专利名称：探头夹持系统，探头夹持系统的固定方法和探头的调整方法
技术领域：
本发明涉及一种将探头固定在外壳壁上的探头夹持系统。此外，本发明还涉及一种将此类探头夹持系统固定在外壳壁上的方法和一种用于调整在此类探头夹持系统上固定的探头的方法。
背景技术：
在传动装置、发动机、单轴和变速式压缩机中可能将探头用于对轴的监控。在这里例如从事轴的振动测量、转速测量或轴状态测量。另一方面此类探头通常包括一个装在探头支座上的感头，它包括用于真正采集测量值的传感器。所述的传感器本身狭义地说也往往称为探头。探头支座经常有杆状或管状设计结构，所以它即使在比较狭窄的空间状况下也可以比较方便地穿过围绕要监测的轴的外壳上的进出孔，以及在需要时，尤其为了维护的目的，还可以重新从进出孔取出。因此，感头或传感器可以在外壳内腔比较难以接近的地方被置于其工作位置上，不必为此目的分解外壳或从外壳拆卸一些部分。
为了尽可能准确地实施测量，尤其为了避免产生系统性的测量误差，传感器通常必须非常紧密和以高精度地定位在轴旁。沿径向或轴向相对于额定距离允许的公差往往只有零点几毫米。因此需要一个能精确调整并能与外壳可靠连接的探头固定装置或探头支架固定装置。这种固定装置的装配通常在外壳或机器组装后从外部进行。在有些情况下还有必要事后使探头位置与机器变化的工作条件相匹配。
在已知的探头夹持装置中，通常在轴外壳的孔内旋入一个有外螺纹的螺旋接套并用管螺母防旋转地固定在外壳上。在管螺母与外壳之间可设螺纹密封装置。真正的测量探头或传感器在这里通常装在支承杆上，支承杆装配时插入螺旋接套内并借助锁紧螺母以这样的方式固定在螺旋接套上，即，近似达到传感器相对于轴或相对于具体的测量对象的额定距离。然后，对装置的精调可在松开管螺母的情况下通过将螺旋接套旋入外壳壁的螺纹孔内实现。
但所述装置的基本问题在于，在探头为了维护或为了清洗之类的目的事先从外壳拆出并接着重新装入后，每次都必须重新进行精调。此外，调整本身设计得比较困难和麻烦，因为在旋紧管螺母时往往也会使螺旋接套旋转，因而重新离开事先辛苦地确定的额定位置。当机器具有许多此类测量探头时，与重新调整相关联的时间损耗问题相当严重。在具有20个测量探头的机器中，所述的时间损耗可达一整天。
所述装置的另一个缺点是，在轴支承在油池内的情况下，支承杆和螺旋接套为了达到高的油密封性必须尺寸非常准确地制造为彼此动配合，这导致较高的成本。尽管如此，在探头夹持装置的所述设计中仍然存在密封问题。所述装置的另一个缺点在于，它的调整范围受螺旋接套长度的限制，所以为了在不同测量位置使用探头可能需要多个夹持装置。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题是提供一种用于将探头固定在外壳壁上的探头夹持系统，它在夹持的结构设计简单的同时，达到尽可能方便而准确地对探头定位。此外应提供一种将此类探头夹持系统固定在外壳壁上的方法和一种安装在此类探头夹持系统上的探头的调整方法。
涉及探头夹持系统的技术问题，通过一个有内螺纹的螺纹套筒和一根可旋入螺纹套筒内的探头支承杆达到，其中螺纹套筒可装入外壳壁的孔内的基准位置，以及可借助固定件制动在此位置中，探头夹持系统设计有用于支承杆的可松开的防转装置，其中作为防转装置的组成部分采用一个可旋在支承杆上的锁紧螺母，以及，在锁紧螺母与螺纹套筒之间设一个可移动地装在支承杆上的定距套筒。
在这里本发明考虑问题的出发点是，为了减少维护工作量，探头应仅需要在第一次装配探头夹持系统时的一次性调整和定位。当探头或整个探头夹持装置为维护的目的从它固定在那里的外壳拆出并接着重新装入时，应能特别方便地重现其原始的，亦即已经校准过的位置。应能免除费时的重调。此外，当第一次或重复装配探头夹持装置时起初仍锁止的固定装置已拧紧或制动时，应能抑制探头无意中移动或旋转而离开一旦已达到的基准位置。因此为了使固定过程与调整过程或精调不产生有害的相互影响，探头夹持系统的一些基本功能，亦即“固定”(或“制动”)和“调整”(或“校准”)应已通过结构或结构方式的设计彼此脱耦。
为此目的，将探头的支承杆旋入螺纹套筒内，从而通过相对于螺纹套筒旋转支承杆，可以调整装在支承杆端侧的带有传感器的感头的位置。对于装配在外壳上的探头夹持系统，螺纹套筒通过一个作用在它上面的固定件，制动在外壳壁的为各自测量位置配设的孔内的一个基准位置。因此固定件不直接，而是通过螺纹套筒仅间接地与支承杆连接。由此达到固定功能与调整功能脱耦。在制动过程中产生的力或扭矩，仅由螺纹套筒承受而不进一步传给支承杆，从而不会无意中通过固定件的作用重新破坏支承杆在螺纹套筒内一旦已完成的精调。通过螺纹套筒和支承杆构成一个按可逆的方式可以从外壳壁的孔取出的单元(例如为了维护的目的)，则在接着重新装入时保证自动和精确地重现从装在支承杆上的传感器到测量对象的原始距离。
有利地，在装配探头夹持系统时螺纹套筒的基准位置通过一个用于螺纹套筒的设在外壳壁的孔内的止挡面确定。
这种限制螺纹套筒最大插入深度的止挡，可例如通过一个装入外壳壁的孔内并与之固定连接的环形隔板或环构成。但优选地止挡面直接集成在孔的轮廓形状内。为此，孔有一个内横截面渐缩的过渡区，在这里内横截面缩小的区段或部分通道面朝外壳的内部，并允许穿过在其端头装有探头或传感器的支承杆。孔朝向外壳外侧的分段或在外部的部分通道与之相比较大的内横截面，与螺纹套筒的外横截面相协调，螺纹套筒可被置入直至由孔的收缩段确定的止挡位置。在这里 “内侧”是指外壳壁面朝要监测的轴或测量对象的那一侧，以及“外侧”是指外壳壁与之相背的那一侧，在这里探头夹持装置的装配和调整从外面进行。不过外壳围绕一个总体上全封闭的内腔并不是绝对的先决条件。确切地说，机器外壳或内衬在其他地方也可以向周围的方向开口。
按一项特别有利的扩展设计，孔的收缩段有一种漏斗形的造型，在这种情况下有利的方式是螺纹套筒的外轮廓，尤其在其朝向孔收缩段的端侧，与孔的形状相适配。通过收缩段与螺纹套筒端侧的轮廓彼此协调，可以使螺纹套筒自动定心地安置在孔内的其基准位置上。在恰当的动配合情况下基本上平面地支承或贴靠在止挡面上和孔的端壁上，有利于螺纹套筒的防翻转稳定配合，在这里将可能作用的支承力均匀分布在支承面的范围内。必要时为了支持稳固的定心配合，支承杆也可制造成具有与在外壳壁内的孔向内定向的分段之间的动配合。所述孔的锥形收缩的止挡面以简单的方式例如借助具有相应形状的标准钻头制成。
优选地，外壳壁的止挡面或螺纹套筒的面朝止挡面的端侧具有一个环形槽用于安装密封圈，密封圈相宜地定位在此槽内。以此方式可达到螺纹套筒相对于外壳壁内的孔或钻孔可靠地、尤其封油地密封。通常用于安装密封圈的槽设在螺纹套筒内，因为在螺纹套筒那里加工可以比较简单，以及定位在此位置的密封圈在拆卸探头夹持装置时能方便地更换。在没有外力影响下超过槽(就螺纹套筒的中心线而言)位于内部的和位于外部的环形棱边伸出的弹性密封圈，其尺寸相宜地确定为，当固定件固定时将密封圈完全压入槽内，换句话说，与槽的两个棱边齐平。因此保持在槽外部的区域内止挡面的校准功能。尤其是，螺纹套筒因而可以精确和与密封圈的变形或受挤压的程度无关地在外壳壁内占有一个任何时候均可准确重现的基准位置。
为了将螺纹套筒可靠地制动在其基准位置而采用一固定件，它可以设计为夹紧锁或卡锁的类型。不过按一种优选的设计，探头夹持系统有一个可从外部旋入外壳壁内的螺旋接套。在这里，螺旋接套内部空心的围绕支承杆的杆身制有外螺纹，它与外壳壁中规定用于安装螺旋接套的孔内的内螺纹对应。在探头夹持系统完成装配后的状态，旋入并拧紧后的螺旋接套的朝向螺纹套筒的端面或环形边缘面，与螺纹套筒面朝它的支承面接触，并在必要时在此支承面上施加压力，由此将螺纹套筒固定在外壳壁内它的基准位置上。在螺纹套筒相应成形的外轮廓中，亦即，若用于螺旋接套的支承面构成一个凸台，则螺旋接套内侧光滑的杆身在制动位置可以至少部分围绕螺纹套筒，在这种情况下螺纹套筒的外侧和杆身的内侧优选地设计为彼此动配合。也就是说，在涉及的区段内，支承杆经由螺纹套筒和螺旋接套外套的围绕在螺纹套筒上的杆身，附加地支承并定心在外壳壁上。
通过将螺纹的螺距设计为要用足够大的力操作，可以避免支承杆无意中旋转和由此造成的探头失调。为了即使将螺纹设计为用不大的力便能轻易地调整支承杆的情况下，仍能抑制例如因振动之类造成的无意中移动，探头夹持系统优选地设有可在需要时松开的用于支承杆的防转装置。
锁紧螺母可布置为使它直接作用在螺纹套筒的朝向外壳外部的那一端上。如果螺纹套筒在其基准位置时完全沉入外壳壁的孔中和/或假如所述类型的螺旋接套规定作为螺纹套筒的固定件，则在锁紧螺母与螺纹套筒之间可移动地装在支承杆上的定距套筒对于方便地够到锁紧螺母是有利的。在防转的支承杆中定距套筒安放在螺纹套筒上面并借助拧紧锁紧螺母压靠到螺纹套筒上。锁紧螺母可与尤其按上述类型可设计为螺旋接套的固定件无关地操作，从而可保持支承杆在螺纹套筒内经过一次调整并借助锁紧螺母固定的校准状况，即便探头夹持装置曾有过从外壳壁拆卸或取出的经历。
优选地，在定距套筒的面朝螺纹套筒的那一端，朝向支承杆和螺纹套筒的环形棱边，具有一个环形槽用于安装密封圈，密封圈相宜地定位在所述的槽内。由此使定距套筒不仅相对于支承杆而且(在拧紧锁紧螺母时)相对于螺纹套筒密封。因此，与设在螺纹套筒外侧的密封圈相结合，以简单和经济的方式可靠地排除油或其他在测量位置周围的液体所有的漏泄可能性。
若所述类型的螺旋接套规定作为螺纹套筒的固定件，则螺旋接套及定距套筒的形状和尺寸优选地选择为，在探头夹持系统处于装配状态时使定距套筒至少部分插入以支承杆和螺旋接套内侧面为界的空腔中，在这里尤其定距套筒加工为相对于支承杆和螺旋接套动配合。这样一种结构设计提高了整个装置的机械稳定性并有效抑制支承杆从其定心位置的偏倾。
为了保证即使在防转装置锁止时，亦即拧紧锁紧螺母时，也能将螺旋接套完全从外壳旋出，螺旋接套的内部自由横截面优选地至少与锁紧螺母的外横截面一样大。换句话说锁紧螺母没有任何干扰性的突出，所以螺旋接套可越过它移动或转动。按一种优选的替换实施方案，锁紧螺母的外横截面也可以大于螺旋接套的内部自由横截面，在这种情况下在防转装置锁止以及螺旋接套拧紧时，定距套筒超过螺旋接套头部伸出的部分至少与螺旋接套埋入到外壳壁内的杆身一样长。在这种状况下螺旋接套仍可以完全和无困难地与外壳壁分离。
优选地，在支承杆的朝向外壳内部方向的那一端装一个探头，尤其用于监测轴的探头。与探头连接的电缆或导线可以集中在支承杆内并以此方式向外引出。在支承杆上与探头或传感器相对置的那一端，可设用于探头的外部接线柱或电缆接头的接线端头。
规定用于安装探头夹持装置，亦即尤其用于安装螺纹套筒的孔，也可以设在一个转接件内，转接件本身装在外壳壁上一个为它配设的孔内。在这种情况下转接件优选地与外壳壁固定和持久连接，并因而可以理解为是外壳壁的一个组成部分。使用这种转接器业已证实尤其在外壳壁的厚度相对较小的情况下是合理的。对于已经有现成的孔或钻孔的旧机器，而这些孔各自的尺寸原本并不与现在要补充装备的探头夹持系统相一致，则也有必要使用转接件。
涉及探头调整方法的技术问题，通过探头的支承杆可相对于该支承杆旋入其中的螺纹套筒的旋转达到，由此改变探头相对于螺纹套筒的位置。优选地，这种调整或校准在已经固定在外壳壁上的探头夹持系统中进行，此时用于螺纹套筒的固定件处于制动位置。以此方式探头可直接就地相对于测量对象具有高精度地定位。固定件在这种情况下防止通过施加到螺纹套筒上的压力使螺纹套筒无意中转开或被带动旋转。因此在调整过程中不再需要用于固定螺纹套筒的导销或横挡之类。
为了固定探头夹持系统，将螺纹套筒与所述旋入的必要时已调整好并防转的支承杆一起插入到外壳壁的对应孔中，接着借助固定件制动锁定。分解拆卸在意义上按相反的顺序进行。
采用本发明获得的优点尤其在于，通过有意识地使固定和调整的功能单元脱耦可以将探头夹持系统特别容易和快速地安装在外壳上，以及允许探头特别精确地定位。在总体上具有比较简单的夹持结构和更为简单的可操作性的同时，即使夹持装置经历过例如因维护引起的拆卸，也仍能保持住尤其第一次装配时一旦已实施的对探头的调整，从而在重新装入时自动和特别精准地重现探头相对于测量对象的原始间距。由此可以免除对探头夹持系统的重调，从而显著缩矩装配时间。
在需要时探头连同其夹持装置在内也可以装在各自机器的另一个测量位置上或也可以用于另一台机器，在这种情况下通常需要重新调整。螺纹套筒和支承杆采用一种细螺纹便足以使探头有精确的可调性，在这里，其他构件的制造公差和间隙配合完全可以保持得比较宽宏。尤其是，在外壳壁内具体规定用于安装螺纹套筒的孔，可以比较简单和有较低精度要求地采用标准钻孔工具制造。此外，即使在机器内部存在过压时，密封圈的设置结构仍起到对系统非常有效和经济地密封。
探头夹持装置较大的调整范围，可以实现在多个相对于周围外壳的距离改变的不同测量位置采用同一种类型的探头夹持系统。因此，即使针对不同的使用目的，也可以保持所给出的这种探头夹持系统只有少量的变化。在这里调整机构的工作已表明是细致和准确的。此外，这种探头夹持系统总体上设计得比较紧凑，因此可以避免构件与毗邻构件例如因为安装空间小而发生冲突，以及增大了探头夹持系统的应用范围。
除了对轴的监控外，所述探头夹持系统也可以应用于其他领域，在这些领域中，传感器应按离测量点的额定距离安装在外壳或容器或框架内部，在这种情况下，要跨接的在各自传感器与用于固定的外壳壁或框架之间的距离，对于这个测量点与另一个测量点或这一台机器与另一台机器可能都是不同的。这种应用领域的一个例子是在汽车工业中测量车身零件，在这里使用传感器进行质量监控。
下面借助附图详细说明本发明的一种实施例。其中附图表示一个固定在外壳上的探头夹持系统的半剖面图。
具体实施例方式
按图1的探头夹持系统1规定用于将探头2固定在一台没有详细表示的机器的外壳4上。在这里探头2用于被外壳4围绕的轴6的转速测量，其中轴6支承在油O里以减小摩擦和冷却。在外壳4内部存在的油压超过机器或外壳4外面的环境压力。为了在转速测量时达到尽量高的测量精度，探头2定位在离轴6为1.5mm的比较小的径向距离处，在这里允许的公差量仅为±0.1mm。
真正的探头2或传感器装在支承杆8端头，支承杆从外部插入外壳壁对应的孔10中，以及为了维护的目的还可以重新取出。在支承杆8与感头12的对置端设接线端头14，通过它可实施探头2的外部电缆敷设。
探头夹持系统1在结构简单的同时尤其设计为，一方面探头2或感头12就相对于轴6的距离而言可以特别准确地装配，以及另一方面在拆出和重新装入时可避免对本装置重调。也就是说，探头夹持系统1设计为在重新装入时能尽可能简单而准确地重现感头12与轴6之间的原始间距。
为此，探头夹持系统1设有一个用于安装支承杆8的具有内螺纹的螺纹套筒16，它装入外壳壁的一个对应的孔10中直至一个准确规定的基准位置。在这里，螺纹套筒16的外轮廓在其朝外壳内部或朝探头2方向的端侧，与孔10在过渡区内的漏斗状收缩并以此方式构成用于螺纹套筒16的止挡面18的形状相匹配。因此在止挡位置保证螺纹套筒16连同装在其中的支承杆8定心并有防翻转稳定性的配合。
在面朝外壳4外侧或接线端头14的那一端，螺纹套筒16的外横截面小于孔10的自由横截面，所以在各自的界面之间构成一个用于安装螺旋接套20的中间腔。为了将螺纹套筒16制动在其基准位置，制有外螺纹的螺旋接套20旋入孔10内至这样的程度，即，使它支靠在螺纹套筒16的环形凸台22上并在凸台上施加压紧力。
为了拆出和重新装入已相对于轴6校准的探头2，与此同时不会影响或改变所述的校准，松开螺旋接套20并从外壳壁的孔10旋出，从而可将与螺纹套筒16连接的支承杆8连同探头2一起从孔10拔出。
为了避免在外壳4内部存在的油压导致漏泄，将密封圈24在螺纹套筒16与孔10的漏斗状止挡面18之间定位在螺纹套筒16的一个环形槽内。在螺纹套筒16上用于密封圈24的槽仅占据其部分支承面，从而保持其余支承面在孔10的对应配设的止挡面18上的准确止挡。
作为支承杆8的防转装置，为了便于接近通过定距套筒26与螺纹套筒16隔开距离的锁紧螺母28，该锁紧螺母旋套在支承杆8上。定距套筒26有与螺纹套筒16相同的外径，以及在探头夹持系统1的装配和固定状态下至少部分被螺旋接套20围绕。为了装置的密封，在定距套筒26端侧的环形槽内，定位一个贴靠在螺纹套筒16与支承杆8上的密封圈30。
为了调整或校准探头2离轴6的距离，支承杆8在锁紧螺母28松开时可旋入到螺纹套筒16内，直至感头12与轴6之间达到额定距离。接着，这一位置通过朝支靠在螺纹套筒16上的定距套筒26拧紧锁紧螺母28加以固定。
权利要求
1.一种将探头(2)固定在外壳壁上的探头夹持系统(1)，包括一个有内螺纹的螺纹套筒(16)和一个可旋入该螺纹套筒(16)内的用于探头(2)的支承杆(8)，其中，螺纹套筒(16)可装入外壳壁的孔(10)内的基准位置，以及可借助固定件制动在此位置，其中，探头夹持系统(1)设计有用于支承杆(8)的可松开的防转装置，其中采用一个可旋在支承杆(8)上的锁紧螺母(28)作为所述防转装置的组成部分，其特征为在所述锁紧螺母(28)与螺纹套筒(16)之间设一个可移动地装在所述支承杆(8)上的定距套筒(26)。
2.按照权利要求1所述的探头夹持系统(1)，其中，在所述外壳壁的孔(10)内设有用于螺纹套筒(16)的止挡面(18)。
3.按照权利要求2所述的探头夹持系统(1)，其中，所述止挡面(18)由孔(10)的漏斗形收缩段构成。
4.按照权利要求2或3所述的探头夹持系统(1)，其中，所述螺纹套筒(16)有一个与孔(10)的形状相配的外轮廓。
5.按照权利要求2至4之一所述的探头夹持系统(1)，其中，在外壳壁的止挡面(18)内或在外壳套筒(16)的面朝止挡面(18)的端侧内制有用于安装密封圈(24)的环形槽。
6.按照权利要求5所述的探头夹持系统(1)，其中，所述密封圈(24)定位在所述的槽内。
7.按照权利要求1至6之一所述的探头夹持系统(1)，其中，作为固定件采用一个可旋入所述孔(10)内的螺旋接套(20)。
8.按照权利要求1所述的探头夹持系统(1)，其中，在所述定距套筒(26)的面朝螺纹套筒(16)的那一端，朝向支承杆(8)和螺纹套筒(16)的棱边，具有用于安装密封圈(24)的环形槽。
9.按照权利要求8所述的探头夹持系统(1)，其中，所述密封圈(24)定位在所述的槽内。
10.按照权利要求1、8或9之一所述的探头夹持系统(1)，其中，定距套筒(26)插入一个以支承杆(8)与螺旋接套(20)的内侧为界的中间腔内。
11.按照权利要求10所述的探头夹持系统(1)，其中，螺旋接套(20)的内部自由横截面至少与锁紧螺母(28)的外横截面一样大。
12.按照权利要求10或11所述的探头夹持系统(1)，其中，在防转装置锁止以及螺旋接套(20)拧紧时，所述定距套筒(26)的超过螺旋接套(20)头部伸出的部分至少与螺旋接套(20)沉入到外壳壁内的杆身一样长。
13.按照权利要求1至12之一所述的探头夹持系统(1)，包括一个装在所述支承杆(8)的朝向外壳内部方向的那一端上的探头(2)，尤其用于监测轴的探头(2)。
14.一种用于调整在按照权利要求1至13之一所述探头夹持系统(1)上固定的探头(2)的方法，其中，支承杆(8)相对于螺纹套筒(16)旋转。
15.按照权利要求14所述的方法，其中，支承杆(8)的旋转在装配在外壳壁上的探头夹持系统(1)具有已制动的固定件时进行。
全文摘要
本发明涉及一种将探头(2)固定在外壳(4)上的探头夹持系统(1)。本发明的目的是，在夹持的结构设计简单的同时，应实现将探头(2)尽可能方便而准确地相对于测量对象定位。为此按照本发明一个有内螺纹的螺纹套筒(16)设有一个可旋入到螺纹套筒(16)内的用于探头(2)的支承杆(8)，其中，螺纹套筒(16)可装入外壳壁的对应配设的孔(10)内的基准位置并可借助固定件制动锁定。
文档编号G01D11/00GK101091104SQ200580044922
公开日2007年12月19日 申请日期2005年10月13日 优先权日2004年12月27日
发明者弗雷迪·詹兹, 文科·米库莱克 申请人:西门子公司