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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Dickenmessung im Rotorgehäuse?


Autor: Martin (Gast)
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Hey an alle,

folgendes Problem liegt vor.. in einem Rotorgehäuse dreht ein Fan. Um 
die Schaufeln zu schützen hat man eine Zwei-Komponenten-Mischung (epoxy 
oder so) verwendet, um um das Gehäuse eine Schicht aufzutragen, die sich 
problemlos abreiben lässt, falls sich der Rotor, bedingt durch die 
Fliehkraft, ausdehnt.

Ziel ist es, von außen beim drehenden Rotor, die Dicke dieser Schicht zu 
messen. Ich dachte da an Ultraschall, doch gibt es vielleicht auch 
andere Möglichkeiten? Die Schicht darf keine Löcher haben oder irgendwie 
anders zerstört werden. Messkomponenten dürfen allerdings mit eingebaut 
werden, unter der Voraussetzung,  dass sie nicht an der Oberfläche 
liegen oder selbst kaputt gehen könnten bei einem Rub.

Ich danke euch schon im Voraus!

Grüße,
Martin

Autor: Lehrmann Michael (ubimbo)
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Martin schrieb:
> folgendes Problem liegt vor.. in einem Rotorgehäuse dreht ein Fan. Um
> die Schaufeln zu schützen hat man eine Zwei-Komponenten-Mischung (epoxy
> oder so) verwendet, um um das Gehäuse eine Schicht aufzutragen, die sich
> problemlos abreiben lässt, falls sich der Rotor, bedingt durch die
> Fliehkraft, ausdehnt.

Folgende Fragen:

1) Dicke dieser "Schutzschicht" µm, mm, cm? Genaueres über's Material 
wäre noch schön.
2) Maximale Geldmittel.
3) Welche Dimensionen? Reden wir von einem Computerlüfter oder von einem 
Windkraftwerk?

Ich würde versuchen mit einem Röntgenverfahren von innen nach außen zu 
gehen.

Wenn man außen drauf könnte wäre es möglich wie beim Auto die Lackdicke 
zu messen.

Autor: Martin (Gast)
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1) Dicke ca. 5-8 mm und Auflösung bis zu 0,1 mm
2) 4stellig
3) Triebwerk-Fan ca. 2m Durchmesser

Die Schicht liegt innerhalb des Gehäuses und man soll vom Gehäuse aus 
durchmessen - drinnen dreht sich ja der Fan (ziemlich laut)

Autor: Andreas B. (Gast)
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Sooo, brauchen die bei Rolls Royce jetzt etwa ganz schnell eine Lösung?

duckundwech

Autor: Martin (Gast)
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Es geht nicht um eine Lösung, sondern eher um eine theoretische 
Durchführbarkeit bzw. Machbarkeit.. die Daten, die ich angegeben habe 
sind nur zum Beispiel da

Autor: Basti (Gast)
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Hallo!
Ich würde da in Richtung Ultraschall gehen. Das wird bei der 
Materialprüfung verwendet und sollte dir die Wandstärken recht genau 
ausgeben können (Übergang Metall - Epoxy - Luft).
Aber ob das noch im vierstelligen Bereich liegt? Ich weiß es nicht!

Gruß
Basti

Autor: G.A.S.T. (Gast)
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Patentiert sind zwei kapazitive Messmethoden:

1) Auf der Gehäuseinnenseite befinden sich viele isolierte 
Metallflächen, etwa wie eine innen aufgeklebte flexible Platine. Darüber 
befindet sich die Schaum- ähm: Epoxy-"Notlandebahn". Gemessen wir die 
Kapazität(sänderung) gegen das Gehäuse durch die ggf. am Ende 
metallisierten Schaufeln.

2) Mechanisch ähnlich, aber es wechseln sich Erreger- und Sensor-Flächen 
ab, die somit eine Art Differential-Dreko mit der Schaufel als 
beweglichem Teil bilden. Das Summensignal eines Sensor-Plätchens 
variiert mit der Position der Schaufel über den Plätchen. Das ist wohl 
das störsicherere und präzisere Verfahren.

Autor: Jens Martin (jens-martin)
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Martin schrieb:
> folgendes Problem liegt vor.. in einem Rotorgehäuse dreht ein Fan. Um
> die Schaufeln zu schützen hat man eine Zwei-Komponenten-Mischung (epoxy
> oder so) verwendet, um um das Gehäuse eine Schicht aufzutragen, die sich
> problemlos abreiben lässt, falls sich der Rotor, bedingt durch die
> Fliehkraft, ausdehnt.

Vielleicht aus dem Strömungsgeräusch des Propellers entnehmen. Je 
weniger Material desto lauter oder andere Resonanzfrequenzen im 
Material.

Autor: Klaus Wachtler (mfgkw)
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Das bekommt man aber Werte, die ganz leicht abhängen
von Last, Druck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit...

Autor: Jens Martin (jens-martin)
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Klaus Wachtler schrieb:
> Das bekommt man aber Werte, die ganz leicht abhängen
> von Last, Druck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit...

Is ja nur eine Idee, aber weitergesponnen kann man die durch 2 Punkt 
Messung  (innen außen) ausdifferenzieren

Autor: Lehrmann Michael (ubimbo)
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Basti schrieb:
> Hallo!
> Ich würde da in Richtung Ultraschall gehen. Das wird bei der
> Materialprüfung verwendet und sollte dir die Wandstärken recht genau
> ausgeben können (Übergang Metall - Epoxy - Luft).
> Aber ob das noch im vierstelligen Bereich liegt? Ich weiß es nicht!
>
> Gruß
> Basti

Ultraschall in schnell bewegten Systemen mit Wind usw. gergibt seltenst 
akzeptable Werte.

Autor: Ulrich (Gast)
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Es geht hier nicht um Ultraschall in Luft, sondern um Ultraschall im 
Festkörper. In dem hier wohl interessanten Frequenzbereich von einigen 
MHz geht der Schall kaum noch durch Luft.  Ein weicher Kunststoff ist da 
aber auch schon grenzwertig.  Nur wenn die Schaufeln wirklich schon 
ankommen könnte es reichlich Störgeräusche geben.

Die oben bschriebenen Kapazitiven Verfahren sind auch nicht so 
unproblematisch: die DK des Kunststoffs kann sich durch Wasseraufnahme 
ändern.
Von der Einfachheit ist das Verfahren aber kaum zu schlagen.

Eine mögliche Alternative wäre eine optische Meßmethode:
dem Kunststoff wird recht wenig Fluoreszenz-farbstoff beigemischt und 
die Intensität der Fluoreszenz z.B. über 2 Lichleiter gemessen.

Autor: Martin (Gast)
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G.A.S.T. schrieb:
> Patentiert sind zwei kapazitive Messmethoden:
>
> 1) Auf der Gehäuseinnenseite befinden sich viele isolierte
> Metallflächen, etwa wie eine innen aufgeklebte flexible Platine. Darüber
> befindet sich die Schaum- ähm: Epoxy-"Notlandebahn". Gemessen wir die
> Kapazität(sänderung) gegen das Gehäuse durch die ggf. am Ende
> metallisierten Schaufeln.
> 2) Mechanisch ähnlich, aber es wechseln sich Erreger- und Sensor-Flächen
> ab, die somit eine Art Differential-Dreko mit der Schaufel als
> beweglichem Teil bilden. Das Summensignal eines Sensor-Plätchens
> variiert mit der Position der Schaufel über den Plätchen. Das ist wohl
> das störsicherere und präzisere Verfahren.

Wie genau kann ich mir das vorstellen? Du meinst doch, dass die 
Metallflächen quasi auf der epoxy Schicht, zur Seite des Rotors hin, 
aufgeklebt werden - dann besteht allerdings die Gefahr, dass die Flächen 
oder auch der Rotor beschädigt werden - interessant ist ja die Dicke 
dieser Schicht, nachdem die "Notlandebahn" abgerieben wurde!

Problem bei der Messung mit kapazitiven Sensoren auch ist die 
Abhängigkeit vom Diellektrikum. Insbesondere, wenn die epoxy Schicht zu 
einem Teil abgerieben und eventuell noch teilweise zusammengepresst 
wurde verändert sich es. Und da du die Schaufeldehnung als zweite 
unbekannte hast, wirst du die Dicke nicht genau bestimmen können. 
Deshalb bin ich ja auch auf der Suche nach einer nicht-kapazitiven 
Messmethode.

Vielen Dank für die zahlreichen Antworten bisher!

Autor: auch Gast (Gast)
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Messung der Dehnung der Schaufeln per Dehnmessstreifen und Übertragung 
per Nahfeldtelemetrie? Aus dem Maximalwert kann dann die Restdicke 
berechnet werden.

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Könnte man in die Epoxi Schicht einen/mehrere schmale Streifen 
leitfähigen Kunststoff einbringen und anhand des Widerstandswertes 
dieser Schicht auf die Restdicke schliessen?

Autor: Martin (Gast)
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Jede einzelne Schaufel mit einem DMS zu messen wäre zu aufwendig & teuer 
- mal abgesehen von den aerodynamischen Auswirkungen auf die Strömung 
(Die muss auch gleichzeitig gemessen werden).

Schmale Streifen waren auch eine überlegte Idee - Probleme gibt es 
allerdings, wenn bei einem Rub die Schicht abgetragen wurde, ob da der 
Streifen gleichmäßig getrennt wurde & sich nicht verbiegt.

Autor: auch Gast (Gast)
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Es gibt noch eine Art DMS-Gitter zur Messung des Rissfortschritts. Diese 
haben viele paralell geschaltete Widerstände, die nach und nach zerstört 
werden.

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Martin schrieb:
> Schmale Streifen waren auch eine überlegte Idee - Probleme gibt es
> allerdings, wenn bei einem Rub die Schicht abgetragen wurde, ob da der
> Streifen gleichmäßig getrennt wurde & sich nicht verbiegt.

Ich dachte eigentlich an Streifen die so dick wie die 
Kunstharzausbettung sind und gegen das Gehäuse isoliert.
Wenn jetzt die Dicke der Kunstharzschicht sich durch ein Schaben (Rub?) 
ändert wird auch ein entsprechender Teil der Dicke des Streifens 
abgeschabt. Er wird dünner und der Widerstand entsprechend höher.
Klar ist die Herstellung der Innenschicht dann aufwendiger, da zunächst 
diese Streifen aufgeklebt und nach aussen Verbunden werden müssen und 
arst dann der Rest mit dem Kunstharz ausgegossen.
Die Idee ist im Prinzip etwas ähnlich wie eine Verschleissanzeige bei 
Bremsbelägen im Auto, nur propertional.

Autor: Martin (Gast)
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Die Idee klingt schonmal nicht schlecht. Hast du irgendwelche 
Bezeichnung dieser Messmethode im Kopf, wonach ich recherchieren könnte. 
Ein Problem erhalte ich doch allerdings, wenn ich einen ungleichmäßigen 
Rub habe oder? Kannst ja die Dicke durch den Widerstand im Gesamten 
messen und nicht an einzelnen Stellen.

Vielen Dank für die gute Idee!

Autor: Ulrich (Gast)
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Über den Widerstand bekommt man eher die mittlere Dicke der Schicht. Für 
eine lokale (z.B. für je 10 mm) Messung könnte man wohl auch mehrere 
Kontakte anbringen.

Autor: Martin (Gast)
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push

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Ulrich schrieb:
> Über den Widerstand bekommt man eher die mittlere Dicke der Schicht. Für
> eine lokale (z.B. für je 10 mm) Messung könnte man wohl auch mehrere
> Kontakte anbringen.

Genau das hatte ich ja gesagt. Mehrere kürzere Streifen an den Stellen 
wo es kritisch wird. Oder wenn nur generell ein "Rub" erkannt werden 
soll und nicht die ungefähre Position reicht auch ein oder mehrere 
umlaufende Streifen.

@Martin: Keine Ahnung ob und wo es soetwas gibt. Das Ganze war aus dem 
Bauch heraus gedacht. Du hast ja geschrieben:

Martin schrieb:
> Es geht nicht um eine Lösung, sondern eher um eine theoretische
> Durchführbarkeit bzw. Machbarkeit

Leitfähiger Kunststoff gibt es allemal. Ich denke wenn man mit 
Sensorherstellern redet gibts da Möglichkeiten. Zumindest wenn hinter 
der Studie eine evt. Serienproduktion winken könnte.

Viel Erfolg

Autor: Tom B. (botas)
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Muss das den gemessen werden wenn die Turbine an ist?
Falls es auch nach dem Lauf reicht könnte man doch einfach eine Reihe 
Löcher bohren um mit der Schublehre nach zu messen.
Vielleicht könnte man für den "online messen"-Fall in die Löcher auch 
durchsichtige Stifte kleben deren Dicke sich optisch bestimmen lässt. 
Die könnte man dann auch ein Tick zu lang machen (damit sie nach innen 
überstehen) um zu messen wie viel Abstand der Rotor noch zur Wand hat.


Je nachdem wie gefährlich es ist etwas vor der Turbine stehen zu haben 
könnte man einen Punkt/Linie auf die Flügel malen. Wenn die Rotation die 
Flügel lang zieht bewegt sich auch der Punkt, den man dann vermessen 
kann um die Länge der Flügel zu bestimmen. Vielleicht einfach per Foto 
mit Maßstab.

Autor: Jens Martin (jens-martin)
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Wenn der Kunststoff verändert werden kann kannst du auch Metall 
einbringen (Pulver Späne etc) und die Verstimmung eines HF Feldes 
messen. Je weniger Metall desto weniger Dämpfung.

Oder optische Glas|Kunststofffasern einbetten. An der Schnittkante gibt 
es Reflektionen. Je nach abgefräster Länge hast du dann 
Interferenzänderungen.

Oder die Turbinenschaufelkante als Reflektor nehmen (sollte ja recht 
blank sein) dann wird auch gleich die Ausdehnung selbiger in realtime 
erfasst.

Wenn die Dinger schräg eingelassen werden kann man auch 
Lasertriangulation probieren. Ist dann µm genau (Als vorher nachher 
Relativmessung).


Alles quick and dirty Ideen ohne Ahnung ob das funzt

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