DE10241428A1

DE10241428A1 - Monitoring device for electrical ship's drive system, e. g. for POD ships' drives, has temperature measurement device with thermal sensors in form of Bragg glass fiber sensors

Info

Publication number: DE10241428A1
Application number: DE10241428A
Authority: DE
Inventors: Thomas Bosselmann; Matthias Schulze; Oliver Mohr; Michael Willsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2004-03-25

Abstract

The monitoring device has a temperature measurement device with which the temperatures in critical regions of the ship's drive system can be monitored and that has thermal sensors arranged in the critical regions. The thermal sensors of the temperature measurement device are in the form of Bragg glass fiber sensors (1).A glass fiber measurement cable is arranged with the sensors on at least one end of the motor stator.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungseinrichtung für elektrische Schiffsantriebsanlagen, z.B. für POD-Schiffsantriebe, mit einer Temperaturmesseinrichtung, mittels der die Temperatur in kritischen Bereichen der elektrischen Schiffsantriebsanlage überwachbar ist und zu der in bzw. an diesen kritischen Bereichen angeordnete Thermosensoren gehören.The invention relates to a monitoring device for electrical Marine propulsion systems, e.g. For POD ship drives, with a temperature measuring device, by means of which monitors the temperature in critical areas of the electric ship propulsion system and is arranged in or on these critical areas Thermal sensors belong.

In elektrischen Schiffsantriebsanlagen, aufgrund verengter räumlicher Verhältnisse, insbesondere in POD-Schiffsantrieben, stellen die Wärmeentwicklung und Überhitzung insbesondere in elektrischen Schiffsantriebsmotoren und in Energieübertragungssystemen ein schwer zu kalkulierendes Problem dar. Unkontrollierte Temperaturanstiege, z.B. aufgrund von Kurzschlußströmen, können jedoch in kürzester Frist zu Beschädigungen, im Extremfall zur Zerstörung des jeweiligen elektrischen Antriebsmotors bzw. des jeweiligen Energieübertragungssystems führen. Daher werden die Temperaturverhältnisse innerhalb elektrischer Schiffsantriebsanlagen durch Temperaturmesseinrichtungen mit Thermosensoren überwacht, wobei mittels der bisher üblichen Thermosensoren, die beispielsweise in der Bauart PT100 ausgeführt sein können, eine Erfassung jedoch nur punktuell durchgeführt wird. Außer, dass derartige Temperaturmesseinrichtungen keinerlei umfassende Informationen hinsichtlich der Temperaturentwicklung innerhalb elektrischer Schiffsantriebsanlagen bieten, besteht bei den bekannten, in elektrischen Schiffsantriebsanlagen eingesetzten Thermosensoren der Nachteil, dass sie anfällig gegenüber EMV sind, und dass die von ihnen übermittelten Messsignale häufig gedämpft sind. Darüber hinaus sind die bisher in elektrischen Schiffsantriebsanlagen eingesetzten Thermosensoren anfällig gegenüber Potentialdifferenzen.In electric ship propulsion systems, due to narrower spatial relationships especially in POD ship propulsion systems, generate heat and overheating in particular in electric ship propulsion engines and in energy transmission systems a difficult problem to calculate. Uncontrolled temperature increases, e.g. due to short-circuit currents, however in the shortest Period of damage, in extreme cases to destruction of the respective electric drive motor or of the respective energy transmission system to lead. Therefore the temperature conditions within electrical ship propulsion systems by temperature measuring devices monitored with thermal sensors, with the usual Thermosensors, which are designed for example in type PT100 can, however, registration is only carried out selectively. Except that Such temperature measuring devices have no comprehensive information with regard to the temperature development within electric ship propulsion systems offer, exists in the known, in electrical ship propulsion systems used thermal sensors the disadvantage that they are susceptible to EMC are and that the transmitted by them Measurement signals often muted are. About that In addition, they are used in electric ship propulsion systems Thermal sensors vulnerable across from Potential differences.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte gattungsgemäße Überwachungseinrichtung für elektrische Schiffsantriebsanlagen derart weiterzubilden, daß eine verbesserte Überwachung der Temperaturverhältnisse in kritischen Bereichen einer elektrischen Schiffsantriebsanlage möglich ist, wobei die Thermosensoren der Temperaturmesseinrichtung platzsparend unterbringbar, unanfällig gegenüber EMV und unanfällig gegenüber Potentialdifferenzen sein sollen.The invention is based, which generic monitoring device for electrical Develop ship propulsion systems such that improved monitoring the temperature conditions in critical areas of an electric ship propulsion system possible is, the thermal sensors of the temperature measuring device save space accommodatable, unresponsive across from EMC and insensitive to potential differences should be.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Thermosensoren der Temperaturmesseinrichtung als Bragg-Glasfasersensoren ausgebildet sind. Die Abmessungen derartiger Bragg-Glasfasersensoren sind vergleichsweise gering, wobei ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber vergleichsweise hohen Temperaturen eine große Bandbreite hinsichtlich der Möglichkeiten zur Anordnung der Bragg-Glasfasersensoren bietet. Aufgrund des Messprinzips sind Bragg-Glasfasersensoren unanfällig für EMV, wobei darüber hinaus eine Dämpfung der Messsignale nicht auftritt, da nicht eine Leistung, sondern eine Frequenz ausgewertet wird. Diese Bragg-Glasfasersensoren sind darüber hinaus unanfällig gegenüber Potentialen, wodurch eine potentialfreie Messung möglich wird. Etwaige elektrische Kurzschlüsse sind bei Bragg-Glasfasersensoren ausgeschlossen, Probleme hinsichtlich Kupferkabelführungen sowie etwaige Induktionen treten nicht auf. In Verbindung mit einem Glasfasermesskabel können mittels Bragg-Glasfasersensoren optische, multiplexfähige Messstrecken geschaffen werden, wobei je Glasfasermesskabel beispielsweise zwölf Messpunkte realisiert werden können. Im Vergleich zu einer in Vier-Draht-Technik ausgebildeten Sensorik mit Thermosensoren der Bauart PT100 ist die Zahl der seitens der Automation bereitzustellenden Eingänge erheblich reduziert. Die Bragg-Glasfasersensoren lassen sich an eine Steuereinheit beispielsweise der Bauart SIMATIC S7 und/oder an BUS-Anlagen ohne weiteres anbinden. Eine Drahtgebundenheit ist nicht zwingend. Die mittels Bragg-Glasfasersensoren erfaßten Messergebnisse sind genauer als bei aus dem Stand der Technik bekannten Temperaturmesseinrichtungen, da Messungen unmittelbar auf dem Kupfer durchgeführt werden können. So ist es beim Einsatz von Bragg-Glasfasersensoren als Thermosensoren der Temperaturmesseinrichtung beispielsweise möglich, elektrische Aggregate auf 120 kontrolliert überzubelasten bzw. bis an ihre thermische Grenzlast zu belasten, da die Wärmeentwicklung innerhalb der elektrischen Aggregate und somit der Betrieb und die Funktion derselben besser überwachbar sind, was wiederum zu einer besseren Materialausnutzung, einer höheren Effektivität sowie einem höheren Wirkungsgrad führt.This object is achieved according to the invention solved, that the thermal sensors of the temperature measuring device are designed as Bragg glass fiber sensors are. The dimensions of such Bragg glass fiber sensors are comparative low, their resilience across from comparatively high temperatures in terms of a wide range of possibilities for arranging the Bragg fiber optic sensors. Because of the measurement principle Bragg fiber optic sensors are immune to EMC, and beyond a dampening of the Measurement signals do not occur because not an output, but an Frequency is evaluated. These Bragg fiber optic sensors are beyond that unsusceptible across from Potentials, which enables a potential-free measurement. Any electrical short circuits are excluded with Bragg fiber optic sensors, problems regarding Copper cable guides as well as any induction do not occur. In connection with one Glass fiber measuring cables can optical, multiplexable measuring sections using Bragg glass fiber sensors be created, for example twelve measuring points per fiber optic cable can be realized. In comparison to a sensor system designed in four-wire technology with type PT100 thermal sensors is the number of Automation provided inputs significantly reduced. The Bragg fiber optic sensors can be connected to a control unit, for example of the type SIMATIC S7 and / or easily connected to BUS systems. A wired connection is not mandatory. The measurement results recorded using Bragg glass fiber sensors are more precise than in the case of temperature measuring devices known from the prior art, because measurements can be carried out directly on the copper. So it is when using Bragg glass fiber sensors as thermal sensors the temperature measuring device, for example, electrical units to 120 overloaded in a controlled manner or to load up to their thermal limit load, since the heat development within the electrical aggregates and thus the operation and the The function of the same can be better monitored, which in turn leads to better material utilization, higher effectiveness as well a higher one Efficiency leads.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung sind an einem Ständer eines elektrischen Schiffsantriebsmotors Bragg-Glasfasersensoren der Temperaturmesseinrichtung vorgesehen, um die dortigen Temperaturverhältnisse mit bisher nicht bekannter Qualität zu überwachen.According to an advantageous embodiment of the are monitoring device according to the invention on a stand of an electric ship propulsion engine Bragg fiber optic sensors the temperature measuring device provided to the temperature conditions there to monitor with previously unknown quality.

Vorzugsweise ist an beiden Stirnseiten des Ständers des elektrischen Schiffsantriebsmotors ein Glasfasernetzkabel angeordnet, in dem Bragg-Glasfasersensoren vorgesehen sind. Die an den Stirnseiten des Ständers des elektrischen Schiffsantriebsmotors angeordneten Glasfasermesskabel werden zweckmäßigerweise über an der Stirnseite ausgebildete Wickelköpfe der Ständerwicklung geführt, wobei vorteilhaft jedem Wickelkopf der Ständerwicklung an den Stirnseiten des Ständers ein Bragg-Glasfasersensor zugeordnet ist.Preferably on both ends of the stand a fiber optic cable is arranged in the electric ship propulsion engine, in which Bragg glass fiber sensors are provided. The ones on the end faces of the stand of the electric ship drive motor arranged fiber optic measuring cable expediently be over at the End face trained winding heads the stator winding guided, each winding head of the stator winding advantageously on the end faces of the stand a Bragg fiber optic sensor is assigned.

Aus systemtechnischen Überlegungen heraus ist es besonders zweckmäßig, wenn das Glasfasermesskabel an jedem Wickelkopf den heißesten Punkt desselben durchläuft, wobei an diesen heißesten Punkten der Wickelköpfe jeweils ein Bragg-Glasfasersensor vorgesehen ist. Hierdurch kann die Temperatur am Wickelkopf im strategisch wichtigsten Punkt desselben mit höchster Genauigkeit erfaßt werden.From system engineering considerations it is particularly expedient if the glass fiber measuring cable passes through the hottest point of each winding head, a Bragg glass fiber sensor being provided at each of these hottest points of the winding heads. As a result, the temperature at the winding head in the strategically most important point of the same can be recorded with the greatest accuracy.

Vorteilhaft sind die Bragg-Glasfasersensoren unmittelbar am Kupfer der Wickelköpfe angeordnet.The Bragg fiber optic sensors are advantageous on the copper of the winding heads arranged.

Zur Erfassung weiterer Messpunkte am Ständer des elektrischen Schiffsantriebsmotors ist es vorteilhaft, wenn ein Glasfasermesskabel in Wicklungsnuten längs der Wicklungsstäbe der Ständerwicklungen verläuft.For the acquisition of further measuring points on the stand of the electric ship propulsion engine, it is advantageous if a glass fiber measuring cable in winding slots along the winding bars of the stator windings runs.

Es ist ohne Verminderungen der Lebensdauer des elektrischen Antriebsmotors möglich, das längs der Wicklungsstäbe verlaufende Glasfasermesskabel mittels eines langlebigen Harzes oder mittels Glaslotes am Kupfer der Ständerwicklung anzubringen bzw. anzukleben. Als langlebiges Harz kann dasjenige Harz bzw. Epoxidharz eingesetzt werden, welches auch für Läuferbandagen eingesetzt wird.It is without any reduction in lifespan of the electric drive motor possible along the winding bars running fiber optic measuring cables using a durable resin or to be attached to the copper of the stator winding by means of glass solder or to glue. The resin or epoxy resin can be used as a durable resin be used, which is also used for rotor bandages.

Vorzugsweise sind am in Längsrichtung der Wicklungsstäbe verlaufenden Glasfasermesskabel in geeigneter Weise zueinander beabstandete, vorzugsweise zueinander gleich beabstandete Bragg-Glasfasersensoren vorgesehen.Are preferably in the longitudinal direction of the winding bars extending glass fiber measuring cable in a suitable manner spaced from each other, preferably equally spaced Bragg glass fiber sensors intended.

Darüber hinaus können an den in Längsrichtung des Ständers verlaufenden Glasfasermesskabeln an den Wickelköpfen der Ständerwicklung jeweils weitere Bragg-Glasfasersensoren vorgesehen sein.In addition, can the lengthways of the stand running glass fiber measuring cables on the winding heads of the stator winding each further Bragg glass fiber sensors can be provided.

Da sich der Läufer eines elektrischen Schiffsantriebsmotors ebenfalls erwärmt, was zu Velustleistungen führt, ist es vorteilhaft, gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung am Läufer des elektrischen Schiffsantriebsmotors Bragg-Glasfasersensoren der Temperaturmesseinrichtung vorzusehen.Because the runner of an electric ship propulsion engine also warmed which leads to Velust performances, it is advantageous according to another embodiment the monitoring device according to the invention on the runner of the electric ship propulsion engine Bragg fiber optic sensors To provide temperature measuring device.

Zur Anordnung von Bragg-Glasfasersensoren am Läufer des elektrischen Schiffsantriebsmotors ist es vorteilhaft, zumindest ein Glasfasermesskabel in Form einer Stichleitung in Längsrichtung des Läufers zu verlegen, wobei zweckmäßigerweise mehrere in Längsrichtung des Läufers des elektrischen Schiffsantriebsmotors verlegte Glasfasermesskabel in Umfangsrichtung des Läufers gleichmäßig beabstandet sein sollten.For the arrangement of Bragg glass fiber sensors on the runner of the electric ship propulsion engine, it is advantageous, at least a fiber optic measuring cable in the form of a stub in the longitudinal direction of the runner to lay, expediently several in longitudinal direction of the runner of the electric ship propulsion engine Circumferential direction of the rotor evenly spaced should be.

Die an den am Läufer vorgesehenen Glasfasermesskabeln ausgebildeten Bragg-Glasfasersensoren sind vorteilhaft gleich beabstandet zueinander in Längsrichtung des Läufers angeordnet.The on the fiber optic measuring cables provided on the runner trained Bragg glass fiber sensors are advantageously equally spaced to each other in the longitudinal direction of the runner arranged.

Die Glasfasermesskabel mit den Bragg-Glasfasersensoren können unter Epoxid-Bandagen des Läufers verlegt sein.The fiber optic measuring cables with the Bragg fiber optic sensors can under the epoxy bandages of the runner be misplaced.

Vorteilhaft werden die Glasfasermesskabel nahe einer Stirnseite des Läufers des elektrischen Schiffsantriebsmotors aus einer Hohlwelle des Läufers herausgeführt.The fiber optic measurement cables are advantageous one end of the runner of the electric ship propulsion engine out of a hollow shaft of the rotor.

Messsignale von den Bragg-Glasfasersensoren können dann aus den längs des Läufers verlaufenden Glasfasermesskabeln berührungslos über Luft ausgelesen werden. Bei einer Auskopplung der Messsignale auf rein optischem Wege über die Luft ist es vorteilhaft, wenn die am Läufer vorgesehenen Glasfasermesskabel an ihren aus der Hohlwelle des Läufers herausgeführten Enden mit Linsen ausgebildet sind. Diese Linsen bewirken ein Aufweiten und im Umkehrschluß ein Fokussieren des Mess- bzw. Lichtsignals. Darüber hinaus wird neben der Berührungslosigkeit im Falle von optischer Übertragung als weiterer Vorteil dieser Art der Übertragung mit zunehmender Größe der optischen Durchtrittsfläche die Verschmutzung unproblematischer.Measurement signals from the Bragg glass fiber sensors can then from the lengthways of the runner running fiber optic measuring cables can be read out contactlessly over air. When the measurement signals are decoupled purely optically via the Air it is advantageous if the fiber optic measuring cables provided on the rotor on their from the hollow shaft of the rotor led out Ends are formed with lenses. These lenses widen and in reverse Focusing the measurement or light signal. In addition to being non-contact in the case of optical transmission as another advantage of this type of transmission with increasing Size of the optical Passage area pollution less problematic.

Darüber hinaus ist es möglich, die am Läufer vorgesehenen Glasfasermesskabel über Heidenhein-Geber oder anderweitige Übertrager auszulesen.In addition, it is possible to provided on the runner Glass fiber measuring cable over Read Heidenhein sensors or other transmitters.

Wie bereits erwähnt, sind die mittels der Bragg-Glasfasersensoren ausgebildeten Messpunkte in regelmäßigen Abständen auf den in Form von Stichleitungen vorgesehenen Glasfaser messkabeln anzuordnen, wobei Messpunkte ggf. genau mittig des Läufers vorgesehen sein können.As already mentioned, these are by means of the Bragg glass fiber sensors trained measuring points at regular intervals on the stub lines to arrange the provided fiber optic measuring cables, exactly in the middle of the runner can be provided.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung sind Bragg-Glasfasersensoren der Temperaturmesseinrichtung im Bereich von Bürsten und Schleifringen des Energieübertragungssystems der elektrischen Schiffsantriebsanlage vorgesehen. Die üblicherweise als Kupferschleifringe bzw. dazugehörige Kohlebürsten ausgebildeten Stromübertragungselemente sind bei Unregelmäßigkeiten im Betrieb, z.B. bei abgenutzten Kohlebürsten und Kurzschlüssen, besonders gefährdet, so dass ihre thermische Überwachung mittels Bragg-Glasfasersensoren der Temperaturmesseinrichtung besonders zweckmäßig erscheint, um im Falle von Schäden am Schleifring Sekundärschäden zu vermeiden.According to another advantageous embodiment the monitoring device according to the invention are Bragg glass fiber sensors of the temperature measuring device in the area of brushes and slip rings of the energy transmission system the electric ship propulsion system. The usual current transmission elements designed as copper slip rings or associated carbon brushes are in case of irregularities in operation, e.g. with worn carbon brushes and short circuits, especially endangered, so their thermal monitoring using Bragg glass fiber sensors of the temperature measuring device in particular seems appropriate to in case of damage to avoid secondary damage to the slip ring.

Vorteilhaft ist hierzu auf jeden Schleifring des Energieübertragungssystems ein Glasfasermesskabel mit Bragg-Glasfasersensoren aufgeklebt. Die Bragg-Glasfasersenoren sind zweckmäßigerweise gleich beabstandet zueinander im auf den Schleifring aufgeklebten Glasfasermesskabel angeordnet.This is advantageous to everyone Slip ring of the energy transmission system a fiber optic measuring cable with Bragg fiber optic sensors glued on. The Bragg fiber optic sensors are expediently the same spaced from each other in the glass fiber measuring cable glued to the slip ring arranged.

Sofern die im auf den Schleifring aufgeklebten Glasfasermesskabel vorgesehenen Bragg-Glasfasersensoren einen Winkelab ` stand von 11, 25 Grad zueinander aufweisen, ist es möglich, auf dem Schleifring 32 Bragg-Glasfasersensoren vorzusehen, so dass mit Hilfe dieser 32 Messstellen eine exakte Wärmesignatur des Schleifrings erstellt werden kann, was wiederum Rückschlüsse auf den Zustand der dem Schleifring zugeordneten Kohlebürsten zuläßt.If the Bragg glass fiber sensors provided in the glass fiber measuring cable glued to the slip ring have an angular distance of 11, 25 Having degrees to each other, it is possible on the slip ring 32 Bragg fiber optic sensors should be provided so that with the help of this 32 Measuring points an exact heat signature of the slip ring can be created, which in turn allows conclusions to be drawn about the condition of the carbon brushes assigned to the slip ring.

Die Bragg-Glasfasersensoren der Temperaturmesseinrichtung sind vorteilhaft über die Glasfasermesskabel und ggf. weitere Leitungselemente an einen Polychromator angeschlossen, der als Bestandteil einer Auswerteeinheit fungiert.The Bragg glass fiber sensors of the temperature measuring device are advantageously connected via the glass fiber measuring cables and, if necessary, further line elements connected a polychromator, which functions as part of an evaluation unit.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The invention is explained below of embodiments explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigen:Show it:

1 eine Prinzipdarstellung eines Bragg-Glasfasersensors im Querschnitt; 1 a schematic diagram of a Bragg glass fiber sensor in cross section;

2 eine Prinzipdarstellung des in 1 gezeigten Bragg-Glasfasersensors in Draufsicht; 2 a schematic diagram of the in 1 Bragg fiber optic sensor shown in plan view;

3 eine Prinzipdarstellung eines Ständers eines elektrischen Schiffsantriebsmotors mit einer erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung; 3 a schematic diagram of a stator of an electric ship propulsion engine with a temperature measuring device according to the invention;

4 eine Prinzipdarstellung eines mit einem Bragg-Glasfasersensor ausgerüsteten Wickelkopfes des in 3 gezeigten Ständers; 4 a schematic diagram of a winding head equipped with a Bragg glass fiber sensor in 3 stand shown;

5 eine weitere Ausführungsform eines mit einer erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung ausgerüsteten Ständers in Prinzipdarstellung; 5 a further embodiment of a stand equipped with a temperature measuring device according to the invention in a schematic diagram;

6 eine Prinzipdarstellung eines mit einer erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung ausgerüsteten Läufers des elektrischen Schiffsantriebsmotors; 6 a schematic representation of a rotor equipped with a temperature measuring device according to the invention of the electric ship propulsion engine;

7 den Ausschnitt A aus 6 in Vergrößerung; und 8 eine Prinzipdarstellung eines mit einer erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung ausgerüsteten Schleifrings eines Energieübertragungssystems der elektrischen Schiffsantriebsanlage. 7 the section A from 6 in enlargement; and 8th a schematic representation of a slip ring equipped with a temperature measuring device according to the invention of an energy transmission system of the electric ship propulsion system.

Mit Hilfe eines in den 1 und 2 prinzipiell dargestellten Bragg-Glasfasersensors 1 sind exakte Temperaturmessungen unmittelbar an dem zu überwachenden Bauteil bzw. Element möglich.With the help of a 1 and 2 principally shown Bragg glass fiber sensor 1 exact temperature measurements are possible directly on the component or element to be monitored.

Der Bragg-Glasfasersensor 1 ist in einem Glasfasermesskabel 2 realisiert, welches über ein Quarzschiffchen 3 an einem elektrischen Leiter 4 geführt ist. Im Bereich des Quarzschiffchens 3 ist der Bragg-Glasfasersensor innerhalb des Glasfasermesskabels 2 ausgebildet.The Bragg fiber optic sensor 1 is in a fiber optic measuring cable 2 realized which over a quartz boat 3 on an electrical conductor 4 is led. In the area of the quartz boat 3 is the Bragg fiber optic sensor inside the fiber optic measurement cable 2 educated.

Das in 2 im Prinzip gezeigte Quarzschiffchen ist beispielsweise 10 mm lang, 2 mm breit und 1,5 mm hoch. Beidseits des Quarzschiffchens 3 gehören zu dem Messaufbau Isolierbandstreifen 5. Der Messaufbau kann innerhalb eines in 2 lediglich angedeuteten Kapton-Foliengehäuses 6 aufgenommen sein. Der Messaufbau und der elektrische Leiter 4 werden mit Isolierband umwickelt. Es sei darauf hingewiesen, dass sich auch andere Werkstoffe als Sensorträger eignen, z.B. Werkstoffe mit hohen linearen Ausdehnungskoeffizienten, die die Empfindlichkeit erhöhen.This in 2 the quartz boat shown in principle is, for example, 10 mm long, 2 mm wide and 1.5 mm high. On both sides of the quartz boat 3 belong to the measuring setup of insulating tape strips 5 , The measurement setup can be carried out within one in 2 only indicated Kapton foil housing 6 be included. The measurement setup and the electrical conductor 4 are wrapped with insulating tape. It should be noted that other materials are also suitable as sensor carriers, for example materials with high linear expansion coefficients that increase the sensitivity.

Der über die Länge des Quarzschiffchens 3 sich erstreckende Bragg-Glasfasersensor 1 kann beispielsweise eine Länge von 1 cm aufweisen. Bei üblichen Brag-Glasfasersensoren 1 ist eine Längendehnung von maximal 1 % möglich, ohne dass das Glasfasermesskabel 2 reißt. Der Einsatz derartiger Bragg-Glasfasersensoren 1 in elektromagnetisch verseuchter Umgebung ist störungsfrei und problemlos möglich..The length of the quartz boat 3 extending Bragg fiber sensor 1 can have a length of 1 cm, for example. With standard Brag glass fiber sensors 1 a maximum elongation of 1% is possible without the fiber optic measuring cable 2 tears. The use of such Bragg glass fiber sensors 1 in an electromagnetically contaminated environment is trouble-free and possible without any problems ..

Innerhalb einer durch ein Glasfasermesskabel 2 gebildeten optischen, multiplexfähigen Messstrecke sind maximal zwölf Messpunkte in Form von zwölf Bragg-Glasfasersensoren 1 realisierbar, wobei eine Infrarot-LED eingesetzt wird, die breitbandig, die zwölf Frequenzen umfassend abstrahlen kann.Inside one by a fiber optic measurement cable 2 The optical, multiplex-capable measuring section formed is a maximum of twelve measuring points in the form of twelve Bragg glass fiber sensors 1 realizable, whereby an infrared LED is used, the broadband, which can radiate twelve frequencies comprehensively.

Mit derartigen Bragg-Glasfasersensoren 1 läßt sich eine streckenneutrale Informationsverarbeitung verwirklichen, da nicht die Intensität, sondern die Frequenz des reflektierten Signals ausgewertet wird. Eine Ortscodierung bezüglich einzelner Bragg-Glasfasersensoren 1 im Glasfasermesskabel 2 ist möglich. Die Signalübertragung erfolgt mit Lichtgeschwindigkeit, so dass als zeitbeschränkender Faktor einer die Bragg-Glasfasersensoren 1 aufweisenden Temperaturmesseinrichtung die elektrische Auswertung der Signale anzusehen ist.With such Bragg glass fiber sensors 1 a route-neutral information processing can be realized since it is not the intensity but the frequency of the reflected signal that is evaluated. A location encoding for individual Bragg fiber sensors 1 in the glass fiber measuring cable 2 is possible. The signal is transmitted at the speed of light, so that one of the Bragg glass fiber sensors is a time-limiting factor 1 having temperature measuring device, the electrical evaluation of the signals can be viewed.

Die Lebensdauer derartiger Bragg-Glasfasersensoren 1 ist abhängig von der Art der Anbringung bzw. Klebung am elektrischen Leiter 4. Bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der den Messabschnitt des Glasfasermesskabels 2 ausbildende Bragg-Glasfasersensor 1 auf das Quarzschiffchen 3 aufgelötet. Des weiteren ist es möglich, den Bragg-Glasfasersensor 1 bzw. den Messbereich des Glasfasermesskabels 2 – geschützt mit einer Umschichtung von ca. 100μm Acrylat – auf die Messstelle aufzukleben. Als Hochtemperaturumschichtungen, d.h. bei Temperaturen, die oberhalb von ca. 80 Grad C liegen, kommen Polyimid, Ormocer, Teflon, Silikon u.a. in Frage.The service life of such Bragg fiber optic sensors 1 depends on the type of attachment or gluing to the electrical conductor 4 , In the in the 1 and 2 The exemplary embodiment shown is the measuring section of the glass fiber measuring cable 2 Bragg fiber optic sensor 1 on the quartz boat 3 soldered. It is also possible to use the Bragg fiber optic sensor 1 or the measuring range of the glass fiber measuring cable 2 - protected with a layer of approx. 100μm acrylate - to be glued to the measuring point. Polyimide, Ormocer, Teflon, silicone and others are suitable as high-temperature coatings, ie at temperatures which are above approximately 80 degrees C.

Ein in 3 im Prinzip dargestellter Ständer 7 eines elektrischen Schiffantriebsmotors, der beispielsweise Bestandteil eines POD-Schiffsantriebs, der im übrigen nicht gezeigt ist, ist, ist mit einer Temperaturmesseinrichtung ausgerüstet, zu der eine Vielzahl von Bragg-Glasfasersensoren 1 gehört. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform sind an beiden Stirnseiten 8, 9 des Ständers 7 Glasfasermesskabel 10, 11 vorgesehen. Der Aufbau der Temperaturmesseinrichtung an den beiden Stirnseiten 8, 9 des Ständers 7 ist analog, so dass im folgenden lediglich die an der in 3 rechten Stirnseite 8 des Ständers 7 gezeigte Temperaturmesseinrichtung im einzelnen dargestellt wird.An in 3 stand shown in principle 7 An electric ship drive motor, which is part of a POD ship drive, for example, which is not shown in the rest, is equipped with a temperature measuring device to which a large number of Bragg glass fiber sensors are used 1 heard. At the in 3 Embodiment shown are on both ends 8th . 9 of the stand 7 Fiberglass Leads 10 . 11 intended. The structure of the temperature measuring device on both ends 8th . 9 of the stand 7 is analog, so that in the following only those at the in 3 right face 8th of the stand 7 shown temperature measuring device is shown in detail.

Das Glasfasermesskabel 10 läuft ringartig über an der Stirnseite 8 des Ständers 7 vorstehende Wickelköpfe 12 einer Ständerwicklung des Ständers 7. Aus systemtechnischen Überlegungen heraus ist das Glasfasermesskabel 10, wie sich insbesondere aus der vergrößerten Darstellung in 4 ergibt, exakt im heißesten Punkt der Wickelköpfe 12 verlegt. In diesen heißesten Punkten der Wickelköpfe 12 sind im Glasfasermesskabel 10, wie durch die Striche in 3 angedeutet, Bragg-Glasfasersensoren 1 vorgesehen. Hierdurch wird die Temperatur der Wickelköpfe 12 im kritischsten Punkt der Wickelköpfe 12 unmittelbar auf dem Kupfer gemessen. Das Glasfasermesskabel 10 ist – wie entsprechend das an der anderen Stirnseite 9 des Ständers 7 vorgesehene Glasfasermesskabel 11 – an einen in den FIGUREN nicht gezeigten Polychromator angeschlossen, der einen Bestandteil einer Auswerteeinheit der Temperaturmesseinrichtung bildet.The fiber optic measuring cable 10 overflows like a ring on the front 8th of the stand 7 protruding winding heads 12 a stator winding of the stator 7 , The fiber optic measuring cable is based on system engineering considerations 10 , as can be seen in particular from the enlarged representation in 4 results, exactly in the hottest point of the winding heads 12 laid. In these hottest points of the winding heads 12 are in the fiber optic measuring cable 10 as through the dashes in 3 indicated, Bragg fiber optic sensors 1 in front seen. This will change the temperature of the end windings 12 at the most critical point of the winding heads 12 measured directly on the copper. The fiber optic measuring cable 10 is - as is the case on the other end 9 of the stand 7 provided fiber optic measuring cable 11 - Connected to a polychromator, not shown in the FIGURES, which forms part of an evaluation unit of the temperature measuring device.

Zur Erfassung der Temperaturverhältnisse in weiteren Bereichen des Ständers 7 des elektrischen Schiffsantriebsmotors kann ein in 5 prinzipiell gezeigtes Glasfasermesskabel 13 dienen, welches außer über die Wickelköpfe 14, 15, die an den unterschiedlichen Stirnseiten 8, 9 des Ständers 7 ausgebildet sind, in den Wicklungsnuten 16 entlang der Ständerwicklung in Längsrichtung des Ständers 7 verläuft. Dieses Glasfasermesskabel 13 hat an den beiden Stirnseiten 8, 9 des Ständers 7 jeweils einen Bragg-Glasfasersensor 1, der dem heißesten Punkt des jeweiligen Wickelkopfes 14 bzw. 15 zugeordnet ist. Des weiteren sind in das Glasfasermesskabel 13 weitere Bragg-Glasfasersensoren 1 integriert, die in Längsrichtung des Ständers 7 bzw. der Wicklungsnut 16 aufeinanderfolgend und mit gleichen Abständen zueinander vorgesehen sind. Die entsprechend angeordneten Bragg-Glassensoren 1 sind in 5 durch Striche dargestellt.For recording the temperature conditions in other areas of the stand 7 of the electric ship propulsion engine can be in 5 basically shown fiber optic measuring cable 13 serve which except over the winding heads 14 . 15 that on the different end faces 8th . 9 of the stand 7 are formed in the winding slots 16 along the stator winding in the longitudinal direction of the stator 7 runs. This fiber optic measurement cable 13 has on both ends 8th . 9 of the stand 7 one Bragg fiber optic sensor each 1 , the hottest point of the respective winding head 14 respectively. 15 assigned. Furthermore are in the fiber optic measuring cable 13 further Bragg fiber optic sensors 1 integrated in the longitudinal direction of the stand 7 or the winding slot 16 are provided in succession and at equal distances from each other. The correspondingly arranged Bragg glass sensors 1 are in 5 represented by dashes.

Das Glasfaserkabel 13 kann unter Verwendung eines langlebigen Harzes, wie es beispielsweise auch für Läuferbandagen zum Einsatz kommt, an der Ständerwicklung des Ständers 7 angebracht bzw. angeklebt werden. Alternativ kann Glaslot zur Anbringung des Glasfasermesskabels 13 verwendet werden.The fiber optic cable 13 can be used on the stator winding of the stator using a durable resin, such as is also used for rotor bandages 7 attached or glued. Alternatively, glass solder can be used to attach the fiber optic measuring cable 13 be used.

Die Bragg-Glasfasersensoren 1 des Glasfasermesskabels 13 sind in der prinzipiell anhand der 1 und 2 dargestellten Weise realisiert.The Bragg fiber optic sensors 1 of the fiber optic measuring cable 13 are in principle based on the 1 and 2 shown way realized.

Zusätzlich zum Ständer 7 soll im Falle der Temperaturmesseinrichtung der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung auch ein in 6 prinzipiell dargestellter Läufer 17 des elektrischen Schiffsantriebsmotors hinsichtlich seiner Temperatur verhältnisse überwacht werden. Der Läufer 17 ist im Prinzip rohrförmig ausgebildet, wobei auf das Rohr in 6 im einzelnen nicht dargestellte Permanentmagnete aufgeschraubt sind. Des weiteren ist der Läufer 7 mit Bandagen umwickelt, die durch Epoxidharz getränkt sind.In addition to the stand 7 in the case of the temperature measuring device of the monitoring device according to the invention, an in 6 principally represented runner 17 of the electric ship propulsion engine with regard to its temperature conditions are monitored. The runner 17 is in principle tubular, with the tube in 6 permanent magnets, not shown, are screwed on. Furthermore, the runner 7 wrapped with bandages soaked in epoxy.

Zur Messung der Temperaturverhältnisse am Läufer 17 sind über den Umfang des rohrförmigen Läufers 17 gleichmäßig beabstandete Glasfasermesskabel 18 vorgesehen, von denen in 6 lediglich eines dargestellt ist. Die Glasfasermesskabel 18 verlaufen unterhalb der in 6 nicht dargestellten Epoxidharz-Bandagen in Längsrichtung des Läufers 17. Die Bragg-Glasfasersensoren 1, die in das in Längsrichtung des Läufers 17 verlaufende Glasfasermesskabel 18 integriert sind, sind in 6 durch Striche hinsichtlich ihrer Anordnung gezeigt. Die Bragg-Glasfasersensoren 1 des Glasfasermesskabels 18 können in Längsrichtung des Läufers 17 zueinander gleich beabstandet sein.For measuring the temperature conditions on the rotor 17 are about the circumference of the tubular runner 17 evenly spaced fiber optic cables 18 provided, of which in 6 only one is shown. The fiber optic measuring cables 18 run below the in 6 Epoxy resin bandages, not shown, in the longitudinal direction of the rotor 17 , The Bragg fiber optic sensors 1 that in the longitudinal direction of the runner 17 running fiber optic measuring cables 18 are integrated in 6 shown by dashes with regard to their arrangement. The Bragg fiber optic sensors 1 of the fiber optic measuring cable 18 can in the longitudinal direction of the runner 17 be equally spaced from each other.

Die Glasfasermesskabel 18, die längs des Läufers 17 verlaufend ausgebildet sind, werden nahe einer Stirnseite 19 des Läufers 17 aus der im dargestellten Ausführungsbeispiel als gebohrte Hohlwelle 20 ausgebildeten Welle des Läufers 17 herausgeführt. The fiber optic measuring cables 18 that run along the runner 17 are designed to be trending near an end face 19 of the runner 17 from the embodiment shown as a drilled hollow shaft 20 trained shaft of the runner 17 led out.

An ihren aus der Hohlwelle 20 des Läufers 17 herausgeführten Enden weisen die Glasfasermesskabel 18 sich erweiternde Linsen 21 auf, über die die optische Übertragung berührungslos über Luft erfolgen kann. Alternativ ist eine Weiterleitung von Signalen über optische Drehkupplungen von Letlon oder Hughes oder anderweitige Übertrager möglich. Die Polychromatorauswerteeinheit kann auch auf dem drehenden Läufer 17 untergebracht sein. Nur dann sind elektrische Signalübertrager möglich.On her from the hollow shaft 20 of the runner 17 the fiber optic measuring cables have led out ends 18 expanding lenses 21 on which the optical transmission can take place without contact over air. Alternatively, signals can be forwarded via optical rotary couplings from Letlon or Hughes or other transmitters. The polychromator evaluation unit can also be on the rotating rotor 17 be housed. Only then are electrical signal transmitters possible.

Die als Linsen 21 ausgebildeten Enden der Glasfasermesskabel 18 bewirken eine Aufweitung und im Umkehrschluss eine Fokus sierung der übertragenen Lichtsignale. Dies geht besser aus 7 hervor, in der die am Ende eines Glasfasermesskabels 18 ausgebildete Linse 21 sowie eine Linse 22 einer Anschlussleitung vergrößert dargestellt sind.The as lenses 21 trained ends of the fiber optic measuring cable 18 cause a widening and, conversely, focusing of the transmitted light signals. This works out better 7 in the end of a fiber optic cable 18 trained lens 21 as well as a lens 22 a connecting line are shown enlarged.

Auch im Bereich der Energieübertragungssysteme von Schiffsantriebsanlagen, insbesondere von POD-Schiffsantrieben, kann eine Überwachung der Temperaturverhältnisse zu betrieblichen Vorteilen führen. Temperaturprobleme im Bereich der Energieübertragungssysteme treten insbesondere im Bereich der Bürsten und Schleifringe auf. Um die Temperaturverhältnisse dort besser zu erfassen, ist, wie sich prinzipiell aus 8 ergibt, auf jeden Schleifring 23 des Energieübertragungssystems des POD-Schiffsantriebs ein Glasfasermesskabel 24 aufgeklebt. In das Glasfasermesskabel 24 sind – bei dem in 8 prinzipiell gezeigten Ausführungsbeispiel – 32 Messstellen in Form von Bragg-Glasfasersensoren 1 eingebracht. Da die Bragg-Glasfasersensoren 1, die in 8 durch Striche gekennzeichnet sind, im gleichen Umfangsabstand zueinander angeordnet sind, beträgt ihr Winkelabstand 11,25 Grad des durch den Schleifring 23 gebildeten Vollkreises. Bei einem Durchmesser des Schleifrings 23 von ca. 0,48 m, woraus sich ein Umfang des Schleifrings 23 von 1,5 m ergibt, beträgt der Längenabstand zwischen den einzelnen Bragg-Glasfasersensoren 1 des auf den Schleifring 23 aufgeklebten Glasfasermesskabels 24 entsprechend ca. 4,5 cm. Mit Hilfe der durch das Glasfasermesskabel 24 realisierten Bragg-Glasfasersensoren 1 läßt sich eine Wärmesignatur des Schleifrings 23 erstellen, was wiederum Rückschlüsse auf den Zustand der dem Schleifring 23 zugeordneten Kohlebürsten zuläßt.Monitoring the temperature conditions can also lead to operational advantages in the field of energy transmission systems for ship propulsion systems, in particular POD ship propulsion systems. Temperature problems in the area of energy transmission systems occur particularly in the area of brushes and slip rings. In order to better understand the temperature conditions there, it is basically how 8th results on every slip ring 23 of the energy transmission system of the POD ship drive a fiber optic measuring cable 24 glued. In the fiber optic measuring cable 24 are - at the in 8th embodiment shown in principle - 32 Measuring points in the form of Bragg glass fiber sensors 1 brought in. Because the Bragg fiber optic sensors 1 , in the 8th are marked by lines, are arranged at the same circumferential distance from each other, their angular distance 11 . 25 Degree of through the slip ring 23 formed full circle. With a diameter of the slip ring 23 of approximately 0.48 m, which results in a circumference of the slip ring 23 of 1.5 m, the length distance between the individual Bragg glass fiber sensors is 1 of the slip ring 23 glued fiber optic measuring cable 24 correspondingly approx.4.5 cm. With the help of the fiber optic measurement cable 24 implemented Bragg fiber optic sensors 1 can be a heat signature of the slip ring 23 create, which in turn draws conclusions on the condition of the slip ring 23 allows assigned carbon brushes.

Auch die dem in 6 gezeigten Läufer zugeordneten Glasfasermesskabel 18 sowie das dem in 8 dargestellten Schleifring 23 zugeordnete Glasfasermesskabel 24 sind an einen Polychromator angeschlossen, der einen Bestandteil der Auswerteeinheit der Temperaturmesseinrichtung der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung bildet.Even the one in 6 shown fiber assigned optical fiber measuring cable 18 as well as the in 8th illustrated slip ring 23 assigned fiber optic measuring cables 24 are connected to a polychromator connected, which forms part of the evaluation unit of the temperature measuring device of the monitoring device according to the invention.

Claims

Monitoring device for electrical ship propulsion systems, e.g. for POD ship propulsion, with a temperature measuring device ( 10, 11, 1; 13, 1; 18, 1; 24, 1 ), by means of which the temperature in critical areas of the electric ship propulsion system can be monitored and to which thermal sensors are arranged in or on these critical areas ( 1 ) include, characterized in that the thermal sensors of the temperature measuring device as Bragg glass fiber sensors ( 1 ) are trained.

Monitoring device according to claim 1, in which on a stand ( 7 ) of an electric ship propulsion engine Bragg fiber optic sensors ( 1 ) of the temperature measuring device are provided.

Monitoring device according to claim 2, in which on at least one, preferably on both end faces ( 8th . 9 ) of the stand ( 7 ) of the electric ship propulsion engine a fiber optic measuring cable ( 10 . 11 ) with the Bragg fiber optic sensors ( 1 ) is arranged.

Monitoring device according to claim 3, wherein the on the end face ( 8th . 9 ) of the stand ( 7 ) of the electric ship drive motor arranged fiber optic measuring cables ( 10 . 11 ) on the front ( 8th . 9 ) trained winding heads ( 12 ) the stator winding is guided.

Monitoring device according to Claim 4, in which each winding head ( 12 ) of the stator winding on the front ( 8th . 9 ) of the stand ( 7 ) a Bragg fiber optic sensor ( 1 ) assigned.

Monitoring device according to Claim 5, in which the glass fiber measuring cable ( 10 . 11 ) on each end winding ( 12 ) passes through its hottest point, with the Bragg fiber optic sensors ( 1 ) at the hottest points of the winding heads ( 12 ) are arranged.

Monitoring device according to Claim 5 or 6, in which the Bragg glass fiber sensors ( 1 ) directly on the copper of the winding heads ( 12 ) are arranged.

Monitoring device according to one of Claims 1 to 7, in which a glass fiber measuring cable ( 13 ) in winding slots ( 16 ) runs along the winding bars of the stator windings.

Monitoring device according to Claim 8, in which the glass fiber measuring cable ( 13 ) is attached to the copper of the stator winding using a durable resin.

Monitoring device according to Claim 8, in which the glass fiber measuring cable ( 13 ) is attached to the copper of the stator winding by means of glass solder.

Monitoring device according to one of Claims 8 to 10, in the case of which the glass fiber measuring cable (in the longitudinal direction of the winding rods) 13 ) Bragg glass fiber sensors spaced apart, preferably equally spaced ( 1 ) are provided.

Monitoring device according to claim 11, in which in the longitudinal direction of the stand ( 7 ) running fiber optic measuring cables ( 13 ) on the winding heads ( 14 . 15 ) the stator winding each have a Bragg fiber optic sensor ( 1 ) exhibit.

Monitoring device according to one of claims 1 to 12, in which on a rotor ( 17 ) of the electric ship propulsion engine Bragg fiber optic sensors ( 1 ) of the temperature measuring device are provided.

Monitoring device according to Claim 13, in which at least one glass fiber measuring cable ( 18 ) on which the Bragg fiber optic sensors ( 1 ) of the temperature measuring device are provided, in the longitudinal direction of the rotor ( 17 ) of the electric ship propulsion engine.

Monitoring device according to claim 14, in which a plurality in the longitudinal direction of the rotor ( 17 ) of the electric ship propulsion engine installed fiber optic measuring cables ( 18 ) in the circumferential direction of the rotor ( 17 ) are evenly spaced.

Monitoring device according to claim 14 or 15, wherein the to the on the rotor ( 17 ) provided fiber optic measuring cables ( 18 ) trained Bragg fiber optic sensors ( 1 ) equally spaced in the longitudinal direction of the rotor ( 17 ) are arranged.

Monitoring device according to one of Claims 14 to 16, in which the glass fiber measuring cable ( 18 ) under the epoxy bandages of the runner ( 17 ) are misplaced.

Monitoring device according to one of Claims 14 to 17, in which the glass fiber measuring cable ( 18 ) near one end ( 19 ) of the runner ( 17 ) of the electric ship propulsion motor from a hollow shaft ( 20 ) of the runner ( 17 ) are brought out.

Monitoring device according to one of claims 14 to 18, wherein the on the rotor ( 17 ) provided fiber optic measuring cable ( 18 ) can be read out contactlessly via air.

Monitoring device according to claim 19, wherein the on the rotor ( 17 ) provided fiber optic measuring cable ( 18 ) on their from the hollow shaft ( 20 ) of the runner ( 17 ) led out ends with lenses ( 21 ) are trained.

Monitoring device according to one of claims 14 to 18, wherein the on the rotor ( 17 ) provided fiber optic measuring cable ( 18 ) can be read out via Heidenhein sensors or other transmitters.

Monitoring device according to one of Claims 1 to 21, in the case of the Bragg glass fiber sensors ( 1 ) the temperature measuring device in the area of brushes and slip rings ( 23 ) of the energy transmission system of the electric ship propulsion system are provided.

Monitoring device according to Claim 22, in which each slip ring ( 23 ) of the energy transmission system a fiber optic measuring cable ( 24 ) with Bragg fiber optic sensors ( 1 ) is glued on.

Monitoring device according to Claim 23, in which the Bragg glass fiber sensors ( 1 ) equally spaced from each other in the slip ring ( 23 ) glued fiber optic measuring cable ( 24 ) are arranged.

Monitoring device according to claim 24, in which the on the slip ring ( 23 ) glued fiber optic measuring cable ( 24 ) provided Bragg glass fiber sensors ( 1 ) have an angular distance of 11.25 degrees to each other.

Monitoring device according to one of Claims 1 to 25, in which the Bragg glass fiber sensors ( 1 ) the temperature measuring device are connected to a polychromator, which functions as part of an evaluation unit.