-
Tragbarer Temperaturmeßfühler für Tiefen- oder Tauchmessungen Die
Erfindung bezieht sich auf einen tragbaren Temperaturmeßfühler für Tiefen- oder
Tauchmessungen an schwer zugänglichen und in Längsrichtung ausgedehnten Meßobjekten,
insbesondere in Rohren von Heizeinrichtungen für Textilmaschinen, nach dem Oberbegriff
des ersten Anspruchs.
-
Tragbare Temperaturmeßfühler der eingangs genannten Gattung werden
beispielsweise in der Textilindustrie benötigt, um an vielstelligen Texturiermaschinen
die Temperatur der Heiz- und Fixiereinrichtungen nach Bedarf erfassen und vergleichen
zu können, um die Einhaltung gleichbleibender Qualität und Anfärbbarkeit der texturierten
Fäden zu gewährleisten. Die verwendeten Heiz- und/oder Fixiereinrichtungen sind
oftmals Luftheizkästen (vgl. z.B. US-PS 2 820 280, GB-PS 1 041 179), bei denen die
zu behandelnden Fäden durch von außen gemeinsam beheizte, geschlossene Rohre geführt
werden. Die Fäden erwärmen sich dabei in der im Fadenführungsrohr stehenden oder
mäßig bewegten Luft infolge der Konvektion. Die Meßobjekte selbst jedoch, d.h. die
innere Oberfläche der nebeneinander im Heizkasten angeordneten Fadenführungsrohre,sind
nur schwer zugänglich, da für eine gute Wärmeübertragung von der Rohrwand an den
Faden kleine Rohrdurchmesser, beispielsweise von 4 bis 6 mm Innendurchmesser,
und
wegen der hohen geforderten Produktionsgeschwindigkeiten der Texturiermaschinen
große Längenausdehnungen der Rohre verwendet werden müssen. Zusätzliche Schwierigkeiten
treten auf, wenn die im Heizkasten eingeschweißten Rohre in gekrümmter Form vorliegen
(z. B. DT-AS 1 435 536) und Temperaturmeßfühler mit einer starren Verbindung zwischen
dem Meßkopf und dem Handgriff aufgrund der Rohrkrümmung nicht mehr bis zur Meßstelle
hingeschoben werden können.
-
Zur Durchführung von Tiefen- oder Tauch-Temperaturmessungen an solchen
Meßobjekten wird die Verwendung von Mantel-Thermoelementen und Tauch-Thermoelementen
empfohlen (elektrische und wärmetechnische Messungen, 11. Auflage, 19631 Firma Hartmann
& Braun AG, Frankfurt/Main, S. 190-193). Bei den Mantel-Thermoelementen sind
die Thermodrähte in einem warmfesten Isolationsmittel, beispielsweise Hagnesiumoxid.,
eingebettet und von einem Metallmantel umgeben.
-
Die Magnesiumoxid-Füllung hält die Thermodrähte fest in ihrer Lage,
so daß auch bei starken Erschütterungen sowie bei Verbiegungen oder Verformungen
des Schutzrohres keine Kurzschlüsse zwischen den Leitern untereinander und zwischen
den Leitern und dem Mantelmaterial auftreten.
-
Infolge des starren Metallmantel6 eignen sich Hantel-Thermoelemente
zur genauen Bestimmung der Eintauchtiefe des Meßkopfes in dem Meßobjekt und daher
auch gut zu Vergleichsmessungen und zur Aufnahme von Temperaturprofilen von Heizkästen.
Andererseits wird es aber als nachteilig empfunden, daß ein Mantel-Thermoelement,
insbesondere bei großen Längenabmessungen für einen tragbaren Temperaturmeßfühler,
aufgrund der starren Ausbildung des Mantelrohres sehr unhandlich ist und auch nur
an frei zugänglichen Meßobjekten verwendet werden kann. Solche Meßobjekte liegen
bei betriebsbereit installierten Texturiermaschinen oder bei laufenden Produktionsmaschinen
wegen deren kompakter Bauweise aber nicht vor. Mantel-Thermoelemente können deshalb
nur schwierig oder überhaupt nicht an die Meßstelle geführt werden.
-
Weiterhin können Temperaturmessungen in gekrümmten Rohren nur vorgenommen
werden, wenn die Krümmung dieser Rohre stetig verläuft und das Mantelrohr des Temperaturfühlers
ebenfalls eine entsprechende Krümmung aufweist. Schließlich ist es sehr naxhteilig,
daß durch die gute Wärmeleitfähigkeit des die Thermodrähte umgebenden geschlossenen
Metallmantels viel Wärme vom Meßobjekt abgeleitet wird und hierdurch die Temperaturmessung
verfälscht oder zumindest stark verzögert wird.
-
Es sind auch tragbare Temperaturmeßfühler bekannt, dip aus einem Meßkopf
mit einem Temperaturmeßfühler, einer Handhabe .lift Anschlüssen zum Abgreifen eines
Meßsignals sowie einem gegliederten Führungselement bestehen, durch welches der
Meßkopf und die Handhabe verbunden sind und durch welches die isolierten Meßleitungen
zur Ubertragung des Meßsignals hindurchgeführt sind.
-
Diese Temperaturmeßfühler werden für die Temperaturerfassung in Sacklochbohrungen
angewendet. Sie sind in ihrer Länge und bezüglich der Anpreßkraft des Heßelementes
im Meßobjekt einstellbar.
-
Das Meßelement selbst befindet sich bei den in Rede stehenden Temperaturmeßfühlern
an der Spitze eines bis zu einem gewissen Krümmungsradius biegsamen und axial zusammenschiebbaren
Metallschlauches aus profiliertem, ineinandergreifendem Bandmaterial. Für eine genaue
Messung muß das Meßelement fest an den Grund der Sackloch .
-
bohrung angedrückt werden.
-
Infolge der Biegsamkeit kann sich das Führungselement zwar an größere
Krümmungsänderungen des Meßkanals anpassen, doch besteht die Schwierigkeit der genauen
Bestimmung der Eintauchtiefe des Meßkopfes in einem nicht verschlossenen Heßkanal
oder an einer anderen Meßstelle als am Ende des Meßkanals. Dies kommt daher, daß
die ineinandergreifenden Glieder des Metallschlauches ein großes Axialspiel aufweisen
- hierauf beruht die Biegsamkeit des Metallschlauches - und bei der Ubertragung
von Schubkräften und durch Reibung an der Wand des Meßkanals - unter Verfälschung
der Eintauchtiefenmessung
- mehr oder weniger stark zusammengeschoben
werden. Schließlich werden Metallschläuche nur für Außendurchmesser über 8 bis 10
mm hergestellt, so daß ihre Verwendung eingeschränkt ist.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine tragbare Temperaturmeßeinrichtung
zur genauen Temperaturerfassung innerhalb eines schwer zugänglichen und in Längsrichtung
ausgedehnten Meßobjektes zu schaffen, die zwecks Anpassung an einen ggf. gekrümmten
Meßkanal zwischen dem Zugang zum Meßobjekt und der eßstelle ein biegsames Führungselement
aufweist, die dazu im Meßobjekt genau positioniert werden kann und bei der die Meßwertverfälschung
durch Wärmeableitung von der Meßstelle auf einen hinreichend kleinen Wert beschränkt
ist.
-
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen des ersten
Patentanspruchs. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Unteransprüchen
2 bis 4 angegeben.
-
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, daß die Temperaturmeßeinrichtung
unabhängig von der Aufstellung des Meßobjektes einsetzbar ist, da der Meßkopf durch
die Ausbildung des Führungselementes auch bei schlechter Zugänglichkeit, beispielsweise
bei räumlich beengten Verhältnissen, bei Arbeiten über Kopf oder bei Temperaturmessungen
an ortsfesten und schlecht zugänglichen Meßobjekten einfach einfädelbar und wegen
der Flexibilität und des Rückfederungsvermögens der sich gegenseitig abstützenden
Drahtwindungen leicht zur Meßstelle bringbar ist. Aufgrund der Federwirkung und
der vorgesehenen Vorspannung des Führungselementes in axialer Richtung wird die
Gefahr von Längenänderungen des Führungselementes bei der Messung der Eintauchtiefe
vermieden und eine bessere Ubereinstimmung und Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse
erreicht.
-
Weiterhin wird die Meßgenauigkeit im Vergleich zu den bekannten Heßfühlern
erhöht, da bei geringer Masse des Heßkopfes und des Führungselementes nur wenig
Wärme vom Meßkopf aufgenommen und von der Meßstelle abgeleitet wird. Dies wird insbesondere
dadurch
erreicht, daß der durch Wärmeleitung erfolgende Wärmeentzug behindert wird und nicht
über den kurzen, direkten Weg, sondern über den wesentlich längeren, gewendelten
Weg des erfindungsgemäßen Führungselementes erfolgt, weil der direkte Weg - infolge
der wärmeisolierend wirkenden Luftspalte zwischen den Drahtwindungen - einen höheren
Wärmeleitwiderstand aufweist.
-
Schließlich ergeben sich für die Temperaturmeßfühler nach der Er-:windung,
insbesondere gegenüber Mantelthermoelementen für große Eintauchtiefen, noch Vorteile
in der Handhabung und Aufbewahrung sowie bezüglich der Empfindlichkeit gegen äußere
Krafteinwirkungen und der Ssörungsanfälligkeit sowie gegenüber flexiblen Metallschläuchen
bezüglich der besseren Verfügbarkeit für kleine Durchmesser und des Preises.
-
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
-
Es zeigen Fig. 1: den Temperaturmeßfühler nach der Erfindung in Ansicht;
Fig. 2: den Tenperaturmeßfühler im eingerollten Zustand; Fig. 3: die Klemmvorrichtung
zur Einstellung der Eintauchtiefe in vergrößerter Darstellung im Längsschnitt; Fig.
4: eine Einzelheit des Meßkopfes.
-
In Fig 1 ist die Temperaturmeßeinrichtung nach der Erfindung dargestellt.
Im einzelnen ist der Meßkopf mit der Bezugsziffer 1, das Führungselement zum Führen
des Meßkopfes 1 an die Meßstelle mit der Bgzugsziffer 2 und die Handhabe oder der
Handgriff mit der Bezugsziffer 3 bezeichnet. Der Meßkopf 1 besteht aus einem Profilstück
4 aus gut wärmeleitendem Material, vorzugsweise Silber oder einer geeigneten Legierung.
Er weist eine geringe Masse auf 1 damit der Meßstelle nur wenig Wärme entzogen wird
und sich die
exakte Meßtemperatur schneller einstellen kann. In
dem Profilstück 4 ist nahe an der Außenwand ein Thermoelement 5 in Hartlot 6 eingebettet.
Die Thermodrähte sind mit 5.1 und 5.2 und die Schweiß- oder Lötstelle des Thermoelementes
mit 5.3 bezeichnet (Fig. 4). Anstatt des Thermoelementes 5 kann auch ein Temperaturmeßwiderstand
verwendet werden.
-
An dem Meßkopf 1 ist gemäß der Erfindung ein im Querschnitt formstabiles
und zur Ubertragung von in Längsrichtung wirksamen Druckkräften geeignetes und in
Querrichtung flexibles Führungselement 2 angeschlossen, durch welches die mit Glasfasern
7 oder mit einem anderen geeigneten, temperaturbeständigen Isoliermittel gegen Kurzschluß
isolierten Thermodrähte 5.1 und 5.2 hindurchgeführt sind. Als Führungselement 2
wurde im Ausführungsbeispiel der Außenmantel eines Bowdenzuges verwendet1 der als
Flachdrahtspirale gewickelt ist und dessen Windungen sich gegenseitig aufeinander
abstützen. Es ist aber auch günstig, eine zylindrische Schraubenfeder aus einem
geeigneten, stabilen Federstahldraht mit rundem Querschnitt zu verwenden. Das Führungselement
ist in vorteilhafter Weise in Längsrichtung vorgespannt, ohne daß dies nach der
Erfindung unbedingt der Fall sein muß.
-
Am anderen Ende des Führungselementes 2 ist die Handhabe 3 z. B. aus
Kunststoff angespritzt. Aus der Handhabe sind die isolierten Thermodrähte 5.1 und
5.2 herausgeführt und über nicht dargestellte Ausgleichsleitungen zu einer Vergleichsstelle
verlängert und mit einem geeigneten Anzeigegerät verbunden.
-
Auf dem Führungselement 2 ist eine axial verschiebbare Stell- und
Klemmvorrichtung 8 mit einem Anschlag 9 angeordnet, die in Fig. 3 im Längsschnitt
gezeigt ist und mit der die Eintauchtiefe des Meßkopfes 1 im Meßobjekt eingestellt
wird.
-
Die Klemmvorrichtung 8 besteht aus der in Längsrichtung geschlitzten
und an ihren Enden mit einem Konus 10 versehenen Hülse 11, die
auf
dem Führungselement 2 verschiebbar ist. Durch Zusammenziehen der Verschraubungen
12 und 13 wird die Hülse 11 eingespannt und in der eingestellten Lage fixiert. Zur
Zentrierung im Meßkanal ist die Verschraubung 13 noch mit am Umfang verteilten Blattfedern
14 versehen, die sich an der Wand des Meßkanals abstützen können.
-
Das Führungselement folgt bei der Einführung des Meßkrpfes 1 in das
gegebenenfalls gekrümmte oder auch mehr oder weniger deformierte und von seiner
vorgegebenen geometrischen Form abweichende Meßobjekt allen vorhandenen Krümmungsänderungen.
Infolge seines Rückstellvermögens und der gegebenenfalls vorliegenden Vorspannung
treten keine Längen-inderungen des Führungselementes 2 auf, so daß die Eintauchtiefenmessung
sehr gut und beliebig oft reproduzierbar ist.
-
In Fig. 2 ist die Temperaturmeßeinrichtung im eingerollten Zustand
gezeigt. Dies läßt sich aufgrund der Flexibilität des Führungselementes 2 auf engem
Raum und unabhängig von der Gesamtänge des Temperaturmeßfühlers durchführen. In
diesem Zustand läßt sich der Temperaturmeßfühler mit nur geringem Platzbedarf aufbewahren.
-
In Fig. 3 ist die Flachdrahtspirale 2 des Bowdenzuges vergrößert dargestellt.
Die nur linienförmige Berührung der Windungen der Flachdrahtspirale läßt erkennen,
daß zwischen den einzelnen Windungen ein schlechter Wärmeübergang vorliegt. Die
exakte Meßtemperatur stellt sich hierdurch am Meßkopf schneller ein.
-
In Fig. 4 ist der Meßkopf 1 vergrößert dargestellt. Das an der schräg
durchbohrten Außenwand des Meßkopfes angeordnete Thermoelement 5 mit der Schweißstell
e 5.3 ist gut erkennbar. Anstelle eines Thermoelementes kann im Meßkopf auch ein
anderer Temperaturmeßfühler, beispielsweise ein an sich bekannter Temperaturmeßwiderstand
aus Platin oder Nickel, eingesetzt sein. Das Profilstück 4 des Meßkopfes kann im
Querschnitt auch ein dem Meßobjekt angepaßtes Profil aufweisen1 sofern der Querschnitt
des Meßobjektes von der Kreisform abweicht.
-
Ein profilierter Meßkopf-Querschnitt wird in vorteilhafter Weise z.
B.
-
für Temperaturmessungen in gekrümmten Heizschienen von Textilmaschinen
verwendet.
-
Leerseite