DE2242341A1

DE2242341A1 - Temperaturfuehleranordnung an einer vorrichtung mit beheizter walze

Info

Publication number: DE2242341A1
Application number: DE2242341A
Authority: DE
Inventors: Robert Louis Geronime
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 1971-09-17
Filing date: 1972-08-29
Publication date: 1973-05-10
Also published as: US3697726A; GB1379943A

Description

Patentanwälte DIPL * ING. R. SPLANEMANN

Dr. B. REITZNER DIPL.-ING. J. RICHTER -

8000MONCHEN2

TaI 13 Τ·Ι. 226207/226209 _ο~ _Α . „'λ

29» August 1972

Rosemount Inc. Eden Prairie, Minnesota, Patentanmeldung

!EemperaturfUhleranordnung an einer Vorrichtung mit beheizter Walze

Erfindung betrifft eine temperaturfühleranordnung an einer Vorrichtung mit einer beheisten, becherförmigen Walze, einer Keisvorriohtung für diese \/alze₉ einer Energievereorgung für die Heizvorrichtung und einem stationären Temperaturfühler zur Ermittlung der Temperatur der Waise während ihrer Rotation und zur Steuerung der Energiezufuhr zur Heilvorrichtung in Abhängigkeit ▼on der ermittelten Temperatur» Insbesondere betrifft die Erfindung eine^emperaturfuhleranordnung an be~ heiüteü Walzen, wie sie bei der Behandlung von Kunotfasern verwendet werden· Der Temperaturfühler ist stationär gelagert und befindet sieh in einem Schlitz am einen linde dor rotierenden Walze, wobei der Fühler benutzt wird, um die Beheizung der Waise su steuern» Der Fühler wird also henutst, um die temperatur der Valsenoberfläohe au β teuer η ο Bei hohen ValssengeeohVfindigkelten ist die thermische Verbindung sswlsohen dem Fühler und der !,alze für dieses Vorhaben geeignet, während

309819/0676

BAD ORIGINAL

22*2341

«β 2 ~·

bei niedrigeren Geschwindigkeiten, die bein Abbremsen lind Anhalten der Walzen auftreten» die thereiache Verbindung wischen der Wolzenoberfläohe und des fühler ihre Wirksamkeit verliert und der Fühler »inen großen Wäraoanteil auf οeine Lagerung überträgt,

Valsen für die Wärmebehandlung, vie »it beispielsweise in der US-Patenteohrift 3 273 101 gezeigt eind, werden in tiToflem HaJe in der Znduetrie bei der Heretellung synthetischer fasern benutst. Die Heiaenergie für dl· Waisen wird gevShnlioh durch einen Temperaturfühler gesteuert, der der Waise tngeordnet iet, üb die Temperatur Huf der Ualssenoburfläohe au ormltteln. BtI der Konstruktion nach der US-Patentschrift 3 273 101 befindet eich ein stationäres Xuermoneter in einem ringförmigen Schlitz einer rotierenden Vi*lst, st daj dlt tfalze während ihres Betriebs an dee stationären Thermometer Torbeiwandertο Diese Lösung wurde bei hohen Geschwindigkeit en als ssufriedenstellend befunden. Line geringere Oenauigkeit tritt auf, wenn die Geschwindigkeit der Waise verringert vird, wobei die Yiärneübertragung auf den SemperaturfUhler entepreohend verringert ist· Bor Temperaturfühler leitet einen großen teil der Uta« voa Heßende des Fühlers längs seines Schaftes en der Stelle, an der der Fühler an der stationären Konstruktion befestigt ist· Dieser Fehler vird Sohuftleltungsfehler genannt und wird atiut beachtlich, wenn die Valst üborhaupt nicht rotiert, wie dies beispielsweise der Fall ist, wenn die Maschine vor der erneuten Beeohlokung eit Fasern stlllgeeetst wird.

Der vorliegenden !Erfindung liegt die Aufgabt sugrunde, unter Oberwindung dieser Mängel eint Temper*iturfühl*ranordnung su schaffen, durch die dieses dusch Wärae-

BAD ORIGINAL

3 0 9 313/0676

leitung bewirkte Meßfehler kompensiert \/ird_p der an einer rotierenden Waise auftritt ₀ bei der der i'emperaturfüliler in einen ringförmigen Schlitz der Malze ragt, die ihrerseits am Fühler vorbeirotiert·

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung darin, daß Qit dem temperaturfühler ein tfelbstheizkreis verbunden istt der geeignet ißt, die Temperatur des Fühlers über den Umgeburngsssustand zu erhöhen* wenn die Botatio&sgeschwindigkeit der Ualze (sich unterhalb einer vorgewählten Grenze befindete

liaoh einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der stationäre Fühler von einem WIderstandodraht gebildet sein« der mit Strom versorgt vird, um den Fühler selbst aufzuheizen und dadurch den Wärmeverlust zu kompensieren, der durch die Wärmeübertragung auf den Fühler auftritt, wenn die l/als· angehalten oder mit niedriger Geschwindigkeit angetrieben

Naoh einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Steuermittel eine vergleichende Steuereinheit, die ein auf einen beatiiamten Temperaturwert eingestelltes Bezugssignal mit der tatsächlich duroh den Fühler ermittelten Temperatur vergleicht <» Der Hefikrele des Fühlers kann beispielsweise eine Brüokenoehaltung sein, wobei ein Strom duroh den Widerstandedraht des Fühlers geleitet wird, so daß der Fühler selbst im erwünschten Maß aufgeheizt wird ο Der Fühlerstroia wird so eingestellt, daß der Füliler heißer als die Uiß&ebujig lst_y wenn die Walsse üsit niedriger Geschwindigkeit umläuft oder stillsteht,, während dunn_s wenn die \.alse schnell rotiert, der Strom auf den Fühler einen eehr geringen Einfluß auf das !Temperatursign»!

309 Öl 53/O67B

BAD ORIGINAL

22A23AT

Sie erfindungsgemäße Anordnung kann verhältnismäßig elnfaoh auf den geeigneten Pegel eingestellt werden, und kompensiert mit großer Genauigkeit Leitungsverluste un die Lagerkonstruktion des Fühlers·

Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeiohnung dargestellten Ausftihrungebelspiel« der Er» findune wird diese näher erläutert· Ee eeigtt

Figo 1 einen sohematiaohen Sohnitt durch

eine typische Walzenheizung mit einer erflndungsgemttJtan Vergleiohuschaltung,

Fig. 2 ein Detail der in Fig· 1 gezeigten

Anordnung in vergrößertem HsJstab» wobei die Lagerung des Temperaturfühlere und der Sohlite mir Aufnahme des Temperaturfühlers geeeigt ist«

Fig. 3 einen Schnitt, aus den dl« Temperatur-

kompeneationseohllts« ereiohtlich Bind, um die induktiTe Aufhelsung in FUhlerbereioh bu unterbrechen, um Veränderungen der Xemp«raturmeeeung weiter su kompensieren,

Figo 4 einen Sohnitt durch ein Teilstüok

einer Waise, wobei der Sohlita für den Temperaturfühler in «liier anderen Anordnung gezeigt ist,

Fig. 5 ein veiter abgewandeltes Detail einer

Walle im .iOhnltt, wobei sioh ein Γ oh lit im '..alBenmantel befindet und

,309810/0676 **d original

Figo 6 eine weitere soht>matlsohe Darstellung

des Steuerkreises für die Heizung genas der vorliegenden Erfindungo

Xn Fig» 1 ibt eine beheiztβ Walzenanordnung allgemein mit 10 beseiohnet, die von üblicher Bauart let» vie eie in der Industrie zur Behandlung von Fasern benutzt virdo Diese Walzen weieen in typischer Bauform eine Länge von etwa 51 km "bis 20? mm auf sowie einen Durchmesser von etwa 76 bis 205 mm und rotieren mit Geschwindigkeiten in der Größenordnung von 8000 Umdrehungen pro Hinute« hex Durchmesser der zu behandelnden Paaera kann von sehr leichten Fasern in der Größenordnung von O₉ 02 mm Durchmesser blB zu stärken in der Größenordnung von etwa 1 ι μ reichen» Diese Fasern werden bei einer typischen Verfahrensweise ein bis sehn Mal um die Wals© gewickelt, während sie der behandlung unterworfen werden. Die „alje» rotiert, während die Fasern der Malze zugeführt und von uieser abgeführt werden« Die Oberflächentemperaturen der -.alze liegen normalerweise in der Größenordnung von 94 bis 26Q⁰O, und es ist erforderlich, die Oberflächen« temperatur en innerhalb einer Grensse von wenigen Graden auf der gewünschten Höhe au halten» um die nötige Gleichförmigkeit der behandelten Fasern sioher^u^teilen« Jede Waise befindet ei oh üblicherweise in einer die etwa 40 bis 140 walzen aufweist, wobei die Maschinen wiederholt stillgesetzt werden» um neue Durchgänge zu beginnen, bei denen neue. Fasern auf die Walzen aufg©« wickelt v/er dene

Die allgemein mit 10 bezeichnete Ualz© umfaßt einen becherförmigen hantel 11» der mit einer inneren Mab© 12 versehen ist, die auf einer drehuuren rpindel 13 gelagert

3Ö98IÖ/ÖS76 BAD ORIGINAL

1st_f die ihrerseits duroh einen soheaatlaoh angedeuteten und mit 14 bezeichneten Motor angetrieben wird» Sie Nabe 12 1st antreibbar auf der Spindel 13 gelagert, wobei eine Kutter 15 dazu dient, sie In ihrer Lage festzuhalten» Sie becherförmige Waise ist Ib Inneren hohl auegebildet, und im Hohlraum befindet oioh ein stationärer Spulenhalter 16· Der Spulenhalter umschließt die Spindel 13 und lut mit einer aufgewickelten Induktionsspule 17 versehen· Der Spulenträger lot deinerseits *n einer stationären "and 18 befestigt.

Die Heizspule 17 bildet einen Teil der Hoizkonetruktion. Dos Heizelement umfaßt ein inneres Gehäuse 20» das an der Innenseite des hantele 11 gelagert 1st und slob ringförmig erstreckt, wobei es eine gekürzte Transformatorwindung für das Heizelement darts teilt und dadurch la leitenden Gehäuse Sekundäretröme hervorruft, die die Heizung bewirken· Geeignete Leitungen 21 führen von einen vergleichenden Steuerfreie 22 but Spule 17« Der vergleichende stauerkreis 22 vergleicht ein Signal, das die duroh ein geeignetes Blnstellelement 23 eingestellte TemperafSf^aff Signalen, die längs der Leitungen 24 von einem Temperaturfühler 25 in Widerstandsbauart erhalten werden· Die Knergiezufuhr un den Leitungen 21 wird so eingestellt, duö die die eingestellte Temperatur anzeigenden Signale und die duroh den Temperaturfühler ermittelten signale auf der Leitung 24 vom Fühler 25 gleich sindo

wie gezeigt, 1st der Fühler 25 an der Wand 18 mit einem geeigneten Befestigungsmittel angebrachte Der fühler erstreckt sich duroh eine Öffnung In der '.-and 18 und in einen ringförmigen ftohllts 27» der in dem leitenden Gehäuse 20 ausgebildet 1st» Der ringförmige Schlitz

BAD ORIGINAL

309819/0676

«7-

besitzt ein oiioaes Bude und erstreckt sich rings um die /al20, so daß während der Rotation, der '..alse die Malze am Endabschaitt dee Malere 25 vorbsiwanäert und die Lärme des Grehüuses den Fühler aufheizt,

Die Wand 18 kann beispielsweise eine viel geringere temperatur als die rotierende Waise aufweisen, die beheizt wird» wodurch sich eine liärateUbertragung auf die Lagerkonstruktion des Fühlers ergibt» Diese Wärme-Übertragung ist insbesondere nachteilig, wenn die V/alße langsam rotiert, weil die Wärmeübertragung zum Fühler viel geringer 1st als dann, wenn die ..eise schnell rotiertο Dies wird εΐβ Schaftleitungsf«hler bezeichnet und führt zu Fehlern in der Größenordnung von 10 bis 30⁰G₁ wenn die „alae stillsteht. Bei der vorliegenden Anordnung wird jedoch ein Selhstheisstroa duroh den den Fühler 25 bil&enden Wldertitandsdruht geöohiol:t₀ um den Fühler selbst auf einen vorgegebenen Vest aufauheiaan und dadurch diesen Sohaftleitungsfehler su kompensieren«

wie in Figo 6 gezeigt iot, wird eine stabile Spannungsquelle an die Anschluss· 26 gelegt, die einen Stzomfluß duroh einen Widerstand 28 und den Fühler 25 bewirkenc Der Strom duroh den Fühler kann dadurch verändert werden daß der ".ert dee Wideretande 28 verändert wird, der eur Einstellung der Fuhlezspeisung dient ο Das Spannungseignal auf der Leitung 26Λ sswisohen dem Fühler 25 und dem Uideretand 28 verändert eioh als Funktion des uider-Btandswertes des Fühlers 25o Der Fühler ist vorssugsveise ein «ud einem !.'ideretandsdraht, wie S₀B₀ einem Platindraht, bestehender Fühler oder ein !!Thermistor, dor Beinen 'widerstand als Funktion Cer Temperatur verändert« Dieses Spannungesignal auf der Leitung 28A

309819/0676.

BAD ORIGINAL

22423ΑΊ

zwischen dem Wideretend 28 und dem Fühler 25 bildet einen Eingang eines Veratariere 22A„ Dez endor« Ver-Btärkereinsang 1st ein Spannungesignal, das daa vorgewählt© Signal aus dem Elnstellkreie umfaß to Ein Unterschied der Signale an den beiden Eingängen des Verstärkers 22A ergibt ein proportionales Auegangs-Bignal aus dem Verstärker» das, wenn es duroh eine leiotungsetufe 31A geleitet vird, die Heilvorrichtung 17 in Betrieb setzt, die ihrerseits den Fühler auf* heiat j um den Widerstand des Fühlers zu verändern, bis eine Übereinstimmung der Eingangseignale erreicht wird c

Wenn die Wärmeübertragung swisohen der Welse und dem Fühler in ihrer Uirkung abfällt, wird das Fühlereignal eine niedrigere Temperatur f-neeigen ale die tatsächliche Waisentemperatur, weil eine verringerte thermische Kupplung beetohto Wenn Jedoch die Wänaekupplung bei der erfindungsgemäßen Anordnung niedrig let, vird der Fühler sum Ausgleioh selbst beheist·

Der erforderliche Strom ist verhältnismäßig gering,, er 1st jedooh ausreichend, um den Fühler uuf eine höhere als die Umgebungstemperatur su en/äriaen, wenn die Waise nit niedriger GeBchwlndigkelt umläuft oder etillsteht und er wird den normalen Schaftleitungsfehler beheben. Bei hohen Rotationsgeßohwindigkeiten der \.alze ist dieser Selbethelzung»6trom vernuohlileslgbar,und der Fühler spricht fenau auf die Oberflüohentemperatur der Waise an» weil die \,ärmeübertragung auf den Fühler sehr viel größer ist als der Wärmeverluet über die Sohaftleitung. „ann die Rotatioimgeschwindigkeit der Waise verringert wird_r wird auch die auf den Fühler übertragene Wärme

BAD ORIGINAL 3 09819/0676

verringert, well die thermische Kupplung mit der Y/alzen oberfläohe verringert vird₀

PIg₀ 3 ist gezeigt^ daß eine Anzahl Sohlitse 32 in das Gehäuse eingeschnitten werden kann» um die Ströme im Gehäuse 20 in der Nachbarschaft des ringförmigen Sohlitaes su verringern₀ .

Die Schlitze 32 eratrc-oken sich nur durch die Vandungs«· abschnitte 33 von der Inneren Oberfläche des ringförmigen Schlitzes 2? bis zur Inneren Oberfläche dee Gehäuses. Dieses Schlitze 32 verhindern das Wundern von Induktionsströmen um das Gehäuse und Behalten einige der Probleme aus, die sloh aus ungewöhnlioh hohen» im Vandungsabeohnitt 33 auftretenden Temperaturen ergeben haben«. Aufgrund des ringförmigen Schlitzes 27 steht der Vaadimga abschnitt 33 nicht in einem engen thermischen Kontakt mit dem äußeren Mantel 11 _t wie es für die anderen Abschnitte des Gehäuses gilt« In anderen Worten, der Sohlitss 27 wirkt als Vvärraebarriere der Wärmeleitung vom Vandungeabschnitt 33 nach außen entgegen» Die Sahlitze 32 unterbrechen die in diesem ÄbEOhnitt des Gehäuses induzierten Ströme und gleichen die temperatur im Uandunguabschnitt 33 aus, um damit die Blitiiinierung zusätzlicher Fehler zu unterstützen« Die AUfcahl der Schlitze kann in typischer Torrn von eins bis sechs gewählt werden» je nachdem, vie es erwünscht iat» um den geeigneten Temperaturgradienten zu erhalten«

Figo 4 zeigt einen unterschiedlich angeordneten ringförmigen Schlitz 358 der teilweise in einen äußeren Hantel 36 einer rotierenden Wlze und teilweise in dme inner© Gehäuse 37 eingeschnitten ißtc Der Temperatur*· fühler erstreckt sich in diesen ringförmigen Schllts 55 miß d»r r^ohlitz llagt näher an der äußeren

309819/0676

SAD ORIGINAL

22Λ23Λ1

Bio Figo 5 zeigt einen ringförmigen Schlitz 42» der direkt in den äußeren Hantel 43 einer rotierenden Walze eingeschnitten ist, wobei im Inneren dee Hantele kein leitendes Gehäuse benutzt wird» Die tfaSnahme, dem in den verschiedenen Schlitzen angeordneten Temperaturfühler eine Selbatheizenergie zuzuführen, kann bei jeder /uofühxungsform des Schlitzes angewandt verden<>

Aneprüohe:

BAD ORIGINAL 3U 9 8 1 9/0676

Claims

- 11 Ansprüche:

Temperaturfühleranordnung an eine? Vorrichtung Bit einer beheizten» becherförmigen 'Walze, einer Ei?.vorrichtung für dieee Malze, einer Energieversorgung für die Heisvorrichtung und einem stationären temperaturfühler zur Ermittlung der temperatur der Vulze während ihrer Rotation und zur Steuerung der Energiezufuhr zur Heizvorrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur _t dadurch gekennzeichnet« daß mit dem temperaturfühler (25) ein Selbstheizkreis (24) verbunden ist» der geeignet ist, die !temperatur dee Fühlers über den Umgebungszustand au erhöhen_f wenn die Rotationsgeschwindigkeit der '..ulze (10) sich unterhalb einer vorgewählten Grenze befindet«

2 ο Anordnung nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, uaß der Fühler ein Widerstandafühler ist und daß die Selbstheizvorrichtung Mittel umfaßt, um einen elektrisohen Strom duroh den Fühler zu leiten·

3 ο Fühler anordnung nach Anspruch 2_t öuäurch gekennzeichnet j daß der Fühler Sondenbauart aufweist, daß i~m einen Ende der Walze (10) eine ringförmige Öffnung (27_a 35, 42) auegebildet ist und daß der Fühler in diese öffnung ragt»

4 Q Fühler anordnung nach Anapruoh 2, dadurch gekennzeiohnet, daß die Heizvorrichtung eine elektrische Heizvorrichtung (31A) umfaßt und daß der Fühler die elektrische Energiezufuhr au dieser Heizvorrichtung steuert und daß Mittel (22) vorgesehen sind» um ein vom Fühler auegehendes Signal mit einem vorgegebenen BezuijBsignal zu vergleichen* sowie Mittel, um die Energieauf uhr zur Heizvorrichtung in Abhängigkeit von einest Unterschied des vom Fühler ausgehenden und des vorgegebenen Bezugssignals einzustellen*

309819/0676

BAD ORIGINAL

3o Fühler anordnung naob Anspruch 4» dadurch ^kennzeichnet, daß die Heizvorrichtung eine stationäre Induktionsspule umfaßt, die innerhalb der becherförmigen Waise (10) angeordnet 1st, sowie ein leitendes Gehäuse (20), das an der Innenseite der Walze der Spule benachbart angeordnet ist.

6β Fühleranordnung naoh Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, das venlgstens ein axialer Sohllts la Gehäuse (20) ausgebildet ist und den ringförmigen Schiit« unterbricht r um einen Stromfluß im Gehäuse (20) in der Nachbar eohaft des ringförmigen Schlitzes (27» 35# 42) su unterbinden·

7ο Verfuhren zur Koupenaation eines »ohaftleitungsfehlers in einem stationär gelagerten Widerstündetemperaturfühler, der in Kombination mit einem beweglichen Element benutzt wird, das sloh mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten innerhalb eines Arbeltezyklus bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizvorrichtung für das bewegliche Lleuent vorgesehen ist, daß die Heizwirkung der Heizvorrichtung in Abhängigkeit von einem Signal gesteuert wird, des vom Fühler erhalten vird, dafl dieser Fühler dem beweglichen Slenent benachbart derart angeordnet ist, daß er duroh die von diesem Element ausgehende Wärme stark beeinflußt wird, wenn dieses Element mit höheren Geschwindigkeiten betrieben wird_} und daß ein Gtrou durch den Fühler geleitet \.ird, um den Fühler selbst zu erwärmen und den Fühler auf einer Temperatur zu halten, die oberhalb des Uugebungssustundes liegt, wenn dieses Element sloh unterhalb einer vorgegebenen Geschwindigkeit bewegt_o

8AD ORIGINAL

309819/0676

6o Verfahren naoh Anspruch 7* daduroh gekennzeichnet,, daß ein vom fühler ausgehendes Signal mit einem vorgewählten Bezugosignal verglichen wird und die !Energie* sufuhr aur Hsizvorriohtung in Abhängigkeit vom Unfcer-3aliiad zvil.BQh.en dem vom Fühler ausgehenden Signal und vorgewählten Bezugssignal eingestellt wird»

309819/0676

BAD ORIGINAL

Leerseite