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Dokumentenidentifikation DE10331603A1 10.02.2005
Titel Vorrichtung mit aufeinander abrollenden Zylindern und ein Verfahren zur Messung eines Verschleißes von Schmitzringen
Anmelder Koenig & Bauer AG, 97080 Würzburg, DE
Erfinder Koblinger, Michael, 97509 Kolitzheim, DE
DE-Anmeldedatum 12.07.2003
DE-Aktenzeichen 10331603
Offenlegungstag 10.02.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.02.2005
IPC-Hauptklasse B41F 13/21
IPC-Nebenklasse G01N 3/56   G01N 3/40   G01L 1/18   
Zusammenfassung Die Erfindung behandelt eine Vorrichtung mit aufeinander abrollenden Zylindern, die Schmitzringe tragen, wobei wenigstens einer der Schmitzringe wenigstens einen Sensor aufweist, der ein Messsignal liefert, und eine Auswerteeinheit, die aus dem Messsignal eine Presskraft zwischen den Zylindern bestimmt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung eines Verschleißes von Schmitzringen mittels mindestens eines Sensors, wobei im unbelasteten Zustand der Schmitzringe ein Messsignal des Sensors ermittelt und dass aufgrund des Messsignals der Verschleiß des Schmitzringes bestimmt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit aufeinander abrollenden Zylindern und ein Verfahren zur Messung eines Verschleißes von Schmitzringen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, 13, 14 oder 16.

Aus der DE 199 25 460 C2 ist ein Maschinenelement mit Gleit- und/oder Wälzpaarungen mit ebener oder räumlich gekrümmter Formgebung der eine Kontaktzone der Gleit- und/oder Wälzpaarungen bildenden Bauteiloberflächen bekannt, bei dem zur Messung mechanischer und/oder thermischer Größen eine Dünnschichtsensorik in die Kontaktzone der die Gleit- und/oder Wälzpaarungen bildenden Bauteile eingebracht ist. Dabei wird zur Detektion einer bestimmten Größe, wie z. B. Temperatur, Druck, Kraft, Verformung oder Verschleiß, jeweils eine spezielle Art eines Sensors benötigt. Im Falle aufeinander abrollender Schmitzringe ist es in der Praxis jedoch wichtig, neben einem Pressdruck, mit dem die Schmitzringe gegeneinander gepresst werden, auch eine Information über den Grad des Verschleißes der Schmitzringe zu erhalten. Gemäß der vorgestellten Schrift wären dazu zwei verschiedene Sensoren notwendig, was sich ungünstig auf die Kosten der Maschine auswirkt. Außerdem ist die gleichzeitige Ableitung von Messsignalen zweier gleichzeitig arbeitender Sensoren von den Schmitzringen schwierig und problematisch.

Ein Verfahren zur Messung eines Pressdruckes zwischen zwei Schmitzringen ist in der DE 25 28 027 A1 vorgestellt. In dieser Schrift ist eine Berührungsstelle der Schmitzringe in einen elektrischen Messkreis einbezogen, mit dem ein elektrischer Widerstand der Berührungsstelle gemessen und angezeigt wird. Aus dem Widerstand wird auf den Pressdruck geschlossen. In der Schrift ist jedoch eine Messung des Verschleißes der Schmitzringe nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit aufeinander abrollenden Zylindern und ein Verfahren zur Messung eines Verschleißes von Schmitzringen zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1,13, 14 oder 16 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass mit der Vorrichtung und dem Verfahren zwei für den Betrieb von aufeinander abrollenden Zylindern mit Schmitzringen wichtige Größen über ein einziges Messsignal ein und desselben Sensors erfasst werden. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau der Vorrichtung erheblich, da nur Sensoren eines Typs betrieben werden müssen. Außerdem reduziert sich die Anzahl der benötigten Sensoren und dadurch verringern sich die Kosten für die Vorrichtung. Die Signalableitung vom Sensor zur Auswerteeinheit ist einfach, da nur ein Messsignal übertragen werden muss. Ein weiterer Aspekt der verringerten Anzahl benötigter Sensoren ist der, dass die gesamte Vorrichtung kompakter und platzsparender ausgeführt werden kann.

Bei einer Ausgestaltung der Vorrichtung erstreckt sich der Sensor über einen gesamten Umfang des Schmitzrings.

Bei einer alternativen Ausgestaltung der Vorrichtung sind mehrere gleiche Sensoren über einen Umfang des Schmitzrings verteilt.

Vorteilhafterweise ist der Sensor ein Dünnschichtsensor. Für die Herstellung solcher Sensoren können Materialien wie etwa Me:DLC (Metall mit diamantartigem Kohlenstoff-Diamond Like Carbon), Titannitrid oder Chromnitrid eingesetzt werden, die ausgezeichnete tribologische Eigenschaften haben, so dass die Sensoren gleichzeitig auch als Verschleißschutzschichten für die Schmitzringe dienen können. Daher kann allein schon der bloße Einsatz von Dünnschichtsensoren aus geeigneten Materialien auf Schmitzringen die Lebensdauer der Vorrichtung im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen erhöhen.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Dünnschichtsensor um einen piezoresistiven Dünnschichtsensor. Ein piezoresistiver Dünnschichtsensor erlaubt eine einfache und bequeme Durchführung der Messung sowohl während des Betriebs der Vorrichtung als auch bei stillstehender Vorrichtung.

Für bestimmte Ausführungen des Messstromkreises kann der Sensor gegenüber dem den mit dem Sensor versehenen Schmitzring tragenden Zylinder elektrisch isoliert ausgeführt sein.

Dabei kann die elektrische Isolation durch eine isolierende Schicht, vorzugsweise eine Al2O3-Schicht, unter dem Sensor erreicht werden.

Eine isolierende Schicht, vorzugsweise eine Al2O3-Schicht, kann aber auch zweckentsprechend auf dem Sensor aufgebracht sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung kann der Sensor Teil eines Messstromkreises sein, der sich über einen Berührpunkt zwischen zwei Schmitzringen erstreckt, von denen wenigstens einer gegen den ihn tragenden Zylinder elektrisch isoliert ist.

Bei einer anderen Ausführung ist der Sensor Teil eines Messstromkreises, der über wenigstens einen der Zylinder verläuft.

In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist der Sensor Teil eines Messstromkreises, während die Zylinder aus dem Messstromkreis ausgeschlossen sind.

Bei der Vorrichtung handelt es sich ganz besonders bevorzugt um eine Rotationsdruckmaschine.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschreiben.

Es zeigen:

1 eine räumliche Darstellung eines Zylinders mit Schmitzringen, die mit Dünnschichtsensoren versehen sind;

2 eine Ausführung eines Messstromkreises mit zwei gegenüber ihren jeweiligen Zylindern elektrisch isolierten Schmitzringen;

3 ein elektrisches Schaltbild für die Schmitzringe und Dünnschichtsensoren;

4 eine vergrößerte Darstellung von Teilen von Schmitzringen mit mehreren über ihren Umfang verteilten Sensoren;

5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Messstromkreises mit zwei Schmitzringen, von denen einer gegenüber seinem Zylinder elektrisch isoliert ist;

6 eine Ausführung eines Messstromkreises mit zwei aufeinanderlaufenden Schmitzringen, von denen nur einer mit einem Dünnschichtsensor versehen ist;

7 einen Querschnitt durch einen Dünnschichtsensor mit Metallelektroden und isolierenden Schichten.

1 ist eine räumliche Darstellung eines Zylinders 01 einer Druckmaschine, insbesondere einer Rotationsdruckmaschine. An seinen Längsenden verfügt der Zylinder 01 über einen Zylinderzapfen 03, auf dem je ein Schmitzring 06 aufgezogen ist. Die Schmitzringe 06 sind aus einem leitenden Material, genauer, aus einem Metall wie beispielsweise Stahl, gefertigt. Auf einer umfänglichen Fläche der Schmitzringe 06 ist ein aus der DE 199 25 460 C2 bekannter Sensor 08, z. B. Dünnschichtsensor 08 aufgebracht.

Im Betrieb der Rotationsdruckmaschine rollt der Zylinder 01 auf einem gleichartigen Zylinder 02 ab, wie in 2 anhand von Endabschnitten der aufeinander abrollenden Zylinder 01; 02, einmal im Querschnitt und darunter in Draufsicht, gezeigt ist. Zylinder 02 verfügt wie Zylinder 01 an seinen Enden über Zapfen 04, auf die Schmitzringe 07 aufgezogen sind. Dabei ist ein in der 2 dargestellter Schmitzring 07 des Zylinders 02 auf einer umfänglichen Fläche mit einem Sensor 09, z. B. Dünnschichtsensor 09 beschichtet. Die Schmitzringe 06; 07 werden mit ihren umfänglichen Flächen aufeinander gedrückt und rollen auf diesen gegeneinander ab, so dass sich die Dünnschichtsensoren 08; 09 berühren. Die Dünnschichtsensoren 08; 09 stellen somit die Laufflächen der Schmitzringe 06; 07 dar.

Die Zapfen 03; 04 sind in nicht dargestellten Lagern einer Seitengestellplatte der Maschine gehalten. Die Lager sind gegeneinander verstellbar, um einen Anpressdruck zwischen den Zylindern 01; 02 zu regeln. Dabei sorgen die Schmitzringe 06; 07 für eine Reduktion von Zylinderschwingungen, die im Betrieb der Rotationsdruckmaschine durch die Rotation der Zylinder 01; 02 auftreten.

Es ist hierbei wichtig, auftretende Anpresskräfte möglichst genau bestimmen zu können, um einerseits die Lebensdauer der Schmitzringe 06; 07 durch Überlastung nicht herabzusetzen sowie die Lager der Zylinder 01; 02 nicht über Gebühr zu beanspruchen und andererseits eine ausreichende Schwingungsreduktion gewährleisten zu können. Zur Bestimmung der Anpresskräfte werden die beiden Dünnschichtsensoren 08; 09 verwendet. Die Dünnschichtsensoren 08; 09 sind dazu gegenüber den Zylindern 01; 02 elektrisch isoliert, was z. B. durch eine Isolierung zwischen den Schmitzringen 06; 07 und den sie tragenden Zylindern 01; 02 bzw. deren Zylinderzapfen 03; 04 erreicht werden kann.

Bei den beiden Dünnschichtsensoren 08; 09 handelt es sich um piezoresistive Dünnschichtsensoren 08; 09, d. h. ihr elektrischer Widerstand ändert sich in Abhängigkeit eines mechanischen Druckes. Die piezoresistive Eigenschaft der Dünnschichtsensoren 08; 09 wird zur Messung der Presskraft, mit der die beiden Zylinder 01; 02 gegeneinandergedrückt werden, ausgenutzt. Zu diesem Zweck sind die beiden Schmitzringe 06; 07 in einen Messstromkreis einbezogen.

Der Messstromkreis wird aus einer Spannungsquelle 14, einer Auswerteeinheit 16 mit einem separaten Ausgang 17, sowie den Dünnschichtsensoren 08; 09 bzw. den Schmitzringen 06; 07 gebildet. Bei der Auswerteeinheit 16 handelt es sich im wesentlichen um einen Strommesser 16. Elektrische Kontakte 11; 12, z. B. Schleifkontakte 11; 12 oder berührungslose Übertragungselemente, z. B. Telemetrie, verbinden die Auswerteeinheit 16 und die Spannungsquelle 18 mit den Dünnschichtsensoren 08; 09.

An die Kontakte 11; 12 wird von der Spannungsquelle 14 eine Spannung angelegt, die einen Stromfluss bewirkt. Bei dem Aufbau der 2 fließt dieser Messstrom von dem Schleifkontakt 11 zunächst durch den Dünnschichtsensor 08 in den im Vergleich zum Dünnschichtsensor 08 gut leitenden stählernen Schmitzring 06, dann an der Berührungsstelle zwischen den Schmitzringen 06; 07 durch beide Dünnschichtsensoren 08; 09 und schließlich vom Schmitzring 07 erneut durch den Dünnschichtsensor 09 zum Schleifkontakt 12. Da die Schmitzringe 06; 07 gegenüber den Zylindern 01; 02 elektrisch isoliert sind, kann der elektrische Strom nur über eine Berührungsstelle, an der die beiden Schmitzringe 06; 07 gegeneinandergepresst werden, von einem Dünnschichtsensor 08; 09 zum anderen gelangen. Da die Dünnschichtsensoren 08; 09 piezoresistiv sind, ändert sich an der Kontaktstelle der elektrische Widerstand beider Dünnschichtsensoren 08; 09 in Abhängigkeit von der Presskraft, mit der die Zylinder 01; 02 gegeneinandergedrückt werden. Diese Widerstandsänderung wiederum beeinflusst die Stromstärke des fließenden Stromes. Somit lässt sich einer bestimmten Stromstärke eine definierte Presskraft zuordnen. Dies geschieht in der Auswerteeinheit 16, welche den zwischen den Dünnschichtsensoren 08; 09 fließenden elektrischen Strom als Messsignal erhält und entsprechend seiner Stromstärke eine Presskraft ermittelt.

Dabei bewegen sich sowohl die Stromstärke als auch die dieser Stromstärke entsprechende Presskraft jeweils in einem bestimmten Wertebereich. Dieser Wertebereich wird nach unten hin durch eine verschwindende Presskraft beschränkt. Der minimalen Presskraft entspricht eine minimale, bzw. verschwindende Stromstärke. Falls es zu Verschleißerscheinungen der Schmitzringe 06; 07 kommt, werden die Dünnschichtsensoren 08; 09 zerstört, so dass die Schmitzringe 06; 07 in direkten leitenden Kontakt zueinander kommen. Dies führt zu einer sehr großen Stromstärke, die einer Kurzschluss-Stromstärke entspricht. Für einen solchen Fall verfügt die Auswerteeinheit 16 über den separaten Ausgang 17, über den sie ein vordefiniertes Signal ausgibt und somit auf die Verschleißerscheinung aufmerksam macht. Auf diese Weise wird mit derselben Sensoranordnung neben der Presskraft zwischen den Zylinder 01; 02 auch der Verschleißzustand der Schmitzringe 06; 07 detektiert.

Ein erstes Anzeichen für den Verschleiß der Sensorschicht ist, wenn die Korrektur eines „weggelaufene" Messwertes der Schmitzringpressung auf ihren Sollwert zu einer erhöhten Neigung zu Schwingungsstreifen führt.

Voraussetzung für diesen Effekt ist, dass der Schichtverschleiß den Durchgangswiderstand mehr senkt, als die (durch den Verschleiß) verringerte Pressung und Kontaktfläche diesen erhöht (Schichtwiderstand steigt mit fallender Flächenpressung). Dann würde durch die Korrektur des Messwertes der Schmitzringpressung auf ihren Sollwert die tatsächliche Pressung zu niedrig, was in einer erhöhten Neigung zu Schwingungsstreifen führt.

Hier währe dann eine Kontrolle der Sensorschichtdicke und gegebenenfalls Nachkalibrierung ratsam.

Die Dicke der Sensorschicht kann relativ problemlos durch deren bekannten Materialeigenschaften und des gemessenen Durchgangswiderstandes bei bekannter Flächenpressung errechnet werden. Die in der Druckmaschine am leichtesten sicherzustellende Flächenpressung ist die Pressungsfreiheit in Druck-Ab-Stellung.

Je nach Ausführung der Sensoren kann der vorhandene Durchgangswiderstand in Druck-Ab-Stellung ebenso erfasst werden wie in Druck-An-Stellung zur Pressungsermittlung.

Ist die Messung des Durchgangswiderstandes in Druck-Ab-Stellung aufgrund des Sensoraufbaus nicht möglich, kann auch der Widerstandsverlauf gemessen werden, wenn die Zylinder in Druck-Ab oder Druck-An gehen. Hier wird die Stelle der Belastungsfreiheit dadurch bestimmt, dass ein Sprunghafter Wechsel von endlichen zu unendlichen (oder umgekehrt) Widerstandswerten stattfindet, wenn der Kontakt der Schmitzringe abreißt oder zustande kommt.

Über die so ermittelten Dicken der Sensorschichten kann dann auf Verschleiß geschlossen und diese gegebenenfalls automatisch nachkalibriert werden.

Der eindeutigste Beweis eines Verschleißes der Sensorschicht ist die völlige Zerstörung des Sensors durch Zerstörung der Kontaktierung oder Kurzschluss bei Durchbruch der Sensorschicht.

Abweichend von der Darstellung der 2 könnten die Schleifkontakte 11; 12 auch so angeordnet sein, dass sie jeweils eine Stirnfläche der Schmitzringe 06 bzw. 07 oder einen nicht vom Dünnschichtsensor 08 bzw. 09 bedeckten Bereich von deren umfänglicher Fläche berühren. Dies verringert den Widerstand des Messkreises, da jede Sensorschicht nur noch einmal, in Höhe der Berührungsstelle durchflossen wird, und verbessert die Erfassungsgenauigkeit, da der Messstrom prozentual stärker mit dem Anpressdruck zwischen den Zylindern 01; 02 variiert.

In 3 ist die dieser abweichenden Ausgestaltung entsprechende Situation modellhaft als elektrisches Schaltbild dargestellt. Dabei sind die Dünnschichtsensoren 08; 09 als eine Reihe jeweils parallel geschalteter elektrischer Widerstände dargestellt. Da die Dünnschichtsensoren 08; 09 auf den leitenden Schmitzringen 06; 07 aufgebracht sind, an denen wiederum die Schleifkontakte 11; 12 anliegen, besteht schaltungstechnisch eine direkte leitende Verbindung zwischen den den Dünnschichtsensor 08 darstellenden Widerständen 08 und dem Schleifkontakt 11 und den den Dünnschichtsensor 09 darstellenden Widerständen 09 und dem Schleifkontakt 12, wobei die Schmitzringe 06; 07 in diesem Bild als die diese Verbindung herstellenden Leitungen 06; 07 aufzufassen sind. Die Berührungsstelle 19 zwischen den Schmitzringen 06; 07 ist durch eine Leitung 19 repräsentiert, die jeweils einen der Widerstände 08 mit einem der parallel geschalteten Widerstände 09 verbindet. Im Umfeld dieser Berührungsstelle 19 stellt sich in den Dünnschichtsensoren 08; 09 infolge des Anpressdruckes zwischen den Zylindern 01; 02 der piezoresistive Effekt ein. Für das Schaltbild bedeutet dies, dass sich die Widerstände 18 im Bereich der Leitung 19 in Abhängigkeit des Anpressdruckes reduzieren und der Strom verstärkt durch die Widerstände 18 fließt.

Um den Stromfluss an der Berührungsstelle bzw. die Leitung 19 zu verbessern, können die Dünnschichtsensoren 08; 09 zusätzlich mit einer leitenden Schicht, beispielsweise einer Metallschicht, überzogen sein, in 3 als punktierte Linie dargestellt.

Obwohl sich in 1 die Dünnschichtsensoren 08; 09 geschlossen über den gesamten Umfang der Schmitzringe 06; 07 erstrecken, können in einer alternativen Ausgestaltung, wie in 4 gezeigt, auch eine Mehrzahl von Dünnschichtsensoren 08; 09 auf einer äußeren Fläche der Schmitzringe 06; 07 vorgesehen sein. Dabei sind die Dünnschichtsensoren 08; 09 von Isolierstreifen 13 getrennt, die zudem die Aufgabe haben, einen zwischen den Dünnschichtsensoren 08; 09 befindlichen Zwischenraum aufzufüllen, um den Schmitzringen 06; 07 einen gleichmäßigen Umfang zu verleihen, so dass es bei einer Rotation der Zylinder 01; 02 nicht zu zusätzlichen Zylinderschwingungen kommt. Die Zylinder 01; 02 sind dabei so ausgerichtet, dass bei der Rotation der Zylinder 01; 02 jeweils ein Dünnschichtsensor 08 in Berührung mit einem Dünnschichtsensor 09 kommt. Zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit zwischen den Dünnschichtsensoren 08; 09 können diese mit einer äußeren leitfähigen Schicht, wie z. B. einer Metallschicht, versehen sein.

Eine alternative Ausführung des Messstromkreises zur Messung der Presskraft zwischen den Zylindern 01; 02 ist in 5 dargestellt. Auch hier sind die beiden Schmitzringe 06; 07 umfänglich mit piezoresistiven Dünnschichtsensoren 08; 09 beschichtet. Der Schmitzring 07 ist gegenüber dem Zylinder 02 elektrisch isoliert, jedoch ist der Schmitzring 06 nunmehr gegenüber dem Zylinder 01 elektrisch leitend, so dass ein elektrischer Strom vom Schmitzring 06 auf den Zylinder 01 oder umgekehrt fließen kann. In diesem Fall erfolgt die Kontaktierung für den Messstromkreis so, dass der Schleifkontakt 11 mit dem Schmitzring 07 verbunden ist, während der Schleifkontakt 12 zweckmäßigerweise am Zylinderzapfen 04 anliegt. Dabei ist der Schleifkontakt 11 ein Schleifkontakt, der am Schmitzring 07 entlang streicht. Wird nun von der äußeren Spannungsquelle 14 zwischen den Schleifkontakten 11; 12 eine elektrische Spannung angelegt, so fließt ein elektrischer Strom innerhalb der Rotationsdruckmaschine vom Schmitzring 07 auf den Dünnschichtsensor 09, an der Berührungsstelle 19 zum Dünnschichtsensor 08, auf den Schmitzring 06 und auf den Zylinder 02. Vom Zylinder 02 fließt der elektrische Strom über ein in der 5 nicht gezeigtes Gestell, in dem die Zylinder 01; 02 gelagert sind, zum Zylinder 02, bzw. zum Zylinderzapfen 04, und wird dort vom Schleifkontakt 12 abgegriffen. Außerhalb der Rotationsdrückmaschine wird der Messstromkreis neben der Spannungsquelle 14 durch die Auswerteeinheit 16 mit separatem Ausgang 17 vervollständigt.

Auch bei dieser Ausführung ändert sich der elektrische Widerstand der Dünnschichtsensoren 08; 09 in Abhängigkeit von der Presskraft, mit der die Zylinder 01; 02 gegeneinandergepresst werden, an der Berührungsstelle 19 zwischen den Dünnschichtsensoren 08; 09, so dass wiederum die Stromstärke des fließenden elektrischen Stromes eine Funktion dieser Presskraft ist. Wie bereits oben mit Bezug auf 1 beschrieben, wird der abgegriffene elektrische Strom der Auswerteeinheit 16 als Messsignal zugeleitet, die diesem Messsignal eine Presskraft zuordnet. Steigt die Stromstärke bzw. die ihr zugeordnete Presskraft sprunghaft auf einen sehr hohen Wert, so wird dies von der Auswerteeinheit 16 als Verschleißerscheinung der Schmitzringe 06; 07 interpretiert, und sie gibt über den separaten Ausgang 17 ein entsprechendes Signal aus.

Alternativ zur in 5 gezeigten Ausführung der Kontaktierung, kann der Kontakt 12 auch am Zylinder 01 bzw. am Zylinderzapfen 03 oder aber am in der 5 nicht gezeigten Lager oder Gestell angebracht sein.

6 zeigt eine weitere alternative Ausführung des Messstromkreises. Bei der in 6 gezeigten Vorrichtung ist der Schmitzring 06 gegenüber dem Zylinder 01 nicht elektrisch isoliert, und er ist auch nicht mit einem Dünnschichtsensor versehen. Dagegen verfügt der Schmitzring 07 über einen umlaufenden piezoresistiven Dünnschichtsensor 09. Der Schmitzring 07 ist zwar gegenüber dem Zylinder 02 nicht elektrisch isoliert, jedoch ist der Dünnschichtsensor 09 gegenüber dem Schmitzring 07 isoliert. Die Kontaktierung mit den Schleifkontakten 11; 12 erfolgt nunmehr mit beiden Schleifkontakten 11; 12 am Dünnschichtsensor 09.

Zur verständlicheren Darstellung ist in 7 ein vergrößerter Querschnitt durch den Dünnschichtsensor 09 dargestellt. Wie dort zu sehen ist, umfasst der Dünnschichtsensor 09 eine innere isolierende Schicht 26 aus Al2O3, die die umfängliche Fläche des Schmitzrings 07 abdeckt, eine darauf abgeschiedene umlaufende metallische Elektrode 21, eine Sensorschicht 22 aus piezoresistivem Material, eine die Sensorschicht 22 überdeckende zweite umlaufende metallische Elektrode 23 und eventuell eine äußere isolierende Schicht 24 aus Al2O3. Bei der in 7 gezeigten Konfiguration liegen die Elektroden 21; 23 teilweise frei, so dass die Schleifkontakte 11; 12 wie bei den obigen Ausführungsbeispielen als Schleifkontakte 11; 12 ausgeführt sein können, die den Dünnschichtsensor 09 mit der Spannungsquelle 19 und der Auswerteeinheit 16 verbinden, die stationär abseits vom Zylinder 02 angeordnet sind.

Alternativ könnten bei dieser Ausgestaltung die Schleifkontakte 11; 12 auch Lötkontakte sein, die den Dünnschichtsensor 09 mit einer am Zylinder 02 montierten und mit diesem rotierenden Spannungsquelle 14 und Auswerteeinheit 16 verbinden. Diese können jeweils induktiv von außen mit Energie versorgt werden bzw. ihre Messergebnisse auf dem Funkweg an einen Empfänger außerhalb des Zylinders 02 übermitteln.

01Zylinder 02Zylinder 03Zylinderzapfen 04Zylinderzapfen 05 06Schmitzring, Leitung 07Schmitzring, Leitung 08Sensor, piezoresistiv, Widerstand, Dünnschichtsensor 09Sensor, piezoresistiv, Widerstand, Dünnschichtsensor 10 11Kontakt, Schleifkontakt 12Kontakt, Schleifkontakt 13Isolierstreifen 14Spannungsquelle 15 16Auswerteeinheit, Strommesser 17Ausgang 18Widerstände, reduziert 19Berührungsstelle, Leitung 20 21Elektrode, metallisch 22Sensorschicht 23Elektrode, metallisch 24Schicht, isolierend 25 26Schicht, isolierend

Anspruch[de]
  1. Vorrichtung mit aufeinander abrollenden Zylindern (01; 02), die Schmitzringe (06; 07) tragen, wobei wenigstens einer der Schmitzringe (06; 07) wenigstens einen Sensor (08; 09) aufweist, der ein Messsignal liefert, und einer Auswerteeinheit (16), die aus dem Messsignal eine Presskraft zwischen den Zylindern (01; 02) bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (16) einen Ausgang (17) umfasst, der einen ersten Zustand annimmt, wenn sich die aus dem Messsignal bestimmte Presskraft innerhalb eines regulären Wertebereichs befindet, und der einen zweiten Zustand annimmt, wenn sich die aus dem Messsignal bestimmte Presskraft außerhalb des regulären Wertebereichs befindet.
  2. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (08; 09) sich über einen gesamten Umfang des Schmitzrings (06; 07) erstreckt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoren (08; 09) über einen Umfang des Schmitzrings (06; 07) verteilt sind.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (08; 09) ein Dünnschichtsensor (08; 09) ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dünnschichtsensor (08; 09) piezoresistiv ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (08; 09) gegenüber dem ihn tragenden Zylinder (01; 02) elektrisch isoliert ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine isolierende Schicht, vorzugsweise einer Al2O3-Schicht, unter dem Sensor (08; 09).
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine isolierende Schicht, vorzugsweise einer Al2O3-Schicht, auf dem Sensor (08; 09).
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (08; 09) Teil eines Messstromkreises ist, der sich über einen Berührpunkt zwischen zwei gegenüber ihren jeweiligen Zylindern (01; 02) elektrisch isolierten Schmitzringen (06; 07) erstreckt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (08; 09) Teil eines Messstromkreises ist, der über wenigstens einen der Zylinder (01; 02) verläuft.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (08; 09) Teil eines Messstromkreises ist, während die Zylinder (01; 02) aus dem Messstromkreis ausgeschlossen sind.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einer Rotationsdruckmaschine angeordnet ist.
  13. Vorrichtung mit aufeinander abrollenden Zylindern (01; 02) die Schmitzringe (06; 07) tragen, wobei mindestens einer der Schmitzringe (06; 07) wenigstens einen Sensor (08; 09) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (08; 09) als piezoresistiver Dünnschichtsensor (08; 09) ausgebildet ist.
  14. Verfahren zur Messung eines Verschleißes von Schmitzringen (06; 07) mittels mindestens eines Sensors (08; 09), dadurch gekennzeichnet, dass im unbelasteten Zustand der Schmitzringe (06; 07) ein Messsignal des Sensors (08; 09) ermittelt wird, und dass aufgrund des Messsignals der Verschleiß des Schmitzringes (06; 07) bestimmt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal aufgrund des Durchgangswiderstandes des Sensors (08; 09) ermittelt wird.
  16. Verfahren zur Messung eines Verschleißes von Schmitzringen (06; 07) mittels mindestens eines Sensors (08; 09), dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf des Messsignals während einer Zustandsänderung von unbelasteten Schmitzringen (06; 07) zu belasteten Schmitzringen (06; 07) ermittelt wird, und dass aufgrund des Verlaufs des Messsignals der Verschleiß des Schmitzringes (06; 07) bestimmt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass zu mehreren zeitlichen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten die Schmitzringe (06; 07) in den unbelasteten Zustand gebracht werden, und dass aufgrund der Änderung der Messsignale der verschiedenen Zeitpunkte der Verschleiß ermittelt wird.
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






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