DE2138336C3 - Anordnung zur berührungslosen Erfassung der Temperaturstrahlung eines Infrarotstrahlers - Google Patents

Description

Gegenstand des Hauptpatentes 2105 512 ist eine Anordnung zur berührungslosen Erfassung der Temperaturstrahlung eines Infrarotstrahlers mit einem Strahlungsempfänger aus einer Brückenschaltung von strahlungsempfindlichen Widerständen, deren Eingang an eine Wechselspannung mit konstanter Amplitude angeschlossen ist. Die Widerstände sind in einem Gehäuse angeordnet, das auf konstanter Temperatur gehalten wird. Sie haben einen Halbleiterkörper aus einer AinBv-Verbindung, deren Kristall parallel zueinander ausgerichtete eutektiscne Ausscheidungen einer zweiten kristallinen Phase aus elektrisch besser leitendem Material enthält, deren Abstand zueinander gleich oder kleiner als die Vakuumwellenlänge der zu empfangendem Strahlung ist. Der Strahlungsempfänger bildet einen Teil der Wandung eines temperaturstabilisierten Hohlraumstrahlers.

Elektrische Maschinen erreichen in gewissen Betriebsphasen hohe Temperaturen im Läufer, die überwacht werden müssen, um Maßnahmen gegen eine unzulässige Erwärmung treffen zu können. Insbesondere sind die Läuferwicklung von Asynchronmotoren beim Anlauf, der Kommutator von Gleichstrommaschinen beim belasteten Betrieb und der Läuferwicklung von Synchrongeneratoren bei Schieflast oder asynchronem Lauf durch Überhitzung gefährdet.

Die Temperatur rotierender Teile kann zwar mit Thermoelementen erfaßt werden, dann muß man aber die Meßwerte von den bewegten Teilen auf eine ruhende Elektronik übertragen. Schleifringe oder induktive Übertragungseinrichtungen mit galvanisch getrennten Steuerkreisen können zwar diesen Zweck erfüllen, sie erfordern aber einen verhältnismäßig großen Aufwand und bilden außerdem zusätzliche Störungsquellen.

In der deutschen Auslegeschrift 11 39 581 ist deshalb bereits eine Einrichtung zur Überwachung und Messung der Temperatur umlaufender Flächen des Läufers einer elektrischen Maschine vorgeschlagen worden, die mit einem Strahlungsempfänger zur Messung der Temneraturstrahlung arbeitet. Der Läufer wird in definierten Bereichen, deren Oberflächentemperatur festgestellt werden soll, durch Anstrich oder Auftrag od. dgL mit besonderen Strahlungsflächen versehen, denen gegenüber als Empfänger eine feststehende Fläche mit hohem Absorptionsvermögen angeordnet ist. An dieser Fläche wird die Strahlung der Läuferoberfläche als ein Maß der Oberflächentemperatur gemessen. Das Meßgerät kann vorzugsweise in einer Nut des Ständerkörpers der Maschine angeordnet sein. Es enthält einen der Läüferstrahlung ausgesetzten als schwarzen Körper ausgebildeten Strahlungsempfänger und außerdem einen reflektierenden, weißen Vergleichskörper, der von der Kühlluft der Maschine gekühlt wird. Zur Messung dienen Thermoelemente, die mit ihrer warmen Lötstelle am schwarzen und mit ihrer kalten Lötstelle am weißen Körper anliegen. Zur Bildung einer Differenzspannung sind die Thermoelemente gruppenweise gegeneinander geschaltet. Diese Einrichtung mißt jeweils den Mittelwert der Läufertemperatur in einer Ringzone. Die als Vergleichsstrahler dienende weiße Oberfläche hat jeweils die Temperatur des Kühlgases. Dessen Temperatur kann aber bekanntlich in gewissen Grenzen schwanken; entsprechend ändert sich dann das Meßergebnis. Außerdem hat die Verwendung von Thermoelementen, die bekanntlich ein Gleichspannungssignal liefern, den Nachteil, daß zur Kompensation der Vergleichstemperatur ein verhältnismäßig großer Aufwand erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Temperaturmessung zu vereinfachen und zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die gekennzeichnete Verwendung der Anordnung zur berührungslosen Erfassung der Temperaturstrahlung nach dem Hauptpatent zur Messung und/oder Überwachung der Temperatur von rotierenden Teilen einer elektrischen Maschine, die als Strahlungsquelle für den im ruhenden Teil der Maschine angeordneten Strahlungsempfänger vorgesehen sind. Die Verwendung der Anordnung nach dem Hauptpatent ermöglicht die Erfassung auch geringer Temperaturänderungen des Läufers. Sie kann deshalb als Schutz- oder Überwachungseinrichtung der Maschine eingesetzt werden.

Als Strahlungsquelle kann in Maschinen mit einem Kurzschlußläufer, dessen Wicklung als Käfig gestaltet ist, vorzugsweise wenigstens einer der beiden Kurzschlußringe an einem Ende der Läuferwicklung verwendet werden. Ferner kann auch als Strahlungsquelle bei Großmaschinen mit hoher Drehzahl, beispielsweise Turbogeneratoren, auch der Wicklungsteil in der Nähe der Stahlkappe verwendet werden, die bei solchen Maschinen den Wickelkopf der Läuferwicklung umfaßt. Ferner kann als Strahlungsquelle beispielsweise auch der Kommutator von Gleichstrommaschinen oder großen Stromwendermaschinen sowie die Schleifringe bei Wechsel- und Drehstrommaschinen vorgesehen sein. Die Anordnung ist vorzugsweise geeignet als Schulzeinrichtung für Maschinen mit Stoßlast, beispielsweise für Fahrzeugantriebe oder auch für Maschinen mit wiederholtem Anfahren.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.

Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil einer elektrischen Maschine, die beispielsweise ein

Hochspanniingsmotor sein kann und die eine Einrichtung zur Überwachung der Läufer'emperatur sein kann. Die Maschine enthält eine Einrichtung zur Überwachung der Läufertemperatur, djren Meßkopf in der Figur mit 2 bezeichnet ist. Der Meßkopf 2 ist an einem ruhenden Teil der Maschine, vorzugsweise am Lagerschild 4, befestigt. Seine Objektivöffnung ist einem Kurzschießring 8 der Läuferwicklung 6 zugewandt, die im Läuferblechpaket 10 angeordnet ist. Auf dem Ende der mit 12 bezeichneten Läuferwelle, die in Kugellagern 14 gelagert ist, befindet sich ein Lüfter 16. Im Ständerblechpaket 18 ist eine Ständerwicklung 20 angeordnet, deren Wicklungsköpfe 22 mit ihren Schaltverbindungen 24 in der Zeichnung angedeutet sind. Das Ständergehäuse 26 ist mit Kühlrohren 27 versehen. Eine Lüfterschutzhaube ist mit 28 und ein Lagerdeckel mit 29 bezeichnet.

Der Meßkopf 2 kann beispielsweise in eine Bohrung des Lagerschildes 4 eingesetzt und mittels eines Flansches 32 am Lagerschild festgeschraubt sein. Die am Ende des Meßkopfes 2 angedeuteten Anschlußleiter 34 sind mit einer in der Figur nicht dargestellten Elektronik zur Umformung des Meßwertes in eine der Strahlungsintensität proportionalen elektrischen Größe verbunden, deren Ausgang an eine Überwachungseinrich tung für die Maschine angeschlossen sein kann.

Sobald der Kurzschlußring 8 der Läuferwicklung 6 einen vorbestimmten, maximal zulässigen, vorzugsweise einstellbaren Wert erreicht, wird die Überwachungseinrichtung vom Ausgangssignal des Meßkopfes entsprechend beeinflußt und beispielsweise ein optisches oder akustisches Signal gegeben oder auch ein Signal direkt dem Auslöser des Leistungsschalter der Anlage zugeführt. Die Anordnung zur berührungslosen Erfassung der Temperaturstrahlung mit dem Meßkopf 2 gibt ein Ausgangssignal ab, das proportional zur 4. Potenz der absoluten Temperatur des zu überwachenden Maschinenteils ist. Deshalb können in Abhängigkeit von der Höhe der Läufertemperatur auch stufenweise verschiedene Signaleinrichtungen betätigt werden. Es kann z. B. zunächst ein optisches und dann ein akustisches Signal betätigt werden.

Die Überwachungseinrichtung kann zweckmäßig einen Meßverstärker enthalten, der das Detektorsignal verstärkt, und beispielsweise zwei nachgeschahete Grenzwertmelder. Diese Grenzwertmelder steuern je ein in das Auswertgerät eingebautes Relais mit Umschaltkontakten und geben parallel dazu ein Spannungssignal ab. Ein Grenzwertmelder wird auf die Warntemperatur eingestellt, bei deren Erreichen das optische oder akustische Signal gegeben wird. Beim Erreichen einer weiteren Grenztemperatur kann die Maschine abgeschaltet werden. Warn- und Abschalttemperatur können durch Potentiometer-Drehknöpfe in dem zugehörigen Auswertgerät eingestellt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung zur berührungslosen Erfassung der Temperaturstrahlung eines Infrarotstrahlers mit einem Strahlungsempfänger aus einer Brückenschaltung von strahlungsempfindlichen Widerständen, deren Eingang an eine Wechselspannung mit konstanter Amplitude angeschlossen ist und die in einem Gehäuse angeordnet sind, das auf konstanter Temperatur gehalten wird, und bei der die Widerstände des Strahlungsempfängers einen Halbleiterkörper aus einer AiiiBy-Verbindung haben, deren Kristall parallel zueinander ausgerichtete eutektische Ausscheidungen einer zweiten kristallinen Phase aus elektrisch besser leitendem Material enthält, deren Abstand zueinander gleich oder kleiner als die Wellenlänge der zu empfangenden Strahlung ist und bei welcher der Strahlungsempfänger einen Teil der Wandung eines temperaturstabilisierten Hohlraumstrahlers bildet, nach Hauptpatent 21 05512, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zur Messung und/oder Überwachung der Temperatur von rotierenden Teilen einer elektrischen Maschine, die als Strahlungsquelle für den in einem ruhenden Teil der Maschine angeordneten Strahlungsempfänger (2) vorgesehen sind.