DE69002032T2

DE69002032T2 - Partikelaufnehmer mit elektronischer Detektion.

Info

Publication number: DE69002032T2
Application number: DE90401294T
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Bares; Eric Blanchard
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Transmission Systems SAS
Priority date: 1989-05-18
Filing date: 1990-05-16
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: DE69002032D1; FR2647225B1; EP0398800A1; EP0398800B1; FR2647225A1; JPH0752165B2; US5027065A; ES2042235T3; JPH0321862A

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Schmierung von Maschinen. Sie bezieht sich insbesondere auf einen magnetischen Stopfen, der mit Hilfe eines Permanentmagneten Metallpartikel festhalten soll, die von dem Schmieröl mitgeschleppt werden und einen Verschleiß von beweglichen Teilen verursachen. Ein solcher magnetischer Stopfen, der mit einem filter kombiniert sein kann, ist beispielsweise durch das französische Patentdokument FR-B-2 159 977 der Anmelderin bekannt. Die bekannten Vorrichtungen benötigen jedoch regelmäßige Sichtkontrollen, um den Verschmutzungszustand der magnetischen Stopfen zu überprüfen.
Aus diesem Grund wurde bereits vorgeschlagen (FR-A-2 564 897), zwei Elektroden, von denen wenigstens eine isoliert ist, in der Weise anzuordnen, daß die von dem Schmieröl mitgeschleppten Metallpartikel sich zwischen den Elektroden ansammeln und dort einen Kurzschluß verursachen, der durch eine elektrische Verbindung über eine Drahtleitung fernüberwacht wird. Diese elektrische Verbindung wird jedoch beim Montieren oder Demontieren des Stopfens stark beansprucht. Es besteht außerdem die Gefahr, daß Kontaktfehler auftreten oder daß beim erneuten Zusammenbau die Wiederherstellung der elektrischen Verbindung vergessen wird. Deshalb ist diese Lösung nicht genügend zuverlässig. Das gleiche gilt für die in GB-A-2 190 503 vorgeschlagene Lösung, bei der ansteile einer Kurzschlußdeteklierung die Änderung der Reluktanz eines magnetischen Kreises gemessen wird, der durch die Metallpartikel gestört wird. Auch bei diesem Verfahren ist eine Verbindung über Leitungen erforderlich.
Gegenstand der Erfindung ist ein Detektor, der es ermöglicht, eine Information zu übertragen, so bald die Verschmutzung des Magneten des magnetischen Stopfens einen gewissen Schwellwert überschreitet, wobei die Übertragung dieser Information von dem entfernbaren magnetischen Stopfen ohne Benutzung einer Verbindung über Leitungen erfolgen soll.
Zu diesem Zweck weist der abnehmbare magnetische Stopfen gemäß der Erfindung einerseits einen Permanentmagneten auf zum Festhalten von Metallpartikeln, die von dem Öl mitgeschleppt werden und durch den Verschleiß von beweglichen Teilen entstehen, mit denen das Öl in Berührung gekommen ist, und andererseits zwei Elektroden, die zu beiden Seiten des Permanentmagneten angeordnet sind und von denen zumindest eine elektrisch isoliert ist, so daß sich die von dem Schmieröl mitgeschleppten Metallpartikel zwischen den Elektroden sammeln und zwischen diesen eine elektrische Verbindung herstellen können.
Das wesentliche kennzeichnende Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der abnehmbare magnetische Stopfen eine erste Spule trägt, deren wicklungsenden mit den genannten Elektroden verbunden sind und die mit einer von dem Gehäuse der Maschine getragenen zweiten Spule induktiv gekoppelt ist, deren durch die Ansammlung von Metallpartikeln zwischen den Elektroden bewirkte Induktivitätsänderungen von einem elektronischen Gerät detektiert werden, mit dem die zweite Spule verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Induktivitätsänderungen der zweiten Spule durch ein elektronisches Gerät überwacht, das eine Regeischleife besitzt, die einen spannungsgesteuerten Oszillator aufweist, dessen Frequenz so geregelt wird, daß sie der Resonanzfrequenz einer LC-Schaltung entspricht, die die zweite Spule enthält, wobei die Steuerspannung des gesteuerten Oszillators außerdem zur Steuerung der Signalisierung dient.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Permanentmagnet ein zylindrischer Stab, der von den beiden Elektroden überdeckt wird, die nur durch einen ringförmigen Zwischenraum geringer Breite voneinander getrennt sind, dessen Profil die Ansammlung der Metallpartikel begünstigt.
Eine gute Kupplung zwischen den beiden Spulen wird dadurch erreicht, daß sie auf Körpern aus einem Material mit großer magnetischer Permeabilität gewickelt sind, die in einander gegenüberliegenden Positionen an dem abnehmbaren Stopfen bzw. an dem Gehäuse der Maschine angeordnet sind.
Im folgenden sei die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das Prinzip eines magnetischen Stopfens für Schmierkreise,
Fig. 2 zeigt das Prinzip des Detektors gemäß der Erfindung,
Fig. 3 zeigt einen magnetischen Stopfen gemäß der Erfindung im Detail,
Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild eines elektronischen Geräts, das für die Realisierung der Erfindung verwendet werden kann.
In Fig. 1 ist ein magnetischer Stopfen 1 bekannter Art dargestellt, der an dem Gehäuse 2 einer Maschine mit beweglichen Teilen befestigt ist. Dieser magnetische Stopfen umfaßt einen Permanentmagneten 3, der in den Schmierkreis 4 der Maschine eintaucht. Somit werden die Metallpartikel, die durch den Verschleiß der beweglichen Teile entstehen und von dem Schmieröl mitgeschleppt werden, von dem Magnoten festgehalten. Die Sichtkontrolle des Magneten liefert also wichtige Informationen über den Verschleißzustand gewisser Teile der Maschine. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Information automatisch zu übertragen, die den Grad der Verschmutzung des magnetischen Stopfens durch die Metallpartikel wiedergibt. Zu diesem Zweck erfolgt die Übertragung der Information durch induktive Kopplung nach dem Schema von Fig. 2.
Der Stopfen, d.h. der abnehmbare Teil, weist eine erste Spule 5 auf, die mit einer zweiten Spule 6 induktiv eng gekoppelt ist, die von dem festen Teil, d.h. von dem Gehäuse 2 der Maschine getragen ist. Die Spule 5 des Stopfens ist durch einen variablen Widerstand 7 elektrisch überbrückt. Wenn der Widerstand 7 einen unendlich großen Wert hat, d.h. wenn der Kreis offen ist, ist die von der Spule 6 aus gesehene Induktivität die Eigeninduktivität dieser Spule. Wenn der Kreis hingegen über einen Widerstand 7 mit dem Wert Null geschlossen ist, ist die von der Spule 6 aus gesehene Induktivität gleich der Induktivität dieser Spule, vermindert um den Wert der Gegeninduktivität. Von der Spule 6 aus betrachtet führen also die Änderungen des Widerstands 7 zu Induktivitätsänderungen. Diese Induktvitätsänderungen werden mit Hilfe eines elektronischen Geräts 8 ausgewertet, mit dem die Spule 6 über ein Kabel 9 verbunden ist. Dieses Kabel kann ein Koaxialkabel oder eine bifilare Leitung sein. Das elektronische Gerät 8 wird weiter unten anhand von Fig. 4 näher erläutert. Es umfaßt im wesentlichen eine Regelschleife, die eine Induktivität/Spannungswandlung bewirkt. Es wird von einer geregelten Spannungsquelle 10 gespeist und kann einen Ausgang 11 zum Anschluß einer visuellen Anzeige oder zur direkten Verbindung mit einem Rechner aufweisen sowie einen Ausgang 12 für einen Störungsüberwachungsdetektor, der einen Defekt in der Vorrichtung, insbesondere Leitungsunterbrechungen, signalisieren kann.
Der magnetische Stopfen 1 und das Kopplungssystem sind in Fig. 3 ausführlicher dargestellt. An dem abnehmbaren Teil ist die erste Spule 5 schematisch dargestellt, während an dem Gehäuse 2 der Maschine die ihr gegenüberliegende zweite Spule 6 dargestellt ist. Der in den Schmierkreis 4 eintauchende Permanentmagnet 3 trägt zwei Elektroden 13 und 14, die in einer in der Zeichnung nicht dargestellten Weise mit den Enden der Spule 5 verbunden sind. Um einen Kurzschluß der Elektroden 13 und 14 zu vermeiden, ist der Permanentmagnet 3 zumindest teilweise mit einem Isolierwerkstoff bedeckt. Zwischen den Elektroden 13 und 14 befindet sich ein ringförmiger Zwischenraum 16, in dem sich die von dem Schmieröl mitgeschleppten Metallpartikel nach und nach ansammeln. Sobald eine gewisse Verschmutzung dieses Zwischenraums überschritten wird, wird der elektrische Widerstand zwischen den beiden Elektroden erheblich kleiner und kann, wie oben angegeben, detektiert werden, wobei die Metallpartikel den zur Vereinfachung der Erläuterung dargestellten veränderlichen elektrischen Widerstand 7 bilden.
Der ringförmige Zwischenraum 16, der die Elektroden 13 und 14 voneinander trennt, muß so ausgebildet sein, daß die Partikel sich an dieser Stelle ansammeln. Insbesondere können die Ränder der Elektroden in der dargestellten Weise abgeschrägt sein.
Die Spulen 5 und 6 werden von Spulenkörpern getragen, die magnetisch leitfähig sein müssen. Sie bestehen deshalb aus einem Material mit sehr großer magnetischer Permeabilität, z.B. aus Mumetall. Da die Spulenkörper außerdem zum Aufwickeln des Drahts dienen, muß für die in das Gehäuse integrierte Spule 6 ein zweiter Spulenkörper vorgesehen sein, der aus einem Material besteht, das die Induktion nicht stört, z.B. aus Polytetrafluorethylen.
Bei der in Fig. 4 als Blockschaltbild dargestellten elektronischen Vorrichtung ist die an dem Gehäuse angebrachte Spule 5, die die Induktivität L hat, mit einem Kondensator 17 verbunden, der die Kapazität C hat. Es ist das Ziel der vorgeschlagenen Regelung, die Frequenz eines Oszillators 18 so zu halten, daß der LC-Kreis trotz der Änderungen der Induktivität der L abgestimmt bleibt. Bei einer Induktivitätsänderung ändert sich die Ausgangsfrequenz fo des spannungsgesteuerten Oszillators 18 so, daß stets die Beziehung
ωo²= 1/LC mit ωo=2πfo
gilt.
Im stationären Betrieb ist die Regelung stabil. Die Spannungen an beiden Seiten des Widerstands 19 zwischen dem Ausgang des Oszillators 18 und dem LC-Kreis sind dann in Phase. Das Signal am Ausgang eines Mischers 20, der über einen π/2-Phasenschieber mit der Seite des Oszillators verbunden ist, hat die Form
cos(ωot)cos(ωot+π/2)=½cos(2ωot)
Da dieses Signal keine Gleichstromkomponente enthält, ändert es nach dem Durchgang durch einen Indikator 21 den Wert der Steuerspannung des Oszillators 18 nicht. Wenn sich die Induktivität ändert gilt die Beziehung ωo²=1/LC nicht mehr, und die Signale an den Klemmen des Oszillators 18 sind nicht mehr in Phase. Die Auswertung dieser Phasenverschiebung D wird für die Regelung herangezogen.
Das Ausgangssignal des Mischers 20 ist dann
cos(ωt+π/2)cos(ωot+D)=½[cos(2ωot+π/2+D)+sin(D)]
Nach der Integration in 21 wird nur noch die Phasenverschiebung berücksichtigt, die den Wert der Frequenz solange ändert, bis die Größe dieser Phasenverschiebung D minimal ist.
Deshalb ist die Steuerspannung des Oszillators 18 ein Maß für die Induktivität L. Sie kann zur Signalisierung der Induktivitätsänderungen und damit der Verschmutzung des Stopfens verwendet werden.
Ein Aufnehmer, der Spulen enthält, ist störanfällig. Es empfiehlt sich deshalb, eine Störungserfassung vorzusehen. Die häufigsten Störungen in einer Spule sind entweder Kurzschlüsse, wenn zwei Drähte sich berühren, oder Unterbrechungen, wenn der elektrische Kreis aufgetrennt ist.
Für die feste Spule 6 kann man zwei Arten von Störungen durch Änderung der Frequenz des Oszillators 18 detektieren.
Bei der abnehmbaren Spule 5 kann der Benutzer einen Kurzschluß feststellen, wenn die Anzeigevorrichtung nach der Reinigung des Stopfens immer noch die Kurzschlußposition anzeigt.
Zur Erfassung einer Unterbrechung der Spule 5 muß man parallel zu ihren Anschlüssen einen Widerstand anordnen.
Die vorangehend beschriebene Detektorvorrichtung ist an allen Maschinen anwendbar, bei denen eine rasche Signalisierung jedes abnormen Verschleißes wichtig ist. Sie ist insbesondere in Flugzeug-Turbotriebwerken einsetzbar. An letzteren kann die Verwendung mehrerer magnetischer Stopfen dieser Art in den verschiedenen Ölkreisen Störungen mit schweren Folgen verhüten. Sie kann aber auch die rasche Lokalisierung desjenigen Teils ermöglichen, das einen übermäßigen Verschleiß zeigt.

Claims

1. Partikeldetektor, der an einem abnehmbaren, in den Ölkreis (4) einer Maschine eintauchenden magnetischen Stopfen (1) angeordnet ist, bestehend aus einerseits einem Permanentmagneten (3) zum Festhalten von Metallpartikeln, die von dem Öl mitgeschleppt werden und durch den Verschleiß von beweglichen Teilen entstehen, mit denen das Öl in Berührung gekommen ist, und andererseits zwei Elektroden (13,14), die zu beiden Seiten des Permanentmagneten angeordnet sind und von denen zumindest eine elektrisch isoliert ist, so daß sich die von dem Schmieröl mitgeschleppten Metallpartikel zwischen den Elektroden sammeln und zwischen diesen eine elektrische Verbindung herstellen können, dadurch gekennzeichnet, daß der abnehmbare magnetische Stopfen eine erste Spule (5) trägt, deren Wicklungsenden mit den genannten Elektroden (13,14) verbunden sind und die mit einer von dem Gehäuse der Maschine getragenen zweiten Spule (6) induktiv gekoppelt ist, deren durch die Ansammlung von Metallpartikeln zwischen den Elektroden (13-14) bewirkte Induktivitätsänderungen von einem elektronischen Gerät detektiert werden, mit dem die zweite Spule verbunden ist.

2. Partikeldetektor nach Anspwch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (5) und die zweite Spule (6) auf Körpern aus einem Material mit großer magnetischer Permeabilität gewickelt sind, die in einander gegenüberliegenden Positionen an dem abnehmbaren Stopfen bzw. an dem Gehäuse der Maschine angeordnet sind.

3. Partikeldetektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Gerät eine Regelschleife besitzt, die einen spannungsgesteuerten Oszillator (18) aufweist, dessen Frequenz so geregelt wird, daß sie der Resonanzfrequenz einer LC- Schaltung (15-17) entspricht, die die zweite Spule (6) enthält, wobei die Steuerspannung des gesteuerten Oszillators außerdem zur Steuerung der Signalisierung dient.

4. Partikeldetektor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spule (5) ständig über einen Widerstand geschlossen ist, der mit den Elektroden parallel geschaltet ist.