DE1616431C - Vorrichtung zur kontaktlosen Tempe raturmessung an einem drehbaren Maschinen teil - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kon- Von einer Vorrichtung der eingangs genannten

taktlosen Temperaturmessung an einem drehbaren Art ausgehend, wird die gestellte Aufgabe gemäß der

Maschinenteil, insbesondere einer beheizten Rolle Erfindung dadurch gelöst, daß am drehbaren Maschi-

zum Warmverstrecken von synthetischen Fäden, Bän- nenteil ein scheibenförmiger Spulenträger aus nichtdern oder Folien, mit einem im drehbaren Maschinen- 5 magnetischem Material gleichachsig befestigt ist,

teil angeordneten und an eine vom drehbaren Ma- durch den Luftspalt wenigstens eines bis auf den

schinenteil getragene Spule anschließbaren temperatur- Luftspalt geschlossenen feststehenden Magnetkerns

abhängigen Widerstand sowie mit einer wenigstens berührungsfrei hindurchragt und an seinem in das

eine feststehende Spule aufweisenden, ortsfesten, mit Fenster des Kernes hineinragenden Ende gleich-Wechselstrom gespeisten Meßanordnung, wobei die io achsig die an den temperaturabhängigen Widerstand

am drehbaren Maschinenteil befestigte Spule und die , anschließbare Spule trägt.

feststehende Spule ständig induktiv miteinander ge- Der gesamte Magnetkern ist also feststehend ankoppelt sind und der hierdurch induktiv an die Meß- geordnet und die rotierende Spule auf einem nichtanordnung angekoppelte temperaturempfindliche magnetischen Träger befestigt. Die scheibenförmige Widerstand die Impedanz eines Zweiges der Meßan- 15 Ausbildung des Spulenträgers ermöglicht dabei die Ordnung beeinflußt. Verwendung eines Magnetkerns mit sehr schmalem

Eine Meßvorrichtung dieser Art ist aus dem deut- Luftspalt. Da keinerlei magnetische Teile bewegt

sehen Gebrauchsmuster 1 953 696 bekannt, wobei werden, ergeben sich auch bei Verschleißerscheinun-

die drehbare Spule von einem am drehbaren Ma- gen der Lager keinerlei Änderungen der Impedanz schinenteil befestigten und mit diesem umlaufenden ao der Meßanordnung, denn der Magnetkreis behält bei

Magnetkernteil getragen wird. Es hat sich hierbei konstant bleibendem Luftspalt seine Eigenwerte

gezeigt, daß durch Lagerspiel, temperaturbedingte unverändert bei.

Verschiebungen zwischen ortsfestem und drehbarem Verwendet man die Meßvorrichtung für die Tem-

Maschinenteil sowie infolge Abnutzung die Genauig- peraturmessung an beheizten Rollen, die üblicherkeit der Meßwertübertragung mit zunehmender Be- 35 weise von starken Elektromotoren angetrieben wer-

triebsdauer abnehmen kann. Diese unerwünschten den, so empfiehlt es sich, um den Einfluß äußerer

Änderungen sind, wie Versuche gezeigt haben, auf Magnetfelder auf die Meßanordnung abzuschirmen,

Änderungen der magnetischen Eigenschaften des diese in an sich bekannter Weise völlig gekapselt

durch einen rotierenden und einen feststehenden auszubilden, indem man als Kern einen Topf- oder Magnetteil gebildeten Magnetkreises für die mitein- 30 Schalenkern verwendet, welcher die Spulen nach

ander zu koppelnden Spulen bedingt. Die gleichen außen völlig umschließt. Die Verwendung eines

Eigenschaften zeigen auch andere bekannte Meßwert- solchen Schalenkerns für die Signalübertragung zwi-

übertrager, wie sie beispielsweise in den USA.-Patent- sehen , einer feststehenden und einer beweglichen

Schriften 3 317 873, 3 179 909 und 2 894 231 sowie Spule ist zwar bereits von Goniometern für Nach-

in einem älteren Vorschlag gemäß der deutschen 35 laufpeiler her bekannt (deutsches Patent 1 218 563),

Offenlegungsschrift 1 566 789 beschrieben sind. dient dort aber nicht zur induktiven Ankopplung

Weiterhin ist aus der deutschen Auslegeschrift einer von einer Meßgröße beeinflußten Impedanz an

1 108 113 eine Einrichtung zur Messung und be- eine feststehende Meßanordnung, sondern zur Über-

triebsmäßigen Überwachung von Temperaturen an tragung der Peilspannung vom Rotor auf den Stator

rotierenden Maschinenteilen bekannt, bei welcher 40 des Goniometers.

am drehbaren Maschinenteil ein kompletter Meß- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin-

wertumformer befestigt ist, welcher die gemessenen dung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Temperaturwerte in eine Impulsfolge umformt, deren und werden im folgenden an Hand einiger Ausfüh-

Impulsfrequenz oder Impulsbreite ein Maß für die rungsbeispiele im einzelnen erläutert. In den Zeich-

Temperatur ist. Die Impulsfolge wird entweder über 45 nungen zeigt

Schleifringe oder über eine drahtlose Ubertragungs- Fig. 1 in achsparalleler Ansicht eine erste Ausstrecke vom rotierenden auf den feststehenden führungsform der induktiven Koppelvorrichtung Maschinenteil übertragen. Bei einer solchen Einrich- zwischen dem drehbaren Maschinenteil und der ortstung bereitet besonders die Temperaturisolierung der festen Meßanordnung und
außer dem eigentlichen temperaturabhängigen Fühler 50 F i g. 2 einen achsparallelen Schnitt hierzu;
noch im drehbaren Maschinenteil untergebrachten F i g. 3 zeigt eine Kopplungsvorrichtung mit Bauteile Schwierigkeiten, zumal wenn das Bauteil Schalenkern und in Achsrichtung nebeneinander höheren Temperaturwerten, beispielsweise in der angeordneten Spulen,

Größenordnung von einigen Hundert Grad Celsius F i g. 3 a eine Anordnung ebenfalls mit Schalenausgesetzt ist. 55 kern, aber mit radial ineinander angeordneten Spulen

Aufgabe der Erfindung ist es, die erwähnten und

Schwierigkeiten bekannter kontaktloser Temperatur- F i g. 4 eine Anordnung mit Topfkern und Jochmeßvorrichtungen zu vermeiden und dabei mit mög- platte;

liehst einfachen konstruktiven Mitteln eine über lange F i g. 5 und 6 zeigen zwei Schaltungsbeispiele für Betriebszeiten und auch bei hohen Temperaturen eine 60 die feststehende Meßanordnung;
einwandfreie Messung gewährleistende Temperatur- F i g. 7 und 8 zeigen der bevorzugten Ausführungsmeßvorrichtung zu schaffen, deren sowohl für Meß- form gemäß F i g. 3 a ähnliche Ausgestaltungen der als auch für Regelzwecke verwendbare temperatur- Koppelvorrichtung, wobei zusätzliche Maßnahmen abhängige Ausgangsgröße weder durch mechanischen zum Ausgleich radialen und axialen Spiels des dreh-Verschleiß der Lager oder sonstiger rotierender 65 baren Maschinenteils vorgesehen sind.
Maschinenteile noch durch die Wärmeeinwirkung In den Ausführungsbeispielen sitzt der Spulenauf nicht den eigentlichen Meßfühler bildende Teile träger für die drehbare Spule jeweils auf der als der Meßanordnung verfälscht wird. ' Hohlwelle ausgestalteten Antriebswelle einer elek-

trisch beheizten Rolle, wie sie in der Kunstfasertechnik zum Warmverstrecken synthetischer Fäden, Bänder und Folien eingesetzt wird. Die Rolle wird von einer feststehenden Heizvorrichtung, entweder einem Widerstandsheizer oder einer Induktionsheiz-Vorrichtung, 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. - ao

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 Ba^issteg 6 den Luftspalt 2 des Eisenkernes 3 durchgreift. Diese Verhältnisse werden insbesondere aus F i g. 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.

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.

Zumindest der Mittelsteg 9' 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 Fig. 3a stellt lediglich eine konstruktive Abwandlung der Vorrichtung nach F i g. 3 dar. Entsprechende Teile sind deshalb mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

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 Ε-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 Durchbrechung 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 F i g. 5 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. 6 bei zwei Eisenkernen gemäß Fig. 1. Abgesehen von der etwas anderen Ausbildung im Übertragerbereich entsprechen sich die Schaltungen gemäß F i g. 5 und 6.

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 25 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.

Infolgedessen ändern sich Strom und Spannung am Meßübertrager 22. Die Gleichspannung 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.

Werden geringere Anforderungen an die Meßgenauigkeit gestellt, so kann die vom Vergleichsgleichrichter 23 abgegebene Spannung auch ohne Verwendung einer Vergleichsspannung (Wegfall der Elemente 24,26) direkt verwendet werden.

Mit Rücksicht darauf, daß Lagerspiele der Antriebsachse bzw. -welle auftreten können, die größer sind, als es die konstruktiven Abmessungen des Übertragers 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. Zwei Ausführungsbeispiele einer solchen Lagerzuordnung sind in den Fig.7 und 8 verdeutlicht.

Im Fall der Fig.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. ;

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.

Für die Berücksichtigung etwa auftretenden radialen Spieles können entsprechende Lagermöglichkeiten zur Anwendung kommen.

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.

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Claims (10)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur kontaktlosen Temperaturmessung an einem drehbaren Maschinenteil, insbesondere einer beheizten Rolle zum Warmverstrecken 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 Maschinenteil befestigte Spule und die feststehende Spule ständig induktiv miteinander gekoppelt sind und der hierdurch induktiv an die ,Meßanordnung angekoppelte temperaturempfindliche Widerstand die Impedanz eines Zweiges der Meßanordnung beeinflußt, dadurchgekenn- 3Q zeichnet, daß am drehbaren Maschinenteil (21) ein scheibenförmiger Spulenträger (6; 11; 16; 31) aus nichtmagnetischem Material gleichachsig befestigt ist, durch den Luftspalt (2; 10; 18) wenigstens eines bis auf den Luftspalt (2; 10; 18) geschlossenen feststehenden Magnetkerns (3; 7; 14; 8, 8'; 35) berührungsfrei hindurchragt und an seinem in das Fenster des Kernes hineinragenden Ende gleichachsig die an den temperaturabhängigen Widerstand (27) anschließbare Spule (5; 12; 19) trägt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenträger (6; 31) an seinem in das Fenster des Magnetkerns (3; 8, 8'; 35) hineinragenden äußeren Rand ein T-förmiges Querschnittsprofil aufweist, wobei auf dem Quersteg (4) die drehbare Spule (5; 12) angeordnet ist, während der Spulenträger (6) den Luftspalt (2) des Kernes durchsetzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 50, kennzeichnet, daß der Kern als Topf- bzw. Schalenkern (7) mit zwei mit ihren offenen Seiten einander zugekehrten Kernhälften (8, 8') ausgebildet, der Spulenträger (11) in dem durch die Stirnflächen der Mittelstege (9, 9') begrenzten Luftspalt (10) drehbar und an seinem Rand den Mittelsteg (9) der einen Kernhälfte (8') berührungsfrei umgreifend die drehbare Spule (12) angeordnet ist:

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Spule (13) den Mittelsteg (9) der anderen Kernhälfte (8) umschließt (F i g. 3). . .«.; ' \

5. Vorrichtung nach Anspruch* 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem auf seiner offenen Seite durch eine Jochplatte (15) abgedeckten Topfkern mit einem Mittelsteg (17) besteht, der Spulenträger (16) in dem durch die Stirnfläche des Mittelsteges (17) und die Jochplatte (15) begrenzten Luftspalt (18) drehbar und an seinem Rand den Mittelsteg (17) berührungsfrei umgreifend die drehbare Spule (19) befestigtist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Spule (20) den Mittelsteg (17) an seiner Basis umschließt (Fig. 4).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Spule (12) und die feststehende Spule (13) konzentrisch und radial übereinander angeordnet sind (F i g. 3 a).

8. Vorrichtung nach einem der'Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenträger (31) fest mit dem drehbaren Maschinenteil (21) verbunden ist, während der Kern (35) samt ortsfester Spule sich über Lager, vorzugsweise Kugellager (33), in beschränktem Maße axial und radial verschiebbar am Maschinenteil abstützt und daß eine am Kern angreifende feststehende Haltevorrichtung (36) eine Drehung des Kernes verhindert (F i g. 7).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenträger (31), beispielsweise über in Längsnuten des drehbaren Maschinenteils (21) geführte Mitnehmer, in Achsrichtung des drehbaren Maschinenteils begrenzt verschiebbar auf diesem gelagert ist (Fig. 8).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Spulenträger (31) tragende, auf dem drehbaren Maschinenteil axial verschiebbare, aber mit diesem in Drehrichtung formschlüssig verbundene Hülse sich über Lager, vorzugsweise Kugellager (33), mit radialem Spiel am ortsfest gehaltenen Kern (35) abstützt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen