DE2730141C3 - Vorrichtung zur berührungslosen Temperaturüberwachung von sich drehenden Teilen - Google Patents
Vorrichtung zur berührungslosen Temperaturüberwachung von sich drehenden TeilenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperaturüberwachung
von sich drehent ;n Teilen, insbesondere
von hydraulischen Kupplungen, mit einer an dem zu überwachenden Teil an seiner sich drehenden Oberfläche
angeordneten Spule, deren Anschlüsse über ein temperaturabhängiges Widerstandselement miteinander
verbunden sind und mit einem Initiator, der im Bereich der Umlaufbahn der Spule angeordnet ist
Bei beweglichen Maschinenteilen, die im Betrieb unter Umständen einer verhältnismäßig starken Wärmeleistung
ausgesetzt sein können, ist es zweckmäßig, die Temperatur zu überwachen. Um eine Beschädigung
oder Zerstörung solcher Maschinenteile zu verhindern, ist es in vielen Fällen erforderlich, den Betrieb
abzuschalten oder eine andere geeignete Maßnahme zu ergreifen, wenn eine zulässige Grenztemperatur überschritten
wird.
Temperaturprobleme der oben angegebenen Art treten beispielsweise bei hydraulischen Kupplungen auf,
bei welchen insbesondere beim Überlasten und vor allem beim Blockieren ein außerordentlich rascher und
starker Temperaturanstieg erfolgen kann. Deshalb ist es hnnhct ^u/Anlrmäfticr HJa OlfAmriAratiir 7tf moceen iinA iw
Q, ! — _ „„
überwachen, um bei einem unzulässigen Anstieg der Öltemperatur geeignete Sicherheitsvorkehrungen einleiten
zu können. Zu diesem Zweck sind bereits Temperaturfühler verwendet worden, weiche in die
Gehäusewand einer hydraulischen Kupplung eingebaut sind, und ein Weichlot oder ein Schmelzlot aufweisen,
welches bei einer vorgegebenen Temperatur schmilzt. Sobald ein Weichlot oder Schmelzlot beim Überschreiten
einer Grenztemperatur zum Schmelzen gebracht wurde, wird durch eine in den Temperaturfühler
eingebaute Feder ein Kolben betätigt, der so weit ausgefahren wird, daß er eine entsprechende Sehalleinrichtung
betätigen kann, weiche dazu geeignet ist eine zweckmäßige Maßnahme einzuleiten. Es hängt dabei
vom Anwendungsfall und von der Vorrichtung ab, welche Maßnahmen von der Schalteinrichtung ausgelöst
werden sollen. In vielen Fällen wird die zu überwachende Vorrichtung einfach abgeschaltet, um die
Ursache der Überhitzung feststellen und beseitigen zu können.
Den bekannten Temperaturfühlern ist dsr Nachteil eigen, daß sie in der Herstellung sehr aufwendig sind
und nur eine verhältnismäßig begrenzte Zuverlässigkeit haben. Der relativ komplizierte Aufbau eines derartigen
Temperaturfühlers bringt es zwangsläufig mit sich, daß trotz höchster Sorgfau und Präzision bei der Fertigung
nach längeren Betriebszeiten nicht mehr gewährleistet werden kann, daß der Temperaturfühler im Bedarfsfalle
ab&olut zuverlässig anspricht
Der oben angesprochene bekannte Temperaturfühler hat den weiteren Nachteil, daß selbst bei einwandfreiem
Funktionieren nach dem Ansprechen in jedem Fall ein neuer Temperaturfühler eingesetzt werden muß, da
naturgemäß ein solcher Temperaturfühler beim Ansprechen zerstört wird. Durch das Einsetzen eines neuen
Temperaturfühlers wird nicht nur wertvolle Betriebszeit und auch entsprechende Arbeitszeit benötigt sondern
es dürfte insbesondere bei verhältnismäßig schnell laufenden Maschinen auch erforderlich sein, eine neue
Auswuchtung vorzuif ehmen.
In der CH-PS 5 00 546 ist eine Temperaturüberwachungseinrichtung beschrieben, bei der eine Spule auf
dem rotierenden Teil angeordnet ist Aber diese Spule ist über den ganzen Umfang des zu überwachenden
Teiles gewickelt Dies bedeutet, daß der Initiator ständig bedämpft wird, da er von der Spule dauernd beeinflußt
wird. Es steht praktisch dauernd ein konstantes Signal an, das elektrisch ausgewertet wird. Das Signal ist dabei
proportional der induzierten Spannung. Diese Einrichtung ist umständlich und aufwendig aufgebaut Insbesondere
bei großen Durchmessern der zu überwachenden Teile ist eine entsprechend grc'te Spule erforderlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des
Hauptanspruchs genannten Art zu schaffen, weiche bei besonders einfachem und robustem Aufbau auch nach
längeren Betriebszeiten mit außerordentlich hoher Zuverlässigkeit anspricht und dabei zugleich zerstörungsfrei
arbeitet
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß die Spule im wesentlichen in einer Ebene
angeordnet und schneckenförmig ausgebildet ist und daß die Spule und das temperaturabhängige Widerstandselement
jeweils innerhalb einer Vergußmasse in einem in die Gehäusewand des zu überwachenden
Teiles einsetzbaren Teil angeordnet sind.
Überwachungseinrichtung geschaffen, weiche nach dem Grundgedanken der Erfindung eine Kombination au^
einem Temperaturfühler und einem Initiator mit einem Oszillator verwendet wobei diese beiden zusammenwirkenden
Teile derart aufeinander abgestimmt sind, daß beim Vorbeilaufen der Spule in einem vorgebbaren
Abstandsbereich von dem Oszillator des Initiators dann ein Alarmsignal oder ein Schaltvorgang od. dgl.
ausgelöst wird, wenn die zu überwachende Temperatur oberhalb einer vorgegebenen Grenztemperatur liegt
Wenn die Spule im Temperaturfühler unterhalb der Grenztemperatur kurzgeschlossen ist, wird beim Vor-
beilaufen der Spule vor dem Oszillator eine Dämpfung
des Oszillators erreicht. Wenn die Spule hingegen oberhalb der Grenztemperatur geöffnet ist, erfolgt
keine Dämpfung des Oszillators. Um die Spule im Temperaturfühler in der gewünschten Weise kurzzuschließen
bzw. zu öffnen, können verschiedene geeignete Einrichtungen wie ein Thermoschalter od. dgl.
verwendet werden.
Gemäß einei besonders bevorzugten Ausführungsform des Erfindungagegenstandes ist vorgesehen, daß
die Widerstands-Temperatur-Charakteristik eines Kaltleiters in vorteilhafter Weise ausgenutzt wird, welche je
nach der Type des verwendeten Kaltieüers in einem sehr engen und innerhalb verhälfrismäßv ~'2iter
Grenzen wählbaren Temperaturbereich _inei. * .iBerordentlich
steilen Widerstandsansiieg aufweist. Dieser sprunghafte Widerstandsanstieg bevägt Lei vielen
Kaltleitern die Größenordnung w*,. einigen Kiloohm
innerhalb eines Temperaturb?. i'icne: bis zu etwa 200C
und kann in den Temperature eich gelegt werden, welcher der zu überwachenden Grenztemperatur
entspricht
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist lu.grund
der oben geschilderten Arbeitsweise den wesentlichen Vorteil auf, daß sie absolut zerstörungsfrei arbeitet, so
daß beispielsweise nach einem Anstieg der öltemperatur in einer hydraulischen Kupplung über den zulässigen
Grenzwert und nach dem Ansprechen des Temperaturfühlers die Vorrichtung ohne weitere Eingriffs sofort
wider betriebsbereit ist, wenn die Öltemperatur wieder
unter den Grenzwert gesunken ist und die Maschine wieder in Betrieb genommen werden kann. Damit
entfallen nicht nur Ausfallzeiten, welche zum Einsetzen eines neuen Temperaturfühlers erforderlich waren,
sondern es erübrigt sich auch ein Auswuchten oder Nachwuchten, wie es bei schnell laufenden Teüen nach
dem Einsetzen eines Austauschelementes bisher erforderlich war. Da bei rotierender Maschine ständig
Impulse abgegeben werden, kann außer der Temperaturüberwachung zugleich auch mit diesen Impulsen eine
Dreh7ahlüberwachung erfolgen.
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin außerordentlich robust aufgebaut ist und praktisch ohne
jegliche bewegliche Teile arbeitet, ist auch nach harten Arbeitsbedingungen und längeren Betriebszeitet, eine
außerordentlich zuverlässige Arbeitsweise gewährleistet
Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung den wesentlichen Vorteil auf, daß sie praktisch in ihrer
Arbeitsweise eine »Ruhestrom-Charakteristik« aufweist, da stets erkennbar ist, ob der Temperaturfühler
ordnungsgemäß arbeitet Sollte nämlich eine Leitung zwischen der Spule und dem Kaltleiter unterbrochen
sein oder eine andere Störung vorliegen, die zu einer Unterbrechung der Leitungsverbindung führt, so würde
die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung zwangsläufig ansprechen. Die Ruhestrom-Charakteristik
kommt weiterhin sogar bei einem Fehler im Oszillator oder allgemein im Initiator zum Tragen, weil
auch bsi einer Stoning ir. diesem Teil der Vorrichtung eo
die Impulse ausbleiben wurden und die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung zwangsläufig ansprechen
würde.
Der erfindungsgemäße Temperaturfühler läßt sich mit so geringen Kostsn herstellen oder an geeigneter
Stelle in ein Maschinenteil einbauen, daß insbesondere hydraulische Kupplungan serienweise mit einer entsprechenden
Überwachungseinrichtung ausgerüstet werden können, so daß dadurch die Notwendigkeit entfällt,
einen nachträglichen Umbau vorzunehmen, da aus Preisgründen oft nicht von Anfang an eine entsprechende
Überwachungseinrichtung vorgesehen wird, die sich in der Praxis jedoch in den allermeisten Fällen
zumindest nachträglich als erforderlich erweist
Um eine besonders flache Anordnung der Spule zu erreichen, besteht die Spule vorzugsweise aus einer
gedruckten Leiterbahn, die auf einem Kunststoffträger angeordnet ist
Vorteilhafterweise können der Kaltleiter und die Spule in einem verhältnismäßig Ideinen, kompakten
Element angeordnet werden, welches vorzugsweise in das Gehäuse einer hydraulischen Kupplung eingeschraubt
wird. Wenn das entsprechende Einsatzteil Sechskantschlüsselflächen aufweist, entspricht es einer
vorteilhaften Ausführungsform, die im wesentlichen schneckenförmig ausgebildete Spule mif. einer sechsekkigen
Grundkonfsguration herstellen, um den zur Verfügung stehenden Raum optimal ^u nutzen.
Obwohl Kaltleiter im allgemeinen h:-her auf einen
Temperaturbereich von etwa 50° bis /öOcC begrenzt
sind, wirkt sich dieser LImstand in der Fraxis nicht
nachteilig aus, da vor allem bei hydraulischen Kupplungen und ähnlichen Maschinenteilen die zu überwachende
Temperatur praktisch immer in den Temperaturbereich fällt welcher mit einem Kaltleiter zu erfassen ist
So liegt beispielsweise bei einer hydraulischen Kupplung üblicherweise eine eventuell kritische Grenztemperatur
in einem Bereich von etwa 100 bis 140° C. Dabei
liegt dieser Temperaturbereich bereits weit über der normalen Betriebstemperatur von beispielsweise etwa
50 bis 6O0C. Je nach Anwendungsfall und erwünschter
zulässiger Grenztemperatur läßt sich somit ein Kaltleiter auswählen, dessen Widerstands-Temperatur-Charakteristik
den Sprung von einem verhältnismäßig niedrigen Widerstandspegel auf einen verhältnismäßig
hohen Widersisndspege! bei einer gewünschten zu
überwachenden Grenztemperatur aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anh .nd der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt
F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Temperaturfühler, und
Fig.2 eine stark schematisierte perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen vorrichtung, bei
welcher ein an einer hydraulischen Kupplung angeordneter Temperaturfühler auf geringem Abstand an einer
fest angeordneter. Meßeinrichtung vorbeigeführt wird.
Gemäß F i g. 1 besteht ein in seiner Gesamtheit mit 10
bezeichneter Temperaturfühler aus einem Meßfühlerkörper 21, der eine entlang seiner Längsmiueiachse
verlaufende Durchgangsbohrung 22 aufweist. Der Meßfi'hlerkörper 21 kann ein im wesentlichen rotationssymxetrisches
Bauteil sein, welches einen im linken Teil der F i ς. 1 dargestellten Ansät/ mit einem
verhältnismäßig kleinen Durchmesser aufweist, der ein
Außengewinde 20 hat Mit diesem Außengewinde kann der Temperaturfühler 10 beispielsweise in das Gehäuse
einer hydraulische·* Kupplung eingeschraubt werden. Zweckmäßigerweise kann dabei die äußere Mantelfläche
des im rechten Teil der F i g. 1 dargestellten Teils des Meßfühlerkörpers 21 mit größerem Durchmesser
eine Schlüsselfläche aufweisen, um den gesamten Temperaturfühler 10 mit Hilfe eines Gaoelschlüssels
oder eines Ringscnlüssels in das Gehäuse einer hydraulischen Kupplung leicht einschrauben zu können.
Eine Stirnfläche des Temperaturfühlers 10 kann gleichzeitig auch zur Abdichtung mitbenutzt werden,
indem zwischen die Stirnfläche des Temperaturfühlers und die Außenwand der Kupplung ein Dichtungsring
eingefügt wird.
Obwohl der Meßfühlerkörper 21 in der F i g. 1 einstückig dargestellt ist, kann die Anordnung auch
natürlich derart getroffen sein, daß beispielsweise im Hinblick auf eins besonders hohe Festigkeit ein
Metalleinsatz für den Gewindeteil und/oder die Schlüsselftäche verwendet wird.
Wenn die Spule an einem Metallgehäuse angebracht ist, muß sichergestellt sein, daß zwischen der Spule und
dem Metallgehäuse ein Mindestabstand eingehalten ist.
Nur auf diese Weise kann erreicht werden, daß bei
Vorbeilauien an der Meßeinrichtung der Oszillator nur
während der Zeit gedämpft wird, in welcher die Spulenfläche benachbart zum Oszillator vorbeigeht In
Abhängigkeit vom Schaltabstand des Oszillators muß das Metallgehäuse dabei hinreichend weit entfernt sein,
um eine Dämpfung des Oszillators durch das Metall des Gehäuses zu verhindern.
Weiterhin ist darauf hinzuweisen, daß die Spule derart aufgebaut sein muß, daß sie für den Oszillator im
Initiator 14 keine »geschlossene Metallfläche« darstellt,
das heißt, die Abstände zwischen den einzelnen Windungen müssen hinreichend groß gewählt werden,
um zu vermeiden, daß die geöffnete Spule den Oszillator
noch nicht dämpft In der Praxis haben sich in einer gerätetechnischen Ausführungsform beispielsweise
Leiterbahnen mit einer Breite von etwa 0,2 bis 03 mm und Abstände zwischen den Leiterbahnen von etwa 0,4
bis 0,6 mm bei einer Spule von etwa 30 Windungen als zweckmäßig erwiesen. Die obigen Werte sollen jedoch
nur eine anschauliche Vorstellung von einer möglichen praktischen Ausführungsform vermitteln.
Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß der Durchmesser der Spule grundsätzlich die Impulsdauer maßgeblich
beeinflußt, die natürlich auch von der Umlaufgeschwindigkeit abhängt mit velcher die Spule 12 an dem
Initiator 14 vorbeiläuft, wenn der Temperaturfühler 10
gemäß der schematischen perspektivischen Darstellung in der Fig.2 an dem Gehäuse einer hydraulischen
Kupplung 15 angebracht ist, welche mit einer bestimmten Drehzahl rotiert
Bei einer angenommenen Drehzahl von etwa 3000 U/min läuft der Temperaturfühler 10 mit einer
Frequenz von 50 Hz um, so daß bei einem Teilkreisdurchmesser
26 von etwa 100 cm Impulse einer Dauer von etwa 20 usec erzeugt werden- Zweckrriäßigerweise
werden diese Impulse durch eine entsprechende Impulsformerschaltung auf eine Breite in der Größenordnung
von etwa 5 Millisekunden gebracht, um in der nachgeschalteten Auswerteschaltung die echten Signalimpufse
von eventuellen Störimpufsen leicht unterscheiden zu können, die in vielen Fällen als sehr schmale
Impulse auftreten. Auf diese Weise ist es möglich, Störirnpulse mit einer Dauer von 1 bis 2 Millisekunden
noch klar von den echten Signalimpulsen unterscheiden zu können, ohne daß abgeschirmte Leitungen erforderlich
wären.
Sowohl der Kaltleiter 11 als auch die Spule 12 sowie
die Verbindungsleitungen 23 und 24 zwischen dem Kaltleiter 11 und der Spule 12, weiche durch die
Bohrung 22 hindurchgeführt sind, sind in einer Vergußmasse 16 angeordnet Diese Vergußmasse kann
beispielsweise ein Kunstharz sein, welches in die entsprechenden Hohlräume in dem Meßfühlkörper 21
eingegossen wird, nachdem die Bauteile an Ort und Stelle angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich
außer den Bauteilen auch die Verbindungsleitungen 23 und 24 sowie die Enden 12a und 12ft an den
entsprechenden Anschlußstellen an der Spule 12 mechanisch gegen Vibrationen oder sonstige Einflüsse
sichern.
Um einen guten Wärmeübergang zwischen dem Kaltleiter 11 und der Umgebung zu fördern, ist über
dem Kaltleiter 11 eine Kappe 17 aus einem Material mit
einem guten Wärmeleitvermögen angeordnet Zweckmäßigerweise wird zwischen der Kappe 17 und dem
Meßfühlerkörper 2t ein Wärmedämmstück 18 angeordnet. Wenn der Temperaturfühler 10 beispielsweise in
das Gehäuse einer hydraulischen Kupplung eingeschraubt ist, läßt sich mit einer oben beschriebenen
Anordnung erreichen, daß der Kaltleiter Γ mit besonders geringer Verzögerungszeit auf And rungen
der Temperatur des Hydrauliköls in der hydraulischen Kupplung anspricht Sobald die vorgegebene Grenztemperatur
überschritten werden sollte, erhöht sich der Widerstand des Kaltleiters 11 praktisch so stark, daß die
elektrische Spule 12 an den Enden 12a und 126 praktisch geöffnet wird. Wenn der Temperaturfühler 10 in einer
Anordnung gemäß der schematischen Darstellung in der F i g. 2 mit der dann nicht mehr kurzgeschlossenen
Spule 12 an dem Initiator 14 einer Meßeinrichtung 13 vorbeigeführt wird, wird der in dem Initiator angeordnete
Oszillator nicht gedämpft, so daß beispielsweise ein Schaltvcrgang ausgelöst wird, der in Abhängigkeit vom
jeweiligen Anwendungsfall entsprechende Maßnahmen auslöst, die durch die erhöhte Temperatur geboten sind.
Die Fig.2 veranschaulicht in rein schematischer
Darstellung eine hydraulische Kupplung 15, weiche auf der Welle 25 läuft Auf ihrer einen Stirnseite weist die
hydraulische Kupplung 15 den Temperaturfühler 10 auf, welcher derart angeordnet ist daß er auf einem Abstand
von beispielsweise einer Größenordnung von 10 Millimeter an der Stirnfläche des Initiators 14
vorbeiläuft, der seinerseits an einer Meßeinrichtung 13 angebracht ist die wiederum auf einer feststehenden
Halterung 19 befestigt ist
Grundsätzlich ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung natürlich nicht auf eine rotierende
Einrichtung beschränkt, sondern es könnte der Temperaturfühler
10 auch auf einem hin und her bewegbaren Maschinenteil angeordnet sein. Grundsätzlich ist hier
die erfindungsgemäße Meßeinrichtung in allen Fällen vorteilhaft anwendbar, in welchen eine feste Verbindung
zwischen dem Temperaturfühler 10 und der zugeordneten Meßeinrichtung auf Schwierigkeiten
stößt und somit zwischen diesen beiden Bestandteilen der Meßeinrichtung Relativbewegungen zugelassen
werden sollen, so daß eine berührungslose Arbeitsweise anzustreben ist
Der Vollständigkeit wegen sei bemerkt, daß zweckmäßigerweise
in die Auswerteeinrichtung eine sogenannten
Anfahr-Oberbrückung eingebaut wird, wie sie an sich bekannt ist und bei Überwachungseinrichtungen
rotiernder Teile häufig verwendet wird. Diese Anfahrüberbrückung
hat den Zweck, die Überwachungsemrichtung vom Augenblick des Einschaltens so lange
nicht wirksam werden zu lassen, bis das rotierende Teil
die Nenndrehzahl erreicht hat Anderenfalls könnte unter Umständen eine rotierende Maschine nicht
angefahren werden, weil grundsätzlich auch im Stillstand
bereits eine Fehlermeldung erfolgt Auf den Aufbau einer derartigen Anfahrüberbrückung braucht
hier nicht näher eingegangen zu werden, da es sich am
eine übliche bekannte Maßnahme handelt
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Vorrichtung zur berührungslosen Temperaturüberwachung
von sich drehenden Teilen, insbesondere von hydraulischen Kupplungen, mit einer an
dei, su überwachenden Teil an seiner sich drehenden Oberfläche angeordneten Spule, deren Anschlüsse
über ein temperaturabhängiges Widerstandselement
miteinander verbunden sind und mit einem Initiator, der im Bereich der Umlaufbahn der Spule angeordnet
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (12) im wesentlichen in einer Ebene angeordnet
und schneckenförmig ausgebildet ist und daß die Spule (12) und das temperaturabhängige Widerstandselement
(11) jeweils innerhalb einer Vergußmasse (16) in einem in die Gehäusewand des zu
überwachenden Teiles (15) einsetzbaren Teil angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet,
daß das einsetzbare Teil Sechskant-Schlüsseiflächen
p. fweist und in das zu überwachende Teil
(15) einschraubbar ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige
Widerstandselement ein Kaltleiter (11) ist
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Spule (12) aus einer gedruckten Leiterbahn besteht, die auf einem
Kunststoffträser angeordnet ist
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