DE2730141C3

DE2730141C3 - Vorrichtung zur berührungslosen Temperaturüberwachung von sich drehenden Teilen

Info

Publication number: DE2730141C3
Application number: DE2730141A
Authority: DE
Inventors: Bernd-Rainer 6840 Lampertheim Freiberg; Horst Dr.-Ing. 7180 Crailsheim Muschelknautz
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1977-07-04
Filing date: 1977-07-04
Publication date: 1982-12-16
Also published as: FR2396964A1; NL7807205A; JPS5414288A; US4197742A; IT1096789B; DE2730141A1; BE868705A; FR2396964B1; HU178372B; IT7824850A0; JPS5856420B2; GB1603192A; DE2730141B2

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.

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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, entsp^richt es einer vorteilhaften Ausführungsform, die im wesentlichen schneckenförmig ausgebildete Spule mi^f. 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 /öO^cC 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 auße^r 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

27 Patentansprüche:

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