DE19731671A1 - Temperaturmeßvorrichtung mit Peltier-Element - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mes­ sen der Temperatur eines Fluids, das sich im Innenraum einer ein bewegliches Teil aufweisenden Maschine befindet, mit ei­ nem Temperaturfühler und einem Sender, die am beweglichen Teil vorgesehen sind, wobei der Sender entsprechend dem Aus­ gangssignal des Temperaturfühlers Signale aussendet, und mit einem Empfänger zum Empfangen der ausgesandten Signale.

Eine derartige Temperaturmeßvorrichtung ist durch das "TBI Cranking Bearing Temperature Monitoring System" der Fa. CMR Controle Mesure Regulation, Marseille bekanntgeworden.

Motoren bestimmter Größe, z. B. Großdieselmotoren mit Lei­ stungen von ca. 2000 kw bis 70 000 kw und höher, große Kol­ benkompressoren oder Leistungsgetriebe, müssen auf besonders gefährliche Betriebszustände (Erreichen von Gefährdungsgren­ zen) überwacht werden. Solche Überwachungen sind allgemein bei Maschinen wünschenswert, die mindestens ein bewegliches Teil aufweisen, z. B. bei Getrieben oder Dieselmotoren.

Bei der eingangs genannten Temperaturmeßvorrichtung wird bei einem Motor- oder Kurbelgehäuse die Temperatur des Kurbel­ zapfens einer Kurbelwelle mit einem Temperaturfühler, der mit der Lagerbuchse einer Pleuelstange in thermischem Kon­ takt steht, gemessen. Ein an der Pleuelstange angeordneter Sender sendet entsprechend dem Ausgangssignal des Tempera­ turfühlers Signale aus, die von einem ortsfest im Innenraum des Gehäuses angeordneten Empfänger empfangen werden.

Bei einem anderen bekannten Temperaturmeßsystem TB2 der Fa. CMR Controle Mesure Regulation, Marseille, zur Überwachung von Lagertemperaturen von Maschinen ist der Temperaturfühler ein am beweglichen Teil vorgesehener Heißleiterwiderstand (Thermistor), der mit einer ebenfalls am beweglichen Teil befindlichen Spule elektrisch verbunden ist. Bei diesem System wird mit einer ortsfesten Sender-Empfänger-Einheit die von der jeweiligen Temperatur bzw. Widerstandswert des Heiß­ leiterwiderstands abhängigen Eigenschaften der Spule abge­ fragt und so die Lagertemperatur ermittelt oder überwacht, wobei das bewegliche Teil keine Versorgungsquelle benötigen soll.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturmeßvorrichtung der eingangs genann­ ten Art zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Temperaturfühler und als Versorgungsquelle für den Sender ein Peltier-Element vorgesehen ist, dessen eine Seite mit dem Fluid in thermischem Kontakt steht.

Der besondere Vorteil dieser Temperaturmeßvorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß dem Peltier-Element keine Energie zur Temperaturmessung zugeführt zu werden braucht. Bei einer Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten des Peltier-Elements fließt ein Strom an den mit dem Peltier- Element elektrisch verbundenen Sender, der wiederum entspre­ chend der Temperaturdifferenz am Peltier-Element veränderli­ che Signale aussendet. Die generatorische Spannung des Pel­ tier-Elements ist dabei ausreichend und aufgrund der Niede­ rohmigkeit so stark belastbar, daß Signale aufgrund von Tem­ peraturdifferenzen von 0,1°C übertragen werden können. Die an dem beweglichen Teil, z. B. an einem Pleuellager, auftre­ tende Temperaturdifferenz kann mit diesem transformatori­ schen Prinzip berührungslos auf den innerhalb oder außerhalb des Innenraums der Maschine befindlichen Empfänger übertra­ gen und dann entsprechend ausgewertet werden.

Die Ausbildung des Temperaturfühlers als Peltier-Element hat den wesentlichen Vorteil, daß bereits auf dem Markt erhält­ liche Peltier-Elemente eingesetzt werden können. Üblicher­ weise werden Peltier-Elemente nur zum Kühlen bzw. zum Heizen z. B. in kleineren Kühlschränken oder in Laborgeräten einge­ setzt. Erfindungsgemäß wird das Peltier-Element als Thermo­ element eingesetzt. Mit Hilfe dieses Peltier-Effekts wird der Spannungsfluß zwischen der heißen und der kalten Seite genutzt, um das dabei entstehende Spannungsdifferenzpotenti­ al zur relativen Messung von Temperaturen zu verwenden. Bei einem Peltier-Element ist auch von Vorteil, daß bei einer Temperaturdifferenz zwischen beiden Seiten des Peltier-Ele­ ments ein Differenzspannungssignal gemessen wird, dessen Vorzeichen eine höhere oder niedrigere Temperatur gegenüber einer Vergleichsstelle anzeigt.

Um die andere Seite des Peltier-Elements auf einer möglichst konstanten, schwankungsarmen Temperatur zu halten, steht diese andere Seite bei einer besonders bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung mit dem beweglichen Teil in thermi­ schem Kontakt. Dabei sollte es sich bei dem beweglichen Teil um einen Massekörper mit möglichst hoher Wärmekapazität, z. B. aus Metall, handeln.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sendet der Sender magnetische Signale aus. Aber auch eine Aussendung von Licht oder anderen elektromagnetischen Wellen, die von Empfänger empfangen werden können, sind möglich.

Als besonders vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführungs­ form ist erfindungsgemäß der Sender als Spule ausgebildet, die an das Peltier-Element angeschlossen ist und entspre­ chend den an diesem auftretenden Temperaturdifferenzen von einem veränderlichen Strom durchflossen wird, wodurch ein entsprechend veränderliches, vom Empfänger abfragbares Ma­ gnetfeld erzeugt wird.

Um dieses von der Spule erzeugte Magnetfeld zu verstärken, kann die Spule auf einem Joch angeordnet sein, das mit sei­ nen beiden freien Jochschenkeln an dem Empfänger vorbeige­ führt wird. Vorzugsweise befindet sich der Empfänger zumin­ dest in seiner signalempfangenden Stellung zwischen den bei­ den freien Jochschenkeln.

Um die magnetischen Signale des Senders möglichst einfach erfassen zu können, ist erfindungsgemäß als Empfänger ein Hallsensor vorgesehen.

Der Empfänger kann in oder außerhalb des Innenraums der Ma­ schine angeordnet sein, solange er nur die von dem Sender abgegebenen Signale zu erfassen vermag. Um möglichst gut auswertbare Signale zu erhalten, ist der Empfänger jedoch möglichst nahe am Sender angeordnet, wobei vorzugsweise der Empfänger im Innenraum der Maschine angeordnet ist.

Bei ganz besonders vorteilhaften Ausführungsformen der Er­ findung ist der Empfänger an einem Deckel des Maschinenge­ häuses vorgesehen, so daß die erfindungsgemäße Temperatur­ meßvorrichtung leicht und einfach, insbesondere auch nach­ träglich, an dem beweglichen Teil und am Maschinengehäuse angebracht werden kann.

Bei ganz besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfin­ dung ist das Peltier-Element im Spritzbereich von unmittel­ bar aus einem Lager des beweglichen Teils austretenden Öl angeordnet. Bei einem Kolben- oder Lagerschaden erhöht sich z. B. aufgrund eines unterbrochenen Schmierölfilms die Tempe­ ratur des dort befindlichen Öls, welche durch den im Spritz­ bereich angeordneten Temperaturfühler ohne wesentliche Zeit­ verzögerung gemessen werden kann.

Um ein gegen Temperaturschwankungen besonders stabiles Meß­ signal zu erhalten, trifft in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung dieser Weiterbildung das ausgetretene Öl auf die eine Seite des Peltier-Elements auf, während sich dessen andere Seite auf einer nahezu konstanten Umgebungstempera­ tur, insbesondere auf der Temperatur des beweglichen Teils des Dieselmotors, befindet. Gegenüber dieser Umgebungstempe­ ratur, die sich z. B. im Vergleich zu Temperaturschwankungen des Ölgemischs nur sehr viel langsamer ändert und daher als im wesentlichen konstant angenommen werden kann, weicht die Öltemperatur positiv oder negativ ab. Diese positiven und negativen Abweichungen erlauben eine schnelle optische An­ zeige der Temperaturschwankungen und ihres jeweiligen Vor­ zeichens.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfin­ dungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in be­ liebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigte und beschriebene Ausführungsform ist nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern hat vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf eine Kurbelwellenanordnung; und

Fig. 2 eine Ansicht von oben auf die Kurbelwellenanordnung entsprechend II-II in Fig. 1.

In Fig. 1 sind mit Kolben 1, Pleuelstange 2 und Kurbelwelle 3 bewegliche Teile einer als Dieselmotor ausgestalteten Ma­ schine 4 gezeigt. Diese beweglichen Teile sind im Innenraum 5 der Maschine angeordnet, wobei die Pleuelstange 2 auf der Kurbelwelle 3 über Pleuellager 6 drehbar gelagert ist. Um den Schmierölfilm zwischen Pleuelstange 2 und Kurbelwelle 3 nicht abreißen zu lassen, wird dem Pleuellager 6 fortwährend Öl zugeführt, das stirnseitig aus dem Pleuellager 6 aus­ tritt, wie durch den Pfeil 7 angedeutet ist.

Dieses austretende Öl 7 trifft, von einem Leitblech 8 ge­ führt und gegen Kolbenkühlöl geschützt, auf die nach außen gewandte eine Seite eines auf der Pleuelstange 2 vorgesehe­ nen Peltier-Elements 10. Die andere Seite des Peltier-Ele­ ments 10 steht in thermischem Kontakt mit der Pleuelstange 2. Über eine elektrische Verbindung ist das Peltier-Element 10 mit einem ebenfalls auf der Pleuelstange 2 angeordneten, als Spule ausgestalteten Sender 11 verbunden. Diese Spule ist auf ein Joch 12 gewickelt, dessen freie Jochschenkel 13 radial nach außen abstehen und einen ca. 10 mm breiten Luft­ spalt bilden. In diesen Luftspalt ragt in der in Fig. 2 dar­ gestellten Drehstellung der Kurbelwelle 3 ein als Hallsensor ausgebildeter Empfänger 14, mit dem die von dem Sender 11 abgegebenen Signale erfaßt werden können. Der Empfänger 14 ragt in den Innenraum 5 der Maschine 4 hinein und ist an ei­ nem Maschinendeckel 15 angeordnet, der eine Öffnung 16 im Maschinengehäuse 17 abdeckt.

Bei einer Temperaturdifferenz zwischen dem aus dem Pleuella­ ger 6 austretenden Öl 7 und der Pleuelstange 2 ergibt sich eine Spannung, und es fließt über den Sender 11 ein Strom, dessen Stärke von der Größe der Temperaturdifferenz bzw. der Spannung abhängt. Je nach Größe der Temperaturdifferenz er­ gibt sich so am Empfänger 14 ein entsprechendes Signal, das mit der Drehfrequenz der Kurbelwelle 3 moduliert ist. Dieses Signal wird über einen Verstärker 18 einer Anzeigeeinrich­ tung 19 oder einer sonstigen Überwachungseinheit zugeleitet.

Bei einer Vorrichtung zum Messen der Temperatur eines Fluids, das sich im Innenraum (5) einer ein bewegliches Teil (Kolben 1, Pleuelstange 2, Kurbelwelle 3) aufweisenden Ma­ schine (4) befindet, mit einem Temperaturfühler und einem Sender (11), die am beweglichen Teil (3) vorgesehen sind, wobei der Sender (11) entsprechend dem Ausgangssignal des Temperaturfühlers Signale aussendet, und mit einem Empfänger zum Empfangen der ausgesandten Signale, ist als Temperatur­ fühler und als Versorgungsquelle für den Sender (11) ein Peltier-Element (10) vorgesehen, dessen eine Seite mit dem Fluid in thermischem Kontakt steht. Bevorzugt ist das Pel­ tier-Element (10) im Spritzbereich von unmittelbar aus einem Lager (Pleuellager 6) des beweglichen Teils (2) austretenden Öl (7) angeordnet. Mit Hilfe dieses Peltier-Elements wird ein Spannungsfluß zwischen seiner heißen und kalten Seite genutzt, um das dabei entstehende Spannungsdifferenzpotenti­ al zur relativen Messung von Temperaturen zu verwenden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Messen der Temperatur eines Fluids, das sich im Innenraum (5) einer ein bewegliches Teil (Kol­ ben 1, Pleuelstange 2, Kurbelwelle 3) aufweisenden Ma­ schine (4) befindet, mit einem Temperaturfühler und ei­ nem Sender (11), die am beweglichen Teil (3) vorgesehen sind, wobei der Sender (11) entsprechend dem Ausgangs­ signal des Temperaturfühlers Signale aussendet, und mit einem Empfänger (14) zum Empfangen der ausgesandten Signale, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturfühler und als Versorgungsquelle für den Sender (11) ein Peltier-Element (10) vorgesehen ist, dessen eine Seite mit dem Fluid in thermischem Kontakt steht.

2. Temperaturmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die andere Seite des Peltier-Elements (10) mit dem beweglichen Teil (3) in thermischem Kon­ takt steht.

3. Temperaturmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sender (11) magnetische Signale aussendet.

4. Temperaturmeßvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeich­ net durch einen als Spule ausgebildeten Sender (11)

5. Temperaturmeßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spule auf einem Joch (12) ange­ ordnet ist, das mit seinen beiden freien Jochschenkeln (13) an dem Empfänger (14) vorbeigeführt wird.

6. Temperaturmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch einen als Hallsensor ausgebil­ deten Empfänger (14).

7. Temperaturmeßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnete daß der Empfänger (14) im Innenraum (5) der Maschine (4) angeordnet ist.

8. Temperaturmeßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (14) an einem Deckel (15) des Maschinengehäuses (17) vorgesehen ist.

9. Temperaturmeßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Peltier-Ele­ ment (10) im Spritzbereich von unmittelbar aus einem Lager (Pleuellager 6) des beweglichen Teils (2) austre­ tenden Öl (7) angeordnet ist.