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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontaktlosen Temperaturmessung
an einem drehbaren Maschinenteil, insbesondere einer beheizten Rolle zumWarmverstrecken
von synthetischen Fäden, Bändern oder Folien, mit einem im drehbaren Maschinenteil
angeordneten und an eine vom drehbaren Maschinenteil getragene Spule anschließbaren
temperaturabhängigen Widerstand'sowie mit einer wenigstens eine feststehende Spule
aufweisenden, ortsfesten, mit Wechselstrom gespeisten Meßanordnung, wobei die am
drehbaren Muschinenteil befestigte Spule und die feststehende Spule ständig induktiv
miteinandèr gekoppelt sind und der hierdurch induktiv an die Meßanordnung angekoppefte
: temperaturempfindliche Widerstand die Impedanz eines Zweiges der Meßanordnung
beeinflußt.
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Eine Meßvorrichtung dieser Art ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster
1 953 696 bekannt, wobei die drehbare Spule von einem am drehbaren Maschinenteil
befestigten und mit diesem umlaufenden Magnetkernteil getragen wird. Es hat sich
hierbei gezeigt, daß durch Lagerspiel ; temperaturbedingte Verschiebungen zwischen
ortsfestem und drehbarem Maschinenteil sowie infolge Abnutzung die Genauigkeit der
Meßwertübertragung mit zunehmender Betriebsdauer abnehmen kann. Diese unerwünschten
Anderungen sind, wie Versuche gezeigt haben, auf änderungen der magnetischen Eigenschaften
des durch einen rotierenden und einen feststehenden Magnetteil gebildeten Magnetkreises
für die miteinander zu koppelnden Spulen bedingt. Die gleichen Eigenschaften zeigen:auch
andere bek-annte- Meßwertübertrager, wie sie beispielsweise in den USA.-Patentschriften
317873, 3 179909 und 2894231 sowie in einem älteren Vorschlag gemäß der deutschen
Offenlegungsschrift 1 789 beschrieben sind.
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Weiterhin ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 108 113 eine Einrichtung
zur Messung und betriebsmäßigen Überwachung von Temperaturen an rotierenden Maschinenteilen
bekannt, bei welcher am drehbaren Maschinenteil ein kompltter Meßwertumformer befestigt
ist, welcher die gemessenen Temperaturwerte in eine Impulsfolge umformt, deren Impulsfrequenz
oder Impulsbreite ein Maß für die Temperatur ist. Die Impulsfolge wird entweder
über Schleifringe oder über eine drahtlose tÇbertragungsstrecke vom rotierenden
auf den feststehenden Maschinenteil übertragen. Bei einer solchen Einrichtung bereitet
besonders die Temperaturisoliemug der außer dem eigentlichen temperaturabhängigen
Fühler noch im drehbaren Maschinenteil untergebrachten Bauteile Schwierigkeiten,
zumal wenn das Bauteil höheren Temperaturwerten, beispielsweise in der Größenordnung
von einigen Hundert Grad Celsius ausgesetzt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die erwähnten Schwierigkeiten bekannter
kontaktloser Temperaturmeßvorrichtungen zu vermeiden und dabei mit möglichst einfachen
konstruktiven Mitteln eine über lange Betriebszeiten und auch bei hohen Temperaturen
eine einwandfreie Messung gewährleistende Temperaturmeßvorrichtung zu schaffen,
deren sowohl für Meßals auch für Regelzwecke verwendbare temperaturabhängige Ausgangsgröße
weder durch mechanischen Verschleiß der Lager oder sonstiger rotierender Maschinenteile
noch durch die Wärmeeinwirkung auf nicht den eigentlichen Meßfühler bildende Teile
der Meßanordnung verfälscht wird.
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Von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ausgehend, wird
die gestellte Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß am drehbaren Maschinenteil
ein scheibenförmiger Spulenträger aus nichtmagnetischem Material gleichachsig befestigt
ist, durch den Luftspalt wenigstens eines bis auf den Luftspalt geschlossenen feststehenden
Magnetkerns berührungsfrei hindurchragt und an seinem in das Fenster des Kernes
hineinragenden Ende gleichachsig die an den temperaturabhängigen Widerstand anschließbare
Spule trägt.
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Der gesamte Magnetkern ist also feststehend angeordnet und die rotierende
Spule auf einem nichtmagnetischen Träger befestigt. Die scheibenförmige Ausbildung
des Spulenträgers ermöglicht dabei die Verwendung eines Magnetkerns mit sehr schmalem
Luftspalt Da keinerlei magnetische Teile bewegt werden, ergeben sich auch bei Verschleißerscheinungen
der Lager keinerlei Änderungen der Impedanz der Meßanordnung, denn der Magnetkreis
behält bei konstant bleibendem Luftspalt seine Eigenwerte unverändert bei.
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Verwendet man die Meßvorrichtung für die Temperaturmessung an beheizten
Rollen, die üblicherweise von starken Elektromotoren angetrieben werden, so empfiehlt
es sich, um den Einfluß äußerer Magnetfelder auf die Meßanordnung abzuschirmen,
diese in an sich bekannter Weise völlig gekapselt auszubilden, indem man als Kern
einen Topf-oder Schalenkern verwendet, welcher die Spulen nach außen völlig umschließt.
Die Verwendung eines solchen Schalenkerns für die Signalübertragung zwischen einer
feststehenden und einer beweglichen Spule ist zwar bereits von Goniometern für Nachlaufpeiler
her bekannt (deutsches Patent 1 218 563), dient dort aber nicht zur induktiven Ankopplung
einer von einer Meßgröße beeinflußten Impedanz an eine feststehende Meßanordnung,
sondern zur Obertragung der Peilspannung vom Rotor auf den Stator des Goniometers.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet und werden im folgenden an-Hand einiger Ausführungsbeispiele im einzelnen
erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 in achsparalleler Ansicht eine erste
Ausführungsform der induktiven Koppelvorrichtung zwischen dem drehbaren Maschinenteil
und der ortsfesten Meßanordnung und F i g. 2 einen achsparallelen Schnitt hierzu;
Fig. 3 zeigt eine Kopplungsvorrichtung mit Schalenkern und in Achsrichtung nebeneinander
angeordneten Spulen, Fig. 3 a eine Anordnung ebenfalls mit Schalenkern, aber mit
radial ineinander angeordneten Spulen und Fig. 4 eine Anordnung mit Topfkern und
Jochplatte; -Fig-. 5 und 6 zeigen zwei Schaltungsbeispiele für die feststehende
Meßanordnung; F i g. 7 und 8 zeigen der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 3a
ähnliche Ausgestaltungen der Koppelvorrichtung, wobei zusätzliche Maßnahmen zum
Ausgleich radialen und axialen Spiels des drehbaren Maschinenteils vorgesehen sind.
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In den Ausführungsbeispielen sitzt der Spulenträger für die drehbare
Spule jeweils auf der als Hohlwelle ausgestalteten Antriebswelle einer elektrisch
beheizten
Rolle, wie sie in der Kunstfasertechnik zum Warmverstrecken synthetischer Fäden,
Bander und Folien eingesetzt wird. Die Rolle wird von einer feststehenden Heizvorrichtung,
entweder einem Widerstandsheizer oder einer Induktionsheizvorrichtung, welche koaxial
innerhalb des Rollenmantels angeordnet und von der Antriebswelle für die Rolle durchsetzt
ist, aufgeheizt. Über den Außenmantel der Rolle oder Walze läuft das zu behandelnde
Material und umschlingt die Rolle gegebenenfalls mehrfach. An einer geeigneten Stelle
auf der Innenseite des Rollenmantels ist der temperaturempfindliche Widerstand angebracht
und über durch den Hohlraum der Antriebswelle geführte Zuleitungen mit der auf der
Antriebswelle sitzenden drehbaren Spule elektrisch verbunden. In den F i g. 1 bis
4, 7 und 8 ist von dem jeweils aus einer Rolle und einer Antriebswelle bestehenden
drehbaren Maschinenteil jeweils nur der die drehbare Spule tragende Teil der Antriebswelle
21 dargestellt.
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Gemäß den Fig. 1 und 2 ist diese Ausführungsform derart ausgebildet,
daß der Spulenträger 1 scheibenförmig ausgebildet ist und im Bereich seines Eingriffes
in den Luftspalt 2 des Eisenkernes 3 ein 'T-förmiges Querschnittsprofil aufweist,
wobei auf dem Quersteg 4 die Spule 5 angeordnet ist und der Basissteg 6 den Luftspalt
2 des Eisenkernes 3 durchgreift. Diese Verhältnisse werden insbesondere aus Fig.
2 deutlich. Am feststehenden Eisenkern 3 ist ferner die mit dem Kern feststehende
Spule 5' angeordnet, die mit ihren Leitungen 5" mit einer noch zu beschreibenden
Meßschaltung in Verbindung steht. Diese Ausführungsform der Vorrichtung kann mit
ein oder zwei Eisenkernen 3 und entsprechenden Spulen 5' ausgestattet werden.
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Die Ausführungsform gemäß F i g. 3 ist nach dem gleichen Prinzip
aufgebaut, unterscheidet sich aber von der beschriebenen Ausführungsform dadurch,
daß der Eisenkern als Topfkern 7, bestehend aus zwei gegeneinander gesetzten Hälften
8, 8' mit jeweils E-förmigem Querschnitt, ausgebildet ist und daß der Spulenträger
als im von den Mittelstegen 9, 9' begrenzten Luftspalt 10 drehbare Scheibe 11 ausgebildet
ist, an der seitlich, den einen Mittelsteg 9' kontaktlos umgreifend, die Meßwertgeberspule
12 angeordnet ist, während die andere Spule 13, die mit der Meßanordnung in Verbindung
steht, den anderen Mittelsteg 9 des Topfkernes 7 umgreift.
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Zumindest der Mittelsteg Y der Topfkernhälfte 8' ist dabei mit einer
Durchbrechung für den Durchgriff der Welle 21 versehen, an deren Ende die Scheibe
11 angeordnet ist. Die Anschlüsse der feststehenden Spule 13 zur Meßschaltung sind
in diesem Falle nicht -dargestellt. Die Ausführungsform nach F i g. 3 a stellt lediglich
eine konstruktive Abwandlung der Vorrichtung nach F i g. 3 dar. Entsprechende Teile
sind deshalb mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Eine weitere Ausführungsform ist in F i g. 4 verdeutlicht, gemäß
der der Eisenkern 14 als E-Kern mit einer Abdeckung 15 ausgebildet ist. Der Spulenträger
ist hierbei als im vom Mittelsteg 17 des E-Kernes und dem Joch 15 begrenzten Luftspalt
18 drehbar angeordnete Scheibe 16 ausgebildet, an der seitlich, den Mittelsteg 17
des E-Kernes kontaktlos umgreifend, die Meßwertgeberspule 19 sitzt, während die
andere Spule 20, die mit der Meßschaltung in Verbindung steht, den Mittelsteg 17
an seiner Basis -umgreift. Die Abdeckung ist mit einer Durch-
brechung für den Durchgriff
der Welle 21 versehen Je nach Benutzung von ein oder zwei Eisenkernen (s. insbesondere
F i g. 1) sind die Meßschaltungsanordnungen gemäß der Fig. S und 6 aufgebaut, wobei
die Meßanordnung gemäß F i g. 5 bei einem Eisenkern beispielsweise gemäß Fig.3 zur
Anwendung kommt und die gemäß Fig*d bei zwei Eisenkernen gemäß Fig. 1. Abgesehen
von der etwas anderen Ausbildung im Übertragerbereich entsprechen sich die Schaltungen
gemäß Fig. 5 und 6.
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Die feststehende Spule kann bzw. die feststehenden Spulen können
z. B. in Reihe mit einem Meßübertrager 22 geschaltet sein, an dessen Sekundärwicklung
sich ein Meßgleichrichter 23 befindet. Über einen zweiten Übertrager 24 oder direkt
vom Generator -2S gelangt eine Vergleichsspannung an den Vergleichsgleichrichter
26. Der Generator 25, der die gesamte Meßanordnung speist, ist als Niederfrequenzgenerator
ausgebildet. Wenn sich beispielsweise die Temperatur am rotierenden Teil, wie Rollenheizer
od. dgl., ändert, so ändert sich der Widerstand des Meßfühlers bzw. Meßwertgebers
27 und damit über die rotierenden Spulen die Impedanz der feststehenden Spule.
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Infolgedessen ändern sich Strom und Spannung am Meßübertrager 22.
Die Oleichspannung des Meßgleichrichters 23 wird nun mit der des Vergleichsgleichrichters
26 verglichen und ergibt hierdurch die eigentliche Meßspannung an den Leitungsabgängen
28, wobei nach Eichung in Abhängigkeit vom Widerstand des Meßwertgebers 27 diese
Spannung nun sowohl zur direkten Messung der Temperatur als auch gleichzeitig zur
Regelung benutzt werden kann.
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Werden geringere Anforderungen an die Meßgenauigkeit gestellt, so
kann die vom Vergleichsgleichrichter 23 abgegebene Spannung auch ohne Verwendung
einer Vergteichsspannung (Wegfall der Elemente 24, 26) direkt verwendet werden.
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Mit Rücksicht darauf, daß Lagerspiele der Antriebsachse bzw. -welle
auftreten können, die größer sind, als es die konstruktiven Abmessungen des Üb ertragers
erlauben, kann ein Zwischenlager bzw. eigenes Lager zur Aufnahme des Rotors vorgesehen
werden. In diesem Falle wird der feststehende Teil so gehaltert, daß er axial und
radial gemeinsam mit dem Rotor den gegebenenfalls auftretenden Verlagerungen der
Antriebsachse bzw. -welle folgen kann.
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Zwei Ausführungsbeispiele einer solchen Lagerzuordnung sind in den
Fig.7 und 8 verdeutlicht.
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Im Fall der F i g. 7 sitzt der Spulenträger 31 fest auf der Welle
21, während das magnetische System 35 in Lagern 33 mit der Welle bzw. Achse axial
verschieblich sitzt, wobei die in elektrischer und mechanischer Hinsicht gefährdungsfreie
Zuordnung zum Spulenträger 31 durch Mitnahme über Lager 33 erfolgt, so daß das magnetische
System 35 etwa im Laufe der Zeit auftretende Spiele der Welle 21 mitmacht.
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Das gleiche Prinzip ist auch bei der Ausführungsform gemäß F i g.
8 verwirklicht, bei der jedoch das magnetische System 35 fest mit einem stehenden
Maschinenteil verbunden ist, während der Spulenträger 31 beispielsweise mit Keilen
bzw. Nuten gesichert, der Welle 21 axial verschieblich und gegebenenfalls mit radialem
Spiel zugeordnet ist, wobei die Lager 33 die Kopplung des feststehenden magnetischen
Systems 35 mit dem Spulenträger 31 bewirken.
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Für die Berücksichtigung etwa auftretenden radiaIen Spieles können
entsprechende Lagermöglichkeiten zur Anwendung kommen.
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Die neuartige Zuordnung der Spulenträger bei allen beschriebenen
Ausführungsformen gewährleistet eine Konstanz des Luftspaltes und, bedingt durch
diese Konstanz und die Kopplung des Übertragers, sowie die einfache Ausführung der
Meßschaltung, mit relativ geringem Aufwand eine hohe Genauigkeit der Meßwertübertragung.