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Dokumentenidentifikation DE3716213C2 18.03.1993
Titel Testvorrichtung
Anmelder Aeroquip Corp., Glenolden, Pa., US
Erfinder Tsaprazis, Euripides, Havertown, Pa., US
Vertreter Flügel, O., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 14.05.1987
DE-Aktenzeichen 3716213
Offenlegungstag 26.11.1987
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.03.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.03.1993
IPC-Hauptklasse G01N 27/83
IPC-Nebenklasse G01N 15/00   F15B 21/04   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Testen der Zuverlässigkeit eines Systems zum wahlweisen Erfassen und Fangen eisenhaltiger Verschleißteilchen, die in und mit Flüssigkeit in einem Hydraulikkreis zirkulieren.

Vorrichtungen, die zur Überwachung anderer Apparate und Maschinen dienen, sind dann nicht zu gebrauchen, wenn sie ausfallen können, ohne daß sie ihren eigenen Ausfall in irgendeiner Form anzeigen oder einen einfachen Test zum Überprüfen ihrer Funktionsfähigkeit erlauben. Eine solche Überprüfung der Funktionstüchtigkeit kann entweder kontinuierlich oder gelegentlich durchgeführt werden. Eine Vorrichtung zum Testen der Zuverlässigkeit bzw. der Funktionssicherheit einer zweiten (Überwachungs-) Vorrichtung muß den spezifischen Besonderheiten einer solchen Überwachungsvorrichtung angepaßt sein.

Bei vielen Überwachungsvorrichtungen ist ein Sensor das Bauteil, daß am ehesten ausfällt. Eine Vorrichtung zum Testen der Zuverlässigkeit einer (Überwachungs-) Vorrichtung muß daher den Charakteristiken eines solchen Sensors Rechnung tragen.

Aus der US-PS 42 19 805 ist eine Einrichtung zum Erfassen und zum Fangen eisenhaltiger Verschleißteilchen bekannt, bei der die vorhandenen eisenhaltigen Teilchen nicht nur erfaßt werden, sondern für jedes der erfaßten Eisenteilchen ein Signal erzeugt wird. Über die Amplitude und das Abklingverhalten derartiger Signale soll ein Rückschluß auf die Masse der einzelnen Teilchen ermöglicht werden. Anhand dieser Signalparameter soll über eine geeignete logische Schaltung ein Aufschluß hinsichtlich der Bedeutung der einzelnen Teilchen gegeben und eine Messung der Gesamtmenge der erfaßten Teilchen ermöglicht werden.

Bei der Vorrichtung gemäß der US-PS 42 19 805 ist eine Überprüfung der Zuverlässigkeit vorgesehen, bei der ein Computer einen periodischen Testbefehl oder ein entsprechendes Testsignal bereitstellt, um das Funktionieren des Systems zu überprüfen. Der bei diesem Stand der Technik vorgesehene Funktionstest beschränkt sich aber auf eine Signalbearbeitungseinrichtung, was zu Folge hat, daß ein eventueller Ausfall des die Eisenteilchen erfassenden Sensors unbemerkt bleiben kann.

Aus der britischen Patentschrift GB-PS 21 53 534 A ist ein Geschwindigkeits- bzw. Wegmesser bekannt, bei dem Drehungen eines magnetischen Rotors über eine auf ein Magnetkern angeordnete Meßspule erfaßt werden. Der Meßspule benachbart ist eine weitere Spule angeordnet, die über einen Oszillator mit Wechselstrom versorgt werden kann, so daß ein magnetisches Wechselfeld ausgebildet wird, welches sich mit einem aufgrund der Drehung des Rotors entstehenden Magnetfeld überlagert. In der Meßspule wird ein Wechselstrom induziert, der Anteile enthält, die zum einen Teil der festgelegten Ausgangsfrequenz des Oszillators und zum anderen Teil der der Drehung des Rotors entsprechenden Frequenz entsprechen. Läßt sich in den ausgewerteten Meßsignalen die Frequenz des Oszillators nachweisen, so wird das als Anzeichen für ein normales Funktionieren des Magnetsensors bewertet. Ein Fehlen des der Oszillatorfrequenz entsprechenden Frequenzanteils im Ausgangssignal des Magnetsensors wird dabei als Anzeichen für eine Fehlfunktion des Magnetsensors bewertet.

Während bei dem Stand der Technik gemäß der US-PS 42 19 805 keine Funktionsprüfung hinsichtlich der Vorrichtung zum Erfassen eisenhaltiger Teilchen vorgesehen ist, ist die Funktionsprüfung bei dem Geschwindigkeits- oder Wegmesser gemäß der britischen Patentschrift GB-PS 20 37 994 sowohl im Hinblick auf den Aufbau als auch den Betrieb relativ aufwendig. Es bedarf dazu nämlich des Einsatzes eines Oszillators, um ein Signal mit festgelegter Frequenz abzugeben; der Betrieb der Einrichtung für die Zuverlässigkeitsprüfung ist deshalb aufwendig, weil jedes über einen Magnetsensor erfaßte Meßsignal mit einem Prüfsignal des Oszillators überlagert ist und demgemäß dieser Anteil im Verlauf der weiteren Bearbeitung des Meßsignals wieder herausgefiltert werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine Vorrichtung bzw. ein System zum wahlweisen Erfassen und Fangen eisenhaltiger Verschleißteilchen, die in und mit Flüssigkeit in einem Hydraulikkreis zirkulieren, in einfacher Weise eine Vorrichtung zum Testen der Zuverlässigkeit des Systems zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum wahlweisen Erfassen und Fangen eisenhaltiger Verschleißteilchen nach dem Merkmal a) des Patentanspruchs 1 durch die Merkmale (b bis d) gelöst.

Zu diesem Zweck reicht die Erfindung bis zu einem Überwachungskonzept und einer Überwachungseinrichtung für Fühler, die für sich Fühler darstellen, von denen die Überwachung des sicheren Betriebs von oftmals lebenswichtigen Maschinen und Motoren erwartet wird. Solange die Fühleranordnung intakt ist, bleibt die Funktion zuverlässig. Unter Ausschluß des Gehäuses besteht der Fühler nur aus zwei Komponententeilen, nämlich einem Magnetkern und einer Fühlerspule. Da der Magnetkern ein rauhes und passives Teil ist, muß nur die Fühlerspule einer speziellen Betrachtung unterzogen werden. Wenn es beschädigt wird oder ausfällt, wird das gesamte, den Fehler erfassende, frühe Ausfallnachweissystem nutzlos und die zu schützende Anordnung wird einer möglichen Zerstörung ausgesetzt.

Vorstehende Nachteile können vermieden werden, indem eine zweite Spule zu der vorhandenen Fühlerspule eingesetzt wird, die damit induktiv gekoppelt wird, im übrigen aber isoliert ist. Andere Vorteile dieser Verbesserungen bestehen nunmehr in der Fähigkeit die Integrität oder Integriertheit des Schaltkreises der zweiten Spule herzustellen, wobei unberechenbare und fehlerhafte Testsignale und Berichte ausgeschlossen werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines vorhandenen Fühlersystems und dessen Grundkomponenten;

Fig. 2 eine schematische gleiche Darstellung des Fühlers gemäß der Erfindung zusammen mit seiner Beschaltung und seinen Betriebsschaltkreisen.

Zur Erleichterung der Beschreibung in diesem Falle wird zunächst auf das bekannte System gemäß Fig. 1 Bezug genommen, und zwar zum Vergleich mit dem in Fig. 2 dargestellten verbesserten erfindungsgemäßen System, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen.

Der Fühlerschaltkreis 10 des Systems besteht aus dem Sensor 12, einem Vorverstärker 14 und einem Signalaufbereiter 16, die über Mehrleiterkabel 18A und 18B miteinander verbunden sind.

Der Fühler 12 besteht aus einem Permanentmagneten 20 in Nord-Süd-Orientierung (wie gezeigt), und weist ein im wesentlichen zylindrisches Weicheisenpolstück 22 auf, das sich axial von dem Magneten 20 erstreckt, und aus einer Fühlerspule 24, die um besagtes Weicheisenpolstück 22 angeordnet ist. Die gesamte Teileanordnung ist in einem zylindrischen Gehäuse 26 aus einem vorzugsweise nicht ferritischem Werkstoff hergestellt. Eine der beiden Stirnseiten 26A des Gehäuses 26 weist ein Loch 26B auf, um sicherzustellen, daß die Stirnseite 22A des Weicheisenkerns 22 sich in gleicher Ebene damit befindet. Das Gehäuse 26 hat verschiedene Ausgewinde (nicht gezeigt) oder Flansche (nicht gezeigt), die an der Außenseite für seine Installation an oder innerhalb von Kesseln, hydraulischen Leitungen oder vergleichbaren Elementen angebracht sind, wobei die Stirnseite 26A des Gehäuses 26 und die Stirnseite 22A des Weicheisenkerns 22 immer dem zu überwachenden Medium ausgesetzt ist, wie beispielsweise Schmieröl.

Die andere Stirnseite 26C weist nicht gezeigte Verbindungen für die Leitung 18A auf, die mit einem Vorverstärker 14 verbunden ist. Dann führt die Leitung 18b zu der Vorrichtung zur Signalaufbereitung 16, wohingegen das Kabel 18C zu einer Spannungsquelle (nicht gezeigt) führt.

Der Betrieb des Systems ist wie folgt: Der Permanentmagnet 20 erzeugt ein Magnetfeld in einer Nordsüdorientierten Schaltung, das durch den Weicheisenkern 22 fließt. Demgemäß wird durch die ferromagnetischen oder Eisenteile, die an der Stirnfläche 22A des Weicheisenkerns 22 vorbeifliegen und von diesem angezogen werden und dabei die magnetischen Feldlinien schneiden, ein Spannungsimpuls proportional zur Masse oder Gruppe von Massen erzeugt, wenn daran mehr als ein Partikel beteiligt ist. Dieser Impuls wird durch den Vorverstärker 14 durchgeschaltet und führt zu einem Signalformer, der die ankommenden verstärkten Impulse in zwei Kategorien unterteilt, und zwar in Impulse, verursacht durch sämtliche Partikel größer als beispielsweise 5 mg und solche, verursacht durch große Teile, die größer sind als 40 mg. Gemäß Kundenwünschen können eine Vielzahl von Anzeigevorrichtungen und Ereigniszähler vorgesehen werden.

Vorstehende Anordnung und die Beschreibung deren Betriebs betreffen sowohl einen Fühler und ein Fühlsystem, die vollständig intakt sind. Im Fall eines Defekts, wo auch immer dieser sein mag, werden keine Signale irgendwelcher Art erzeugt oder deren Erzeugung begünstigt und es gibt keine schnelle Art zur Lokalisierung des Fehlers, selbst wenn er gefunden wird.

Unter der Voraussetzung, daß der Sensor selbst der kritischste Systemteil ist und wenn weiter unterstellt wird, daß der Permanentmagnet und der ebenfalls feste Weicheisenkern kaum beschädigt werden oder betriebsunwirksam werden können, dann ist die Fühlerspule 24 das Teil, das ausfallen kann und zuerst ausfällt, verglichen mit allen anderen Komponententeilen.

Wenn man sich dies vor Augen hält, besteht der Gegenstand der Erfindung darin, eine zweite Spule und Spulenwindung in dem Fühlersystem vorzusehen, die als Diagnostikwindungen bezeichnet werden können.

Diese Konfiguration ist in Fig. 2 dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen von in Fig. 1 dargestellten Teilen falls notwendig, auch dort angebracht werden.

Die Diagnostikspule weist 30 Windungen auf und ist über der Fühlerspule 24 und deren Windungen angebracht. Dies kann durch einen getrennten Spulenkörper bewerkstelligt werden, der konzentrisch über oder benachbart zu dem Körper der Spule 24 montiert wird. Es ist auch möglich, daß die Windungen 30 zwischen den Windungen der Spule 24 angebracht werden oder aber es können andere Windungsverfahren vorgesehen werden, die ebenfalls eine magnetische Koppelung zwischen den beiden Spulenwindungen zulassen. Hierdurch wird ein Vierleiterkabel 32A und 24B anstelle des vorherigen Zweileiterkabels 18A und 18B für den jeweiligen Sensor 12, den Vorverstärker 14 und den Signalformer 16 bzw. die Verbindungen mit diesen Teilen benötigt.

Der Grundbetrieb des Fühlers bleibt identisch mit jenen gemäß Fig. 1. Typische Impulse 34, die in Richtung des Pfeiles 34A wandern in einem Paar der Vierleiterkabel 32A und 32B sind dargestellt. Diese Impulse sind durch vorbeifließende oder eingefallene Eisenpartikel erzeugt worden und werden durch den Vorverstärker 14 und jeweils dem Signalformer 16 verarbeitet.

Um die Integrität bzw. das Zusammenwirken des Sensorsystems sicherzustellen, werden die Hauptwindungen, beispielsweise die Spule 24 getestet, wozu ein herkömmlicher Signalgenerator 36 zu dem Signalformer 16 hinzugefügt wird.

Durch Schließen des Schalters 38 wird der Signalgenerator 36 eingeschaltet und ein Systemtest eingeleitet. Die von dem Signalgenerator 36 erzeugten Testpulse 40 werden in dem zweiten Leiterpaar des Vierleiterkabels 32a und 32b in Richtung des Pfeiles 40a zu der Diagnostikspule 30 geleitet. Die Pulse 40 induzieren in der Spule 24 - sicherer und richtiger Betrieb des Sensors vorausgesetzt - Pulse 34, die den Pulsen gleichen, die durch vorbeifließende oder eingefangene Eisenteilchen erzeugt werden. Die Pulse werden dann vorverstärkt und dem Signalformer 16 zugeleitet. Um Interferenzen zu vermeiden ist ein Leiter des zweiten Vierleiterkabels 32a und 32b an den Leiterenden in 32c und 32d geerdet.

Die Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung dient für die Integrität bzw. die Gesamtfunktionsfähigkeit eines Systems mit dem Fühlen und wahlweisen Einfangen von in und mit einer Hydraulikflüssigkeit zirkulierenden Eisenverschleißteilchen, wobei die durch das Fühlen bzw. Einfangen erzeugte Signale verarbeitet und angezeigt werden. Die Vorrichtung weist Einrichtungen zur Erzeugung von Signalen auf, die mit jenen aufgrund der Verschleißteilchen vergleichbar sind. Sie weist auch Einrichtungen zur induktiven Koppelung des generierten Signals mit der Einrichtung zum Fühlen und Nachweisen von Verschleißteilchen auf.

Diese induktiv erzeugten Signale gleichen den Signalen, die durch eisenhaltige Verschleißteilchen induziert werden. Sie werden durch die Einrichtungen zum Fühlen und Einfangen von Verschleißteilchen auf die gleiche Weise verarbeitet und angezeigt, so daß eine ordnungsgemäße Verarbeitung anzeigt, daß beide Einrichtungen in Betriebsbereitschaft sind. Insbesondere wird dabei die ordnungsgemäße Funktion der Spule des aus einem Permanentmagneten, einem Weicheisenkern und einer Spule bestehenden Fühlers bzw. Sensors des Systems zum wahlweisen Erfassen und Fangen eisenhaltiger Verschleißteilchen überprüft. Der Sensor weist einen Signalgenerator auf, der Diagnostiksignalimpulse generieren kann, die mit jenen vergleichbar sind, welche durch die Eisenteilchen erzeugt werden. Der Fühler weist ebenso eine Fühlerspule mit Windungen auf, die in Kombination mit der Fühlerspule so angeordnet sind, daß eine induktive Koppelung damit möglich ist und dabei erzeugte Diagnostiksignalimpulse übermittelt werden können, um mit derselben Systemanordnung für die verschleißbedingten Impulse verarbeitet und angezeigt zu werden, wenn das gesamte System sich in Betriebbedingung befindet, wodurch dies festgestellt wird.

Es wird nun augenscheinlich und anmerkenswert, daß im Fall eines Ausfalls oder Defektes irgendwo im Sensor und/oder Diagnostiksystem keine Antwort abgegeben wird, wenn der Schalter 38 zum Zwecke des Testes betätigt wird. Dieser Betriebszustand erfordert die sofortige Überprüfung des Fühlers und des Diagnostiksystems und deren Reparatur oder das Abschalten des überwachten Vorrichtungsbetriebs.

Der Fühler und das damit kombinierte Diagnostiksystem braucht nicht nur für periodische Überwachung und Überprüfung des Fühlerschaltkreises des Teiles eingesetzt zu werden, sondern kann praktisch auf alle anderen Systemteile einschließlich Leitungsverbindungen und kommerzielle Hardware angewendet werden. Es darf jedoch nicht vergessen werden, daß die Anzeige eines Ausfalls des Fühlers und des Diagnostiksystems nicht nur notwendigerweise den Ort des Fehlers anzeigt, noch die Art der erforderlichen Abhilfetätigkeit.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zum Testen der Zuverlässigkeit eines Systems zum wahlweisen Erfassen und Fangen eisenhaltiger Verschleißteilchen, die in und mit Flüssigkeit in einem Hydraulikkreis zirkulieren und zur Verarbeitung von Anzeigesignalen, die durch die erfaßten bzw. nachgewiesenen und gefangenen Teilchen erzeugt werden, mit
    1. a) einer Einrichtung zum Erfassen und zum Fangen der eisenhaltigen Teilchen, die eine im wesentlichen zylinderförmige Magneteinrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist, derart, daß die Teilchen von der Endfläche der Magneteinrichtung angezogen und gefangen werden, und eine erste induktive Spule, die sich über der Magneteinrichtung befindet und mit einer Fühlereinrichtung verbunden ist, die Änderung der elektrischen Spannung mißt, die in der ersten Spule durch Änderungen des Magnetfeldes aufgrund einer Ansammlung eisenhaltiger Verschleißteilchen induziert werden,
    2. b) einer Einrichtung zum Erzeugen diagnostischer Signale, mit der elektrische Änderungen erzeugt werden können, die den elektrischen Spannungsänderungen vergleichbar sind, die durch eisenhaltige Teilchen mittels der Magneteinrichtung in der ersten Spule erzeugt werden,
    3. c) einer über der Magneteinrichtung der ersten Spule benachbart angeordneten zweiten Spule, die für eine induktive Kopplung der erzeugten Diagnosesignale mit der ersten Spule mit dem Diagnosesignalgenerator verbindbar ist, wobei
    4. d) die von der ersten Spule erzeugten Diagnosesignale zur Induktion elektrischer Spannungsänderungen zur zweiten Spule elektrisch gekoppelt werden, wobei ausgehend von den über die erfaßten, von diagnostischen Signalen hervorgerufenen elektrischen Änderungen festgestellt werden kann, ob beide Einrichtungen fehlerfrei arbeiten.






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