passiven Aufnehmers induziert wird, deren Frequenz proportional zur La
derdrehzahl ist. Diese Messeinrichtung hat allerdings den Nachteil, dass der Tur
bolader für die Messung zerlegt und mit der magnetisierten Mutter präpariert
werden muss. Durch das bei Drehung der Welle auf die Mutter wirkende magne
tische Wechselfeld kann es außerdem zu einem Lösen der Mutter mit beträchtli
chen Folgeschäden kommen.
Die DE 34 01 858 C1 beschreibt eine Vorrichtung zur optoelektronischen Erfas
sung der Drehzahl einer Welle eines Turboladers, wobei in einem Wanddurch
bruch eine Hülse mit einem Lichtleiterbündel vorgesehen ist, über welches Licht
auf eine reflektierende Fläche emittiert und das reflektierte Licht einem Detektor
zugeführt wird. Die Lichtleiter sind dabei auf eine Sechskantmutter eines Lader
rades gerichtet. Diese Messanordnung ist aber nur für bestimmte Konstruktionen
von Laderrädern geeignet und bedingt optisch zugängliche Befestigungsschrau
ben mit zumindest einer reflektierenden ebenen Mantelfläche. Eine nachträgliche
Feineinstellung der Messeinrichtung ist nicht möglich. Um brauchbare Messer
gebnisse zu erhalten, muss die Hülse mit den Lichtleitern weit in den Strö
mungsweg eingeführt werden, was sich nachteilig auf die Strömung auswirkt.
Aus der DD 212 326 C ist ein Durchflussmessgerät bekannt, das die Menge des
durchströmenden Mediums mittels eines Messrades quantifiziert, wobei im Auf
nahmekörper des Flügelrades eine als Sender dienende Lichtemitterdiode einer
seits und ein als Empfänger dienender Fototransistor andererseits so angeordnet
sind, dass die Flügelstirnseiten als impulserzeugender Reflektor wirken. Licht
emitterdiode und Fototransistor sind dabei in der Messradebene angeordnet, wo
bei die Lichtstrahlen in einer Normalebene auf die Drehachse des Messrades aus
gesendet und empfangen werden. Eine Verwendung der Flügelstirnseiten als im
pulserzeugende Reflektoren ist nur bei abgeflachten Flügelspitzen möglich, was
diese Methode für Drehzahlmessungen bei Laufrädern von Abgasturboladern
ausschließt.
Weiters ist es bekannt, die durch die Restunwucht bei Rotation des Laufrades
auftretenden Vibrationsschwingungen als Signal für die Drehzahlmessung durch
einen piezoelektrisch-seismischen Sensor heranzuziehen. Bei Verwendung von
schwingungsarmen Laufrädern oder bei Vorhandensein von größeren Fremd
schwingungen ist eine eindeutige Feststellung eines Drehzahlimpulses allerdings
nur mehr schwer möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine
Messeinrichtung zur berührungslosen Drehzahlmessung von Laufrädern von Strö
mungsmaschinen zu schaffen, die auf einfache und sichere Art und ohne
Demontage der Strömungsmaschine eine genaue Erfassung der Drehzahl ermög
licht.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zumindest eine optische Achse
des Sensorkopfes in zumindest einer Stellung des Laufrades auf einen reflektie
renden Laufschaufelbereich gerichtet ist, und dass zur Montage und Adaption des
Sensorkopfes zwischen Trägerrohr und Sensorkopf eine, vorzugsweise als verrie
gelbares Kugelgelenk ausgebildete Winkelverstelleinrichtung vorgesehen ist. Da
bei wird ein durch den Lichtemitter ausgesandter Lichtimpuls an einer Verdichter
radschaufel reflektiert, und durch den Detektor aufgefangen. Durch die Winkel
verstelleinrichtung kann die Messeinrichtung an die Geometrie der Strömungs
maschine angepasst werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der mindestens einen Wanddurchbruch auf
weisende Aufnehmerbereich an der Rohrwand eines an das Gehäuse der Strö
mungsmaschine axial anflanschbaren Anschlussrohres angeordnet ist. Dies er
möglicht den raschen Aufbau der Messeinrichtung, ohne größere mechanische
Veränderungen an der Strömungsmaschine durchführen zu müssen.
Eine optimale Geometrieanpassung kann besonders dadurch erreicht werden,
dass zur axialen Positionierung des Sensorkopfes zwischen Trägerrohr und Sen
sorkopf eine Längenverstelleinrichtung vorgesehen ist, welche vorzugsweise aus
einer den Sensorkopf umgebenden Spannmutter besteht, die auf eine mit dem
Trägerrohr starr oder drehbar verbundene Spannhülse aufgeschraubt ist.
In einer sehr kompakten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante ist vorgese
hen, dass Lichtemitter und Detektor auf einem einzigen Sensorkopf angeordnet
sind. Eine kostengünstige und genaue Messeinrichtung gemäß der Erfindung
kann dadurch erhalten werden, dass zumindest ein im Infrarotbereich arbeiten
der Lichtemitter und zumindest ein im Infrarotbereich arbeitender Detektor vor
gesehen ist. Eine möglichst einfache Messeinrichtung lässt sich realisieren, wenn
als Lichtemitter mindestens eine Leuchtdiode vorgesehen ist.
Um eindeutige Messsignale zu erhalten, ist es besonders bei höheren Drehzahlen
vorteilhaft, dass zur Erzeugung eines reflektierenden Laufschaufelbereiches zu
mindest eine Laufschaufel anpoliert ist.
Wird die Messeinrichtung zur Erfassung von Turboladerdrehzahlen verwendet, ist
es vorteilhaft, dass der Aufnehmerbereich am Eingangsrohr des Verdichters an
geordnet ist. Dadurch kann eine frühzeitige Verschmutzung des optischen Sen
sorkopfes weitgehend vermieden werden.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die erfindungsgemäße Messeinrichtung in einer schematischen
Schnittdarstellung,
Fig. 2 eine Detailansicht der Messeinrichtung aus Fig. 1,
Fig. 3 eine Ansicht des Sensorkopfes aus der Richtung eines an der
Laufschaufel reflektierten Lichtstrahles in vergrößerter Darstel
lung,
Fig. 4 ein Prinzipbild des Messaufbaues der erfindungsgemäßen Mess
einrichtung, Fig. 5 und 6 ein Beispiel eines durch die erfindungs
gemäße Messeinrichtung aufgenommenen Drehzahlsignals.
In Fig. 1 ist ein Abgasturbolader 1 mit einem Verdichterteil 2 und einem Turbi
nenteil 3 dargestellt, wobei das Laufrad 4 des Verdichters 2 über die Welle 5 mit
dem Laufrad 6 der Turbine 3 starr verbunden ist. Das Gehäuse des Abgasturbo
laders 1 trägt das Bezugszeichen 1'. Das Abgas gibt einen Teil seiner Abgas
energie an das Turbinenlaufrad 6 ab, welches über die Welle 5
das Verdichterlaufrad 4 antreibt, welches wiederum die durch
die Pfeile 9 symbolisierte Ansaugluft auf ein höheres Druck
niveau bringt. Die Drehachse der Welle 5 ist mit 5' be
zeichnet. Die Ansaugluft 9 tritt durch die Anschlußrohre 10
und 11 in den Verdichterteil 2 ein, passiert das Ver
dichterlaufrad 4 und verläßt den Verdichter 2 über die Ver
dichterspirale 2'. Der zum Verdichterlaufrad 4 führende axiale
Strömungsweg 12 wird durch die Rohrwände 10', 11', sowie den
Wänden 13' des rohrförmigen Anschlußstutzens 13 definiert. Wie
in Fig. 2 ersichtlich ist, weist die Rohrwand 11' in einem Be
reich des Anschlußrohres 11, welcher mit zumindest einer Lauf
schaufel 4' des Laufrades 4 in optischem Kontakt steht - im
folgenden als Aufnehmerbereich 14 bezeichnet - einen Wand
durchbruch 15 mit einem mit der Rohrwand 11' verbundenen Trä
gerrohr 27 auf, in welchem ein optischer Sensorkopf 16 ange
ordnet ist, welcher zwei Lichtemitter 17 und einen Detektor 18
aufweist. Die Achse 27' des Trägerrohres 27 ist etwa zu einer
der optischen Achsen 17" und 18" parallel. Die Lichtemitter 17
senden Infrarotstrahlen, in der Zeichnung durch die strich
lierten Linien 17' angedeutet, in die Richtung einer Lauf
schaufel 4'. An einer reflektierenden Fläche 4" der Lauf
schaufel 4' wird der Infrarotstrahl 17' reflektiert und an den
Sensorkopf 16 zurückgelenkt, wo der mit 18' bezeichnete re
flektierte Infrarotstrahl vom Detektor 18 aufgefangen wird,
welcher das Lichtsignal in ein elektrisches Signal umwandelt.
Der Sensorkopf 16 kann über eine aus einem Kugelgelenk 8' be
stehende Winkelverstelleinrichtung 8 innerhalb eines Winkelbe
reiches 30 gedreht werden. Durch Anziehen der Fest
stellmutter 8" ist die gewählte Winkellage des Sensorkopfes 16
fixierbar. Zur axialen Positionierung des Sensorkopfes 16 ist
weiters eine Längenverstelleinrichtung 7 vorgesehen, welche
aus einer Spannhülse 7" und einer auf diese aufschraubbaren
Spannmutter 7' besteht.
Fig. 3 zeigt einen Sensorkopf 16 aus der Sicht eines an der
Laufschaufel 4 reflektierten Lichtstrahles 18'. Deutlich sind
zwei Lichtemitter 17 zu erkennen, welche vorteilhafterweise im
Infrarotbereich arbeitende Leuchtdioden sein können. Der re
flektierte Strahl 18' trifft auf den Detektor 18 auf und er
zeugt dabei ein elektrisches Meßsignal.
Das vom Sensor 16 abgegebene elektrische Signal wird durch die
Sensorleitung 16' einer Signalaufbereitungseinrichtung 19, be
stehend aus einem Verstärkerteil 20 und einem Filterteil 21,
zugeführt und kann anschließend einer Anzeige- und Auswerte
einheit 22, bestehend aus einem Frequenz/Spannungswandler 23
und einem Anzeigegerät 24, und/oder über einen Ana
log/Digitalwandler 25 an eine Meßdatenerfassungseinrichtung 26
weitergeleitet werden. Dies ist in Fig. 4 schematisch darge
stellt.
Fig. 5 zeigt ein durch die erfindungsgemäße Meßeinrichtung
aufgenommenes Drehzahlmeßsignal 28 in einem Diagramm in wel
chem die Sensorspannung U1 über der Zeit t aufgetragen ist.
Die vom Sensor 16 gelieferte Spannung U1 ist dabei noch in ei
nem nicht aufbereiteten Zustand. Nach Verstärkung, Filterung
und Triggerung erhält man die in Fig. 5 dargestellten Dreh
zahlimpulse 29, welche als Spannungsimpulse U2 über der Zeit t
aufgetragen sind.
Claims (9)
1. Messeinrichtung zur berührungslosen Drehzahlmessung von Laufrädern von
Strömungsmaschinen, insbesondere Laufräder (4, 6) von Abgasturbola
dern (1) von Brennkraftmaschinen, wobei die Strömungsmaschine zumin
dest einen durch eine Rohrwand (11') definierten axialen Strömungsweg
aufweist, welcher mit einem Anschlussrohr (10) strömungsverbindbar ist,
wobei die Rohrwand (11') in einem mit zumindest einer Laufschaufel (4')
des Laufrades (4) in optischem Kontakt stehenden Aufnehmerbereich (14)
zumindest einen Wanddurchbruch (15) aufweist und im Bereich des Wand
durchbruches (15) ein optischer Sensorkopf (16) an der Rohrwand (11') be
festigt ist, welcher zumindest einen Lichtemitter (17) und/oder zumindest
einen Detektor (18) aufweist, und wobei im Aufnehmerbereich (14) außen
an der Rohrwand (11') ein Trägerrohr (27) für den Sensorkopf (16) vorge
sehen ist, dessen Längsachse (27') zu einer optischen Achse (17", 18") des
Lichtemitters (17) oder des Detektors (18) parallel ist, dadurch gekenn
zeichnet, dass zumindest eine optische Achse (17", 18") des Sensorkopfes
(16) in zumindest einer Stellung des Laufrades (4) auf einen reflektierenden
Laufschaufelbereich (4") gerichtet ist, und dass zur Montage und Adaption
des Sensorkopfes (16) zwischen Trägerrohr (27) und Sensorkopf (16) eine
Winkelverstelleinrichtung (8) vorgesehen ist.
2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der min
destens einen Wanddurchbruch (15) aufweisende Aufnehmerbereich (14) an
der Rohrwand (11') eines an das Gehäuse (1') der Strömungsmaschine (1)
axial anflanschbaren Anschlussrohres (11) angeordnet ist.
3. Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
zur axialen Positionierung des Sensorkopfes (16) zwischen Trägerrohr (27)
und Sensorkopf (16) eine Längenverstelleinrichtung (7) vorgesehen ist,
welche vorzugsweise aus einer den Sensorkopf (16) umgebenden Spann
mutter (7') besteht, die auf eine mit dem Trägerrohr (27) starr oder dreh
bar verbundene Spannhülse (7") aufgeschraubt ist.
4. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, dass Lichtemitter (17) und Detektor (18) auf einem einzigen
Sensorkopf (16) angeordnet sind.
5. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, dass zumindest ein im Infrarotbereich arbeitender Lichtemit
ter (17) und zumindest ein im Infrarotbereich arbeitender Detektor (18)
vorgesehen ist.
6. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, dass als Lichtemitter (17) mindestens eine Leuchtdiode vorgese
hen ist.
7. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, dass zur Erzeugung eines reflektierenden Laufschaufelbereiches
(4") zumindest eine Laufschaufel (4') anpoliert ist.
8. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zur berührungslosen
Drehzahlmessung von Laufrädern von Abgasturboladern, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Aufnehmerbereich (14) am Eingangsrohr (11) des
Verdichters (2) angeordnet ist.
9. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Winkelverstelleinrichtung (8) als verriegelbares Kugelge
lenk (8') ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
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DE19934328686 DE4328686C2 (de) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | Meßeinrichtung zur berührungslosen Drehzahlmessung von Laufrädern von Strömungsmaschinen |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19934328686 DE4328686C2 (de) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | Meßeinrichtung zur berührungslosen Drehzahlmessung von Laufrädern von Strömungsmaschinen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4328686A1 DE4328686A1 (de) | 1995-03-02 |
DE4328686C2 true DE4328686C2 (de) | 2003-03-27 |
Family
ID=6496061
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DE19934328686 Expired - Fee Related DE4328686C2 (de) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | Meßeinrichtung zur berührungslosen Drehzahlmessung von Laufrädern von Strömungsmaschinen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4328686C2 (de) |
Families Citing this family (4)
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DE19818124C2 (de) | 1998-04-23 | 2001-09-13 | Daimler Chrysler Ag | Vorrichtung zur Drehzahlerfassung von Turboladern |
DE102006043283A1 (de) | 2006-09-14 | 2008-03-27 | Mtu Aero Engines Gmbh | Messanordnung zur Erfassung eines 1/Umdrehungsimpulses eines Triebwerkrotors sowie Verfahren hierzu |
DE102010003347B4 (de) | 2009-05-20 | 2021-08-05 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer oder mehrerer Drehzahlen einer Aufladeeinrichtung, insbesondere für einen Verbrennungsmotor |
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DD212326A1 (de) * | 1982-12-10 | 1984-08-08 | Verkehrswesen Hochschule | Durchflussmessgeraet |
DE3401858C1 (de) * | 1984-01-20 | 1985-02-14 | Dr.Ing.H.C. F. Porsche Ag, 7000 Stuttgart | Vorrichtung zur optoelektronischen Erfassung der Drehzahl einer Welle |
-
1993
- 1993-08-26 DE DE19934328686 patent/DE4328686C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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MTZ Motortechnische Zeitschrift 53 (1992), S. 10 * |
Also Published As
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DE4328686A1 (de) | 1995-03-02 |
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