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Gerät zur Temperaturüberwachung rotierender Bauteile
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Temperaturüberwachung
rotierender Bauteile, z. B. Wellen von Elektromotoren, bei dem das Signal eines
mitrotierenden temperaturempfindlichen Sensors über ein mitrotierendes Koppelglied
auf ein stationäres Koppelglied induktiv übertragen wird, wobei die Koppelglieder
insbesondere Induktionsspulen sind, und durch eine nachfolgende Auswerteelektronik
ausgewertet wird.
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Bei elektrischen Maschinen, inbesondere bei solchen mit wechselnder
Belastung, ist es oft notwendig, eine Temperaturüberwachung durchzuführen, um die
Maschine vor thermischer Überlastung zu schützen. Für läuferkritische Maschinen,
bei denen sich im Störungsfalle der Läufer schneller als der Ständer erwärmt, ist
es wünschenswert, die Temperaturmessung am Läufer vorzunehmen.
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Dies führt jedoch zu der Schwierigkeit, das Temperaturüberwachungssignal
von dem rotierenden Läufer ohne Verwendung störanfälliger Schleifkontakte abzugreifen.
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Es ist mit dem Sonderdruck aus "AEG-Mitteilungen" 56 (1966) 1, Seiten
19 bis 23 "GEAPHYL, ein Motorvollschutz für läuferkritische Maschinen" ein Gerät
bekanntgeworden, bei welchem das Temperaturüberwachungssignal induktiv durch eine
Koppelspule im Läufer und eine weitere im Ständer, die sich bei einer bestimmten
Läuferstellung konzentrisch gegenüberstehen, übertragen wird.
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Die stationäre Koppelspule ist Teil eines Hochfrequenzoszillators,
dessen Dämpfung durch die induktiv angekoppelte Impedanz des passiven Stromkreises
im Läufer, bestehend aus Koppelspule und galvanisch verbundenem PTC-Widerstand,
welcher bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur seinen Widerstand fast schlagartig
um mehrere Zehnerpotenzen erhöht, beeinflußt wird.
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Eine erhöhte Dämpfung des Hochfrequenz-Oszillators signalisiert das
Überschreiten einer vorgegebenen Grenztemperatur im Läufer der Maschine.
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Die stationäre Koppelspule wird durch ein Koaxialkabel mit der Auswerteelektronik
verbunden, welche Schaltimpulse für nachgeschaltete elektrische Geräte abgibt. Die
Länge des Koaxialkabels ist aufgrund der hochgewählten Oszillatorfrequenz begrenzt
und soll nach Möglichkeit 1,5 m nicht überschreiten. Der stationäre Überwachungsteil
besteht somit aus stationärer Koppelspule, koaxialem Kabel und an der oder in der
Nähe der Maschine montierten Auswerteeinrichtung. Die Auswerteeinrichtung ist als
vergossener Block ausgeführt oder in einem Gußkasten installiert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Elemente des stationären Überwachungsteils
in einer möglichst raumsparenden und preisgünstigen Baueinheit unter Verzicht des
Koaxialkabels zusammenzufassen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auswerteelektronik
direkt an das stationäre Koppelglied angeschlossen und in einer Baueinheit als Temperaturgrenzwertmelder
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ordnet ist, wobei der Temperaturgrenzwertmelder niederfrequente
Schaltimpulse für nachgeschaltete elektrische Geräte, z. B.
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Schaltgeräte oder Warnleuchten,abgibt.
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Die Auswerteelektronik kann hierbei in vorteilhafter Weise durch integrierte
Bausteine realisiert werden.
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Einem weiteren Merkmal der Erfindung zur Folge, kann sich der Temperaturgrenzwertmelder
in einem rohrförmigen Gehäuse befinden, wobei das Gehäuse in seinem äußeren Bereich
ein Außengewinde trägt, welches bei Einschraubung in das Maschinengehäuse eine genaue
Einstellung des Luftspaltes zwischen stationärem Koppelglied und rotierendem Koppelglied
ermöglicht.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
gezeigt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und
Verbesserungen und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.
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Es zeigt: Figur 1 den Schnitt durch einen Ausschnitt einer elektrischen
Maschine mit Temperaturüberwachungsgerät, Figur 2 die Ansicht eines Temperaturgrenzwertemelders
in einem flachen Gehäuse, Figur 3 eine Seitenansicht gem. Fig. 2 zusätzlich mit
einem mitrotierenden Überwachungsteil Figur 4 ein Blockschaltbild des Temperaturüberwachungsgerätes.
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In Figur 1 ist schematisch ein Teil einer elektrischen Maschine dargestellt,
bestehend aus Maschinengehäuse ll, Maschinenwelle 12, Läufer 13 und einem Temperaturüberwachungsgerät,
das seinerseits aus einem teeraturempfindlichen Widerstand 14, der Stelle an einer
wärmekritischèdes Läufers 13 angebracht ist, einem mitrotierenden Überwachungsteil
15, welches durch eine Schraube 16 am Läufer 13 befestigt ist und einem zylinderförmigen
Temperaturgrenzwertmelder 17 mit Außengewinde, der in das Maschinengehäuse 11 eingeschraubt
und durch eine Kontermutter 18 befestigt ist, besteht.
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Der temperaturempfindliche Widerstand 14 ist durch elektrische Leitungen
19 mit dem mitrotierenden Überwachungsteil 15 welches eine mitrotierende Koppelspule
20 enthält, verbunden.
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Im rechten Ende des Temperaturgrenzwertmelders 17 ist eine stationäre
Koppelspule 21 untergebracht,und am linken Ende tritt ein Kabel 22 mit Versorgungs-
und Steuerleitungen aus.
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Die Figur 1 stellt eine Position des Läufers 13 dar, bei dem sich
die mitrotierende Koppelspule 20 und die stationäre Koppelspule 21 konzentrisch
gegenüberstehen. Durch Einschraubung des Temperaturgrenzwertmelders 17 in das Maschinengehäuse
11 läßt sich der Luftspalt zwischen den Koppelspulen 20, 21 einstellen.
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In Figur 2 ist ein Temperaturgrenzwertmelder 23 dargestellt, der sich
in einem flachen, länglichen Gehäuse 30 befindet.
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Im oberen Bereich des Temperaturgrenzwertmelders 23 ist eine runde
Koppelspule 21 dargestellt. Am unteren Ende tritt ein Kabel 22 mit Versorgungs-
und Steuerleitungen aus.
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Die Figur 3 zeigt den gleichen Temperaturgrenzwertmelder 23 wie Figur
2 in seitlicher Ansicht. Hier ist zusätzlich ein mitrotierendes Überwachungsteil
15 dargestellt, das eine mitrotierende Koppelspule 20 enthält, die der stationären
Koppelspule 21 konzentrisch gegenüberliegt.
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Die Figur 4 stellt ein Blockschaltbild des Temperaturüberwachungsgerätes
dar. Dieses besteht, wie oben ausgeführt wurde, aus einem temperaturempfindlichen
Widerstand 14, einem mitrotierenden Überwachungsteil 15 und einem Temperaturgrenzwertmelder
17.
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Der temperaturempfindliche Widerstand 14 ist ein Kaltleiter (PTC-Widerstand),
dessen Widerstandswert bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur, die von der
Dotierung des Kaltleiters abhängt, fast schlagartig um mehrere Zehnerpotenzen zunimmt.
Das mitrotierende Überwachungsteil 15 besteht aus einer mitrotierenden Koppelspule
2O und einem passiven Signalaufbereitungsschaltkreis 24. Im Temperaturgrenzwertmelder
17 befindet sich die stationäre Koppelspule 21, ein Hochfreqnenzoszillator 25, ein
Demodulator 26, ein Schwellwertschalter 27 (Schmitt-Trigger) und eine monostabile
Kippstufe 28 (Monoflop).
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Die Wirkungsweise des Temperaturüberwachungsgerätes wird im folgenden
erläutert: Die Impedanz des passiven Stromkreises, bestehend aus temperaturempfindlichem
Widerstand 14, passivem Signalaufbereitungsschaltkreis 24 und mitrotierender Koppelspule
20, wird induktiv durch die mitrotierende Koppelspule 20 auf die stationäre Koppelspule
21, welche Teil einer Hochfrequenzoszillatorschaltung 25 ist, übertragen. Durch
diese Kopplung wird die Amplitude der Hochfrequenzschwingungen im Takt derUmlaufsest
der rotierenden Spule je nach Höhe des temperaturempfindlichen Widerstandes 24 moduliert.
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Bei normaler Betriebstemperatur des Läufers ergibt sich durch den
niedrigen Widerstand des Kaltleiters eine starke Modulation (Dämpfung). Diese wird
bei erhöhter Betriebstemperatur, welche einen hohen Widerstand des Kaltleiters zur
Folge hat, unterdrückt. Die Stärke der Modulation wird in nachgeschaltetem Demodulator
26 und Schwellwertschalter 27 ausgewertet.
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Bei normaler Betriebstemperatur des temperaturempfindlichen Widerstandes
14 gibt der Schwellwertschalter 27 eine Impulsfolge ab, die der Umdrehungszahl des
Läufers 13 entspricht.
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Bei erhöhter Temperatur gibt der Schwellwertschalter 27 keine Impulse
ab. Eine nachgeschaltete monostabile Kippstufe 28 bleibt in Grundstellung, solange
der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen eine vorgegebene
%eitspanne nicht überschreitet. Bleiben die Impulse aus, so gehü die monostabiJe
Kippstufe 28 in einem Einschaltzustand über. Das abgegebene Schaltsignal wird über
Steuerleitungen 29 elektrischen Geräten, wie z. B. Warnleuchten oder Schalt rjeräten
zum Abschalten der überhitzten Maschine, zugeführt.