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Anordnung zur Meldung eines einstellbaren Integrals Die unterschiedliche
Erwärmung oder Abkühlung von Bauteilen einer Maschine kann zu unliebsamen Störungen
im Betrieb, zu Beschädigungen oder zur Zerstörung solcher Maschinen führen. Dies
trifft in besonderem Maße für Wärmekraftmaschinen zu, bei denen sich üblicherweise
an dem vom Dampf beaufschlagten beweglichen Teil Temperaturänderungen schneller
auswirken als am feststehenden. Da sich die Temperatur der Bauteile mit zeitlicher
Verzögerung ausgleicht, ist zwar bei Änderungen im Betriebszustand der Maschine
ein Temperaturunterschied nicht zu vermeiden, jedoch ist es Betriebsvorschrift,
einen höchstzulässigen Temperaturunterschied nicht zu überschreiten.
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Man verfährt nun in der Praxis normalerweise so, daß man der Überwachung
des Erwärmungszustandes solcher Maschinen die Temperaturänderungsgeschwindigkeit
beispielsweise des sich schnell erwärmenden Bauteils zugrundelegt. Dieses Verfahren
bringt den Vorteil mit sich, daß nur an einer Meßstelle gemessen zu werden braucht.
Die Messung erfolgt hierbei z. B. in bekannter Weise mittels eines Tendenz-Thermoelementes,
das unter Betriebsverhältnissen geeicht worden ist. Ein solches Tendenz-Thermoelement
gibt eine Spannung ab, die mit allerdings verzögertem Übergangsverhalten der Temperaturänderungsgeschwindigkeit
proportional ist und bei Überschreiten eines Grenzwertes beispielsweise die Abgabe
eines Warnsignals bewirkt.
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Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß sich der einer solchen
Grenzwertüberschreitung der Temperaturänderungsgeschwindigkeit entsprechende gefährliche
Temperaturunterschied der Bauteile erst nach längerer Zeit einstellt. Wenn man nämlich
davon ausgeht, daß als Anfangsbedingung die Temperaturen der Bauteile ausgeglichen
waren und sich der eine Bauteil daraufhin schnell erwärmt, so wird sich erst nach
und nach eine dieser Anderungsgeschwindigkeit proportionale Temperaturdifferenz
zwischen den Bauteilen ergeben, so daß also auch bei Überschreiten des Grenzwertes
der Temperaturänderungsgeschwindigkeit die Abgabe eines Warnsignals erst nach längerer
Zeit erforderlich ist; da aber bei dem bekannten Verfahren das Warnsignal bereits
bei jedem Überschreiten des Grenzwertes der Temperaturänderungsgeschwindigkeit gegeben
wird, erfolgt die Warnung zu früh. Schwankt zudem die Temperaturänderungsgeschwindigkeit
noch in solcher Weise, daß sie während kürzerer Zeitintervalle abwechselnd den Grenzwert
über- und unterschreitet, so werden hierbei wiederholt Warnsignale abgegeben, obwohl
der Temperaturunterschied der
Bauteile einen gefährlichen Wert überhaupt nie erreicht
hat und somit keinerlei Veranlassung zur Abgabe des Warnsignals vorgelegen hat.
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Für eine andere bekannte Ausführung gilt dieser Nachteil in noch
erhöhtem Maße. Die Messung erfolgt hierbei mittels eines selbstabgleichenden Kompensators,
bei welchem der Thermospannung eines ziemlich trägheitslosen Thermoelementes eine
Spannung entgegengeschaltet ist, die an einem Schleifwiderstand abgegriffen wird.
Die Differenz beider Spannungen liegt am Eingang eines Verstärkers, der einen Motor
speist. Dieser Motor stellt seinerseits den Abgriff des Schleifwiderstandes in dem
Sinne nach, daß die Eingangsspannung des Verstärkers verschwindet und somit die
am Schleifwiderstand abgegriffene Spannung der Thermospannung entspricht. Sofern
die Einstellgeschwindigkeit des Kompensators groß ist gegenüber der Temperaturänderungsgeschwindigkeit,
besteht zwischen ihnen Proportionalität. Die Welle des Motors kann dann beispielsweise
mit der Welle eines Meßgenerators gekuppelt sein, dessen Ausgangsspannung proportional
der Motordrehzahl und somit proportional der Temperaturänderungsgeschwindigkeit
ist.
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Während bei dem zuerst beschriebenen Verfahren der Nachteil der plötzlichen
Abgabe eines Warnsignals bei einem Grenzwert der Temperaturänderungsgeschwindigkeit
immerhin noch durch die eigene Trägheit des Tendenz-Thermoelementes gemildert ist,
haftet er dieser zuletzt genannten Ausführung in vollem Umfang an. Bei Erreichen
des Grenzwertes wird hierbei unmittelbar der Warnvorgang ausgelöst und zwar ohne
Rücksicht darauf, ob z. B. bei Beginn des Erwärmungsprozesses beide Bauteile der
Maschine noch nahezu die gleiche Temperatur haben.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, eine Warnmeldung erst
nach einer von der Höhe der
Temperaturänderungsgeschwindigkeit abhängigen
Zeitdauer abzugeben, d. h. mit anderen Worten, die Warnung erst nach einem bestimmten
einstellbaren Integral der Temperaturänderungsgeschwindigkeit vorzunehmen.
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Von der Integration der Temperaturänderungsgeschwindigkeit mittels
an sich bekannter Motorintegratoren wurde bisher deshalb Abstand genommen. weil
sich dabei bei einem starken und über ein kurzes Zeitintervall anhaltenden Temperaturanstieg
ein gleiches Integral ergeben würde wie für einen schwachen ungefährlichen und über
ein entsprechend längeres Zeitintervall wirksamen Temperaturanstieg.
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Die Abgabe eines Warnsignals für den letzteren Fall ist jedoch nicht
erwünscht. Die obengenannten bekannten Einrichtungen beschränkten sich deshalb auf
die Überwachung der Augenblickswerte der Temperaturänderungsgeschwindigkeit, was
offenbar lediglich als eine Behelfslösung anzusehen ist.
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Nach der Erfindung wird bei einer Anordnung zur Meldung eines einstellbaren
Integrals der Temperaturänderungsgeschwindigkeit oder der Anderungsgeschwindigkeit
einer anderen elektrisch meßbaren physikalischen Größe über der Zeit eine zufriedenstellende
Lösung der gestellten Aufgabe dadurch möglich, daß zur Integration der elektrisch
gemessenen Temperaturänderungsgeschwindigkeit die Einschaltung eines an sich bekannten
Motorzählers mit Hilfe eines Grenzwertkontaktgerätes erfolgt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer
Darstellung wiedergegeben.
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In der Zeichnung ist mit 1 ein Tendenz-Thermoelement bekannter Ausführung
angedeutet, das an einen Kompensator2 angeschlossen ist. Der Kompensator 2 formt
die Thermospannung in einen ihr proportionalen Gleichstrom um. Im Ausgangskreis
dieses Kompensators liegt ein Grenzwertkontaktgerät 3. Dieses Grenzwertkontaktgerät
kann abhängig vom Vorzeichen der Temperaturänderungsgeschwindigkeit in negativer
oder positiver Richtung ausschlagen und besitzt in negativer Ausschlagsrichtung
einen unteren und in positiver Ausschlagsrichtung einen oberen Grenzwert. Es ist
mit einem Schaltzusatz 4 versehen, welcher mit drei Arbeitskontakten 5, 6' und 6"
bestückt ist. Überschreitet der Zeiger des Grenzwertkontaktgerätes den oberen Grenzwert,
so wird der Kontakt 5 betätigt, während er bei Unterschreiten des unteren Grenzwertes
das Ansprechen sowohl des Kontaktes6' als auch des Kontaktes 6" bewirkt. An den
Grenzwerten des Grenzwertkontaktgerätes können beispielsweise induktive oder lichtelektrische
Zeigerabgriffeinrichtungen vorgesehen sein, die über elektronische Glieder die zur
Betätigung der Kontakte 5 bzw. 6' und 6" notwendigen Relais erregen.
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In Reihe zu dem Grenzwertkontaktgerät 3 liegt im Ausgangskreis des
Kompensators 2 über die Umschaltkontakte eines Relais 7 ein Motorzähler 8. Das Relais
7 wird hierbei über den Arbeitskontakt 6" des Schaltzusatzes 4 gesteuert. In Parallelschaltung
zum Motorzähler 8 ist ein Kondensator 20 angeordnet, der dazu dient, die Anzeige
des Kontaktgerätes 3 im Moment des Umschaltens des Relais 7 aufrechtzuerhalten und
damit ein Klappern der Kontakte 6' und 6" zu verhindern. Die Welle des Motorzählers
8 ist mit der Antriebswelle eines Untersetzungsgetrie-
bes 9 fest verbunden, auf
dessen Abtriebswelle der eine Teil einer elektromagnetischen Kupplung 10 sitzt.
Der andere Teil dieser Kupplung trägt eine Wicklung, in deren Stromkreis die parallel
geschalteten Arbeitskontakte 5 und 6' des Schaltzusatzes 4 angeordnet sind. Ein
Netzgerät 11 dient der Speisung dieser Wicklung. Der die Wicklung tragende Kupplungsteil
ist auf dem einen Ende einer Welle 12 fest angeordnet, während das andere Ende dieser
Welle eine spiralenförmig ausgebildete Kurvenscheibe 13 trägt. Diese Kurvenscheibe
ist an der stufenförmigen Übergangsstelle vom kleinen zum größeren Radius mit einer
Aussparung 14 versehen.
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Mit 15 ist ein konzentrisch zur Welle 12 verstellbarer Anschlag bezeichnet.
An der Welle 12 ist das eine Ende einer Spiralfeder 16 befestigt, deren anderes
Ende ortsfest angebracht ist. Diese Feder dient dazu, bei gelöster elektromagnetischer
Kupplung 10 die Kurvenscheibe 13 zurückzudrehen, bis die stufenförmige Übergangsstelle
am Anschlag 15 anliegt. Ein Umschaltkontakt 17 ist derart ausgebildet, daß sein
bewegliches Mittelteil mit dem abgewinkelten Ende am Umfang der Kurvenscheibe 13
abgleiten kann. Über die ganze Länge der Spirale der Kurvenscheibe 13 ist der obere
Kontakt des Umschaltkontaktes 17 geschlossen, der im Stromkreis der elektromagnetischen
Kupplung 10 liegt.
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Nur für den Fall, daß das abgewinkelte Ende des beweglichen Mittelteils
des Umschaltkontaktes 17 in der Aussparungl4 der Kurvenscheibe 13 liegt, ist Kontaktgabe
zum unteren Kontakt des Umschaltkontaktes 17 hergestellt. Zwei Klemmen 18 und 19
dienen dem Anschluß einer Meldeeinrichtung.
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Vor Beginn der Überwachung wird die Kurvenscheibe 13 mittels des
verstellbaren Anschlages 15 in eine auf die Größe und Beschaffenheit der zu überwachenden
Maschine abgestimmte Ausgangslage eingestellt. Entsprechend der Zeichnung liegt
hierbei der stufenförmige Übergang der Kurvenscheibe 13 am Anschlag 15 an. Beginnt
sich nun die Maschine zu erwärmen, so wandert der Zeiger des Grenzwertkontaktgerätes
3 in positiver Ausschlagsrichtung hoch, und der Motorzähler 8 läuft an. Der Ausschlag
des Grenzwertkontaktgerätes sowie die Drehzahl des Motorzählers sind der Temperaturänderungsgeschwindigkeit
proportional. Sobald der Grenzwert der Temperaturänderungsgeschwindigkeit erreicht
ist, spricht der Kontakt 5 an. Durch diesen Kontakt wird die elektromagnetische
Kupplung 10 eingeschaltet, und die Kurvenscheibe 13 beginnt sich in Pfeilrichtung
zu drehen. Bleibt die Temperaturänderungsgeschwindigkeit über ein längeres Zeitintervall
größer als der Grenzwert, so gleitet das bewegliche Mittelteil des Umschaltkontaktes
17 mit seinem abgewinkelten Ende solange am Umfang der Kurvenscheibe 13 ab, bis
dieses über den stufenförmigen Übergang in die Aussparung 14 fällt. In diesem Augenblick
wird einerseits der Stromkreis der elektromagnetischen KupplunglO unterbrochen und
andererseits der untere Kontakt des Umschaltkontaktes 17 geschlossen, so daß die
Klemmen 18 und 19 zur Abgabe einer Warnmeldung überbrückt sind. Bei der später folgenden
Rückstellung der Kurvenscheibe 13 in die Ausgangslage braucht das abgewinkelte Ende
des beweglichen Mittelteils des Umschaltkontaktes 17 nur angehoben zu werden, z.
B. handbetätigt mittels einer Drucktaste oder selbsttätig mittels eines Elektromagneten,
und die
Kurvenscheibe stellt sich mit Hilfe der Spiralfeder 16 bis
zum Anschlag 15 zurück.
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Ist die Überschreitung des Grenzwertes der Temperaturänderungsgeschwindigkeit
jedoch nur von kurzer Dauer, so daß das Integral einen gefährlichen Wert nicht erreicht,
so wird die elektromagnetische Kupplung 10 mittels des Arbeitskontaktes 5 gelöst,
sobald der Zeiger des Grenzwertkontaktgerätes den oberen Grenzwert unterschreitet.
Die Kurvenscheibe 13 dreht sich dann automatisch in die Ausgangslage zurück. Ergibt
sich eine negative Temperaturänderungsgeschwindigkeit, so daß der untere Grenzwert
des Grenzwertkontaktgerätes 3 unterschritten wird, dann schließen die Arbeitskontakte
6' und 6".
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Hierbei wird mittels des Arbeitskontaktes 6" das Relais 7 erregt,
was die Umpolung des Motorzählers 8 bewirkt. Außerdem wird über den Kontakt 6' die
elektromagnetische Kupplung 10 erregt. Durch dieses Umschaltrelais 7 wird in vorteilhafter
Weise erreicht, daß sich sowohl für positive als auch für negative Temperaturänderungsgeschwindigkeiten
und damit für positive und negative Ströme im Ausgangskreis des Kompensators 2 an
der Kurvenscheibe 13 derselbe Drehsinn ergibt.