Sistema de medida de la posición axial de ejes.

Sistema de medida de la posición axial de ejes, a partir de la señal eléctrica generada por uno o más sensores al paso de dientes de una rueda dentada fijada sobre dicho eje.

La rueda dentada se talla con al menos un grupo de dientes, compuesto por al menos tres tipos de dientes de diferente altura: un primer tipo de dientes (1) de altura constante máxima, un segundo tipo de dientes (2) de altura constante mínima, y un tercer tipo de dientes (3) de altura variable en la dirección axial entre las alturas máxima y mínima de los dientes del primero y segundo tipo.

Sistema de medida de la posición axial de ejes

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema de medida de la posición axial de ejes, por ejemplo de máquinas rotatorias, que es compatible con la medida del régimen de giro, a partir de la señal eléctrica generado por uno o más sensores, separados angularmente, al paso de los dientes de una rueda dentada fijada sobre dicho eje.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Ya se conoce por la patente usa nº 4.833.405 un procedimiento para la medida de la posición axial de ejes, el cual comprende en su primer tipo, de la utilización de dos sondas inductivas situadas en diferentes posiciones axiales y el mecanizado de la rueda dentada del eje siguiendo dos ángulos diferentes respecto a la dirección axial.

Sin embargo, este sistema adolece de la necesidad de una calibración para la correcta identificación de la posición del eje,

Así mismo presenta problemas de interacción del campo magnético entre los sensores, problema que debe ser resuelto con el uso de sensores especiales.

En al misma patente se describe un segundo procedimiento basado también en el uso de dos sondas situadas en el mismo plano axial, pero ligeramente separadas, combinado con el mecanizado de dos rampas de pendientes opuestas en cada diente.

Este sistema permite medir el desplazamiento axial del eje por la relación de la amplitud de la señal generada por cada sensor que será función del entrehierro entre dicho sensor y el diente mecanizado. En función de la posición axial del eje un sensor generará más tensión y el otro menos o viceversa.

Este sistema al necesitar dos sensores para comparar la señal, adolece de necesitar una calibración para poder identificar la posición exacta del eje, ya que cualquier tolerancia en el posicionado del sensor (mayor o menor profundidad de montaje) implica directamente un error de posición axial que solo puede ser corregido mediante una calibración.

Así mismo las tolerancias de fabricación de los sensores (intensidad del campo, dimensiones, etc, ) implican un error directo en la medida que solo puede ser corregido mediante una calibración.

Debido al inevitable envejecimiento de los elementos sensores, es de esperar una diferencia en al respuesta de ambos con el paso del tiempo, lo cual requerirá una calibración periódica.

La realización de una calibración supone el giro continuado y controlado del eje (para poder obtener una señal de medida) y un desplazamiento axial controlado y medida del mismo, situación difícil de resolver en aplicaciones como la aeronáutica donde una vez montado el eje se espera alargar lo máximo posible los intervalos de intervención en el motor, a la par que la realización de la calibración en un entorno real de trabajo presenta serías limitaciones al necesitar medir con respecto a un patrón y poder realizar todo el recorrido de desplazamiento.

De igual manera cualquier movimiento que suponga un giro que no coincida con el eje teórico supondrá un error en la medida al encontrarse cada sensor en un plano axial diferente. Este efecto puede venir dado por ejemplo por una flexión del eje que hace que el centro del mismo y el centro de rotación no coincidan en toda su longitud.

Otra de las ventajas de este sistema es que necesita de una longitud de eje mecanizado de cómo mínimo el doble del desplazamiento axial máximo a medir, ya que dicho desplazamiento debe ser medido por ambas sondas situadas en planos axiales diferentes.

Este sistema permite la medida de la velocidad de giro del eje con la resolución necesaria en aplicaciones donde es necesario el máximo de pulsos por vuelta.

Por la patente usa No. 5.198.763 se conoce otro procedimiento para la medida de la posición axial de ejes basada en la diferencia de tiempo entre la señal generada por dientes mecanizados en el eje, uno en la dirección axial y otro con una rotación variable con la posición axial.

Sin embargo este sistema adolece de la cantidad necesaria de pulsos por vuelta para una aplicación donde la respuesta ante variaciones de la velocidad de giro es primordial y dos pulsos, no sincronizados, por vuelta conlleva un retraso significativo en la detección de estas variaciones.

Por otra parte este sistema complica el habitualmente simple y necesariamente robusto sistema de medida del régimen de giro al tener dos pulsos por vuelta cuyo desfase varía con la posición axial.

La patente usa No. 5.198.763 describe un procedimiento para la medida de la posición axial de ejes, pero este procedimiento requiere del uso de sensores específicos para su funcionamiento, muy diferentes de los tradicionales sensores inductivos utilizados para la medida del régimen de giro.

Este procedimiento de medida requiere del uso de ocho sensores para su funcionamiento.

Así mismo la longitud de eje utilizada para la medida es al menos del doble del desplazamiento máximo medio.

La patente británica nº 1.303.994 describe un procedimiento para la medida de la posición axial de ejes, que requiere de la instalación de un elemento magnético en el eje rotatorio y de un cableado de forma característica en el estator.

Este procedimiento genera un pulso por vuelta lo cual no es suficiente para sistemas de medida de régimen de giro que requieran una respuesta rápida ante variaciones de velocidad.

Este procedimiento es sustancialmente diferente a la forma habitual de la medida de régimen utilizando una rueda dentada, habitualmente de 60 dientes, en cuyo caso recibe el nombre de fónica.

En la patente británica nº 2.181.246ª se describe un procedimiento para la medida de la posición axial de ejes que requiere de la instalación de un elemento magnético en el eje rotatorio y un cableado de forma característica en el estator.

Este procedimiento genera un pulso por vuelta lo cual no es suficiente para sistemas de medida de régimen de giro que requieran una respuesta rápida ante variaciones de velocidad.

Este sistema genera tres pulsos por vuelta con desfases proporcionales a la posición axial, esto complica cualquier sistema de medida de régimen y hace que el segundo y tercer pulso no sean de utilidad para la medida del régimen de giro.

Este procedimiento es sustancialmente diferente a la forma habitual de la medida de régimen utilizando una rueda dentada y como tal no se puede considerar un sistema compatible de medida de régimen de respuesta rápida.

La patente usa nº 3.190.125 describe un procedimiento para la medida de la posición axial de ejes que utiliza la diferencia de tiempo entre dos pulsos para determinar la posición axial.

Este procedimiento requiere de la conexión a tierra del eje rotativo y de la sonda de medida a un potencial constante y por la variación del efecto capacitivo debido al paso de los alabes metálicos por delante de los elementos sensores se obtienen unos pulsos de señal cuyo retardo es proporcional a la posición axial.

Este procedimiento genera un pulso válido pro vuelta lo cual no es suficiente para sistemas de medida de régimen de giro que requieran una respuesta rápida ante variaciones de velocidad. Ya que el segundo pulso está desfasado de acuerdo a la posición axial y no es posible usarlo para la medida del régimen. Este es un sistema orientado exclusivamente a la medida de la posición axial.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene por objeto un sistema de medida de la posición axial de un eje, a partir de las señales eléctricas generadas por uno o más sensores, al paso de dientes de una rueda dentada que, manteniendo una configuración mecánica y eléctrica correspondiente a la utilizada para la medida de régimen de giro, como la que puede utilizarse en una turbina aeronáutica, permite de forma compatible la medida tanto de la posición axial del eje como la velocidad de giro del mismo, y todo ello con una velocidad de respuesta tanto en velocidad como en posición acorde con las necesidades de este tipo de aplicaciones.

Adicionalmente la presente invención aporta la utilización de sensores inductivos tradicionales y la posibilidad de realizar la medida con un único sensor.

Otra ventaja de esta invención es la incorporación de la autocalibración en el sistema de medida, por lo que la medida de la posición axial es independiente de las tolerancias de los sensores y su degradación con el tiempo, de las tolerancias de su posicionado durante el montaje y de cualquier efecto de desplazamiento relativo radial entre el eje y el estator donde ésta ubicado el/los sensor (es) .

La presente invención permite la medida de la posición axial relativa del eje... [Seguir leyendo]

1. Sistema de medida de la posición axial de ejes, a partir de la señal eléctrica generada por uno o mas sensores separados radialmente del eje, al paso de dientes de una rueda dentada fijada sobre dicho eje, tallada con uno o mas grupos iguales de dientes, caracterizado porque cada grupo comprende al menos tres tipos de dientes de diferente altura, un primer tipo de dientes de altura constante máxima, un segundo tipo de dientes de altura constante mínima, y un tercer tipo de dientes de altura variable en la dirección axial del eje, entre las alturas máxima y mínima de los dientes del primer y segundo tipo de dientes; cuyos dientes de altura variable generan, a través del sensor o sensores, una señal cuya amplitud es función de la posición axial de dichos dientes de altura variable respecto del sensor o sensores y está acotada por las amplitudes de las señales generadas por los dientes de altura máxima y mínima.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizada porque la rueda dentada se talla además con uno o más tipos de dientes de altura constante, comprendida entre las alturas máxima y mínima de los dientes del primero y segundo tipo.

3. Sistema según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque cada tipo de dientes comprende un solo diente.

4. Sistema según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque al menos el tercer tipo de dientes de altura variable comprende mas de un diente, dispuestos en posiciones alternadas con los dientes de máxima y mínima altura.

5. Sistema según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque cada tipo de dientes comprende al menos dos dientes de cada altura diferente, estando en cada grupo los dientes del mismo tipo situados en posiciones consecutivas, alternadas con las posiciones de los dientes de los restantes tipos.

6. Sistema según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque cada grupo de dientes incluye al menos un tipo de dientes con más de un diente.

7. Sistema según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque cada grupo de dientes incluye más de un tipo de dientes de altura variable, todos con variación de inclinación en el mismo sentido.

8. Sistema según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque cada grupo de dientes incluye más de un tipo de dientes de altura variable, con variación de inclinación en diferente sentido.

9. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de los dientes del tercer tipo de dientes de altura variable presenta inclinaciones en diferentes sentidos.

10. Sistema según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la posición axial del eje se determina por la relación del voltaje obtenido en el diente o dientes de altura variable, respecto de los voltajes obtenidos en los dientes de máxima y mínima altura.

11. Sistema según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en cada grupo de dientes, los dientes de altura constante generan una señal de referencia que se utiliza como método de autocalibración.