DE3643047A1 - Einrichtung mit wenigstens einem temperatursensor - Google Patents
Einrichtung mit wenigstens einem temperatursensorInfo
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- G01K3/00—Thermometers giving results other than momentary value of temperature
- G01K3/02—Thermometers giving results other than momentary value of temperature giving means values; giving integrated values
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit wenig
stens einem Temperatursensor nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Dabei sind unter "Bereich eines ersten Bauteils"
sowohl eine gerade oder gekrümmte Strecke des ersten
Bauteils als auch eine Fläche desselben zu verste
hen. Der "Bereich" kann sich nur auf der Oberfläche
des ersten Bauteils erstrecken, er kann aber auch
die unter der Oberfläche befindlichen Schichten bzw.
Massen des ersten Bauteils umfassen.
Auf vielen technischen Gebieten tritt das Problem
auf, die Temperatur eines wie vorstehend definierten
Bereichs eines ersten Bauteils zu erfassen und zu
diesem Zweck ein diese Temperatur abbildendes Signal
zu gewinnen. In der Mehrzahl aller Fälle ist die
Temperaturverteilung in dem Bereich ungleichmäßig.
Deshalb weisen in der Regel ein streckenartiger
Bereich ein Temperaturprofil und ein flächiger
Bereich ein Temperaturrelief auf. Oft ist die
Temperaturverteilung in den Bereich zudem noch
zeitlich veränderlich, d. h. instationär. In all
diesen Fällen wird üblicherweise auf eine punktweise
Erfassung des Temperaturprofils bzw. des Temperatur
reliefs verzichtet und ersatzweise die mittlere
Temperatur ermittelt bzw. ein die mittlere Tempera
tur abbildendes Signal gewonnen.
Dem letztgenannten Zweck dient eine Einrichtung der
eingangs genannten Art. Eine solche Einrichtung ist
in der DE 35 02 052 A1, siehe dort insbesondere
Seite 10 erster Absatz, beschrieben. Diese Einrich
tung setzt mehrere über den Bereich des ersten
Bauteils verteilte Temperatursensoren ein, deren
Temperatursignale zu einem Signal gemittelt werden,
welches die mittlere Temperatur des Bereiches des
ersten Bauteils abbildet. Es liegt auf der Hand, daß
das zuletzt genannte Signal im Falle gleichmäßiger
Temperaturverteilung in dem Bereich dessen wahre
Temperatur abbildet.
Da ein Temperatursensor ein kostspieliges Bauelement
ist, bedeutet der Einsatz mehrerer Temperatursenso
ren bei der bekannten Einrichtung einen erheblichen
Aufwand.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,
eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu
verbilligen und dabei wenigstens im wesentlichen den
mit der bekannten Einrichtung erreichten Standard
aufrechtzuerhalten.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1
angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und
vorteilhafte Ausgestaltungen sowie ein vorteilhaftes
Anwendungsgebiet sind in den Unteransprüchen ange
geben.
Die Anordnung der mehreren Temperatursensoren auf
dem Bereich des ersten Bauteils bedeutet bei der
bekannten Einrichtung auch komplizierte Maßnahmen
zur baulichen Unterbringung der Temperatursensoren.
Demgegenüber bietet die Erfindung den Vorteil einer
erheblichen Vereinfachung.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist sinnge
mäß, einen Teil des Wärmeinhalts der Bauteile
gegenseitig auszutauschen und die sich dadurch im
zweiten Bauteil einstellende Temperatur auszuwerten.
Im Falle der Erwärmung des ersten Bauteils erfolgt
der Wärmeaustausch von diesem auf das zweite Bau
teil, im Falle der Abkühlung des ersten Bauteils
erfolgt der Wärmeaustausch vom zweiten Bauteil auf
das erste Bauteil.
Aus diesem Gedanken ergibt sich, daß das zweite
Bauteil nicht unbedingt die mittlere Temperatur des
ersten Bauteils annehmen muß. Erfindungswesentlich
ist, daß die Temperatur des zweiten Bauteils, die
der wenigstens eine Temperatursensor erfaßt, für die
mittlere Temperatur des Bereichs des ersten Bauteils
repräsentativ ist. Mit anderen Worten: Die Erfindung
setzt lediglich eine bekannte Abhängigkeit zwischen
den Temperaturen der Bauteile voraus. Diese Abhän
gigkeit kann mit dem absoluten Temperaturniveau
und/oder mit der Richtung des Wärmeaustauschs
veränderlich sein und theoretisch oder experimentell
ermittelt sein. Kommt es bei der Auswertung des
Signals der Einrichtung auf den Absolutwert der
mittleren Temperatur des Bereichs des ersten Bau
teils an, so müßte das Signal, gegebenenfalls,
mittels einer mit den genannten Abhängigkeiten
gespeisten Auswerteeinrichtung ausgewertet werden.
Die Erfindung ist mit jeder Art den Wärmeaustausch
ermöglichender Anordnung des zweiten Bauteils zum
Bereich des ersten Bauteils möglich. Das zweite
Bauteil kann mit dem Bereich des ersten Bauteils in
Berührung stehen, beispielsweise durch Federkraft
dagegen vorgespannt sein; in diesem Fall findet der
Wärmeaustausch im wesentlichen durch Konvektion
statt. Die Baugruppe aus dem zweiten Bauteil und dem
Temperatursensor kann in diesem Fall als "Konvek
tionssensor" bezeichnet werden. Das zweite Bauteil
kann auch mit Abstand von dem Bereich des ersten
Bauteils angeordnet sein; in diesem Fall findet der
Wärmeaustausch im wesentlichen durch Strahlung
statt. Die Baugruppe aus dem zweiten Bauteil und dem
Temperatursensor kann in diesem Fall als "Strah
lungssensor" bezeichnet werden. Die Einschränkung
"im wesentlichen" findet sich im vorstehenden
deshalb, weil im praktischen Einsatz die erwähnten
Arten des Wärmeaustauschs sich vermischen.
Die Ausgestaltung der Baugruppe aus zweitem Bauteil
und Temperatursensor als Strahlungssensor hat den
Vorteil, daß dieser gegen Änderungen des Abstands
zwischen den Bauteilen ohne besondere Maßnahmen
weitgehend unempfindlich ist. Solche Abstandsände
rungen können beispielsweise in einer Bremse mit
einer Bremstrommel oder einer Bremsscheibe als
erstem Bauteil durch Verschleiß oder durch
Nacharbeit der Bremstrommel bzw. der Bremsscheibe
auftreten. Die erwähnte Unempfindlichkeit des
Strahlungssensors gegen Abstandsänderungen beruht
darauf, daß wegen physikalischer Gesetzmäßigkeiten
der durch Strahlung zwischen zwei Flächen
ausgetauschte Wärmestrom von dem Abstand dieser
Flächen unabhängig ist.
Dadurch daß das zweite Bauteil aus einem Werkstoff
mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, können sich
die von dem Bereich des ersten Bauteils auf das
zweite Bauteil einwirkenden Temperaturen unter
schiedlicher Höhe in dem zweiten Bauteil schnell
ausgleichen, so daß sich in diesem eine gleichmäßige
Temperaturverteilung einstellt. Es genügt daher
regelmäßig die Erfassung der Temperatur des zweiten
Bauteils durch einen Temperatursensor. Nur in
besonderen Fällen, beispielsweise zur Sicherung
gegen Ausfall des einen Temperatursensors oder bei
besonders großen Abmessungen des zweiten Bauteils
bzw. des Bereichs des ersten Bauteils, wird die
Anordnung eines oder mehrerer zusätzlicher Tempe
ratursensoren erforderlich sein.
Als Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit kommt
beispielsweise Kupfer in Frage.
Besonders wenn die Temperaturen in dem Bereich des
ersten Bauteils bzw. deren Verteilung instationär
sind, ist es empfehlenswert, die Masse des zweiten
Bauteils möglichst gering zu halten, damit dessen
Temperaturänderungen weitgehend verzögerungsfrei den
(zeitlichen) Temperaturänderungen des Bereichs des
ersten Bauteils folgen. In diesem Sinne ist es auch
von Vorteil, wenn der Werkstoff des zweiten Bauteils
eine geringe spezifische Wärme besitzt. Auch in
dieser Hinsicht ist Kupfer als Werkstoff des zweiten
Bauteils vorteilhaft.
Was die Abmessungen des zweiten Bauteils im Verhält
nis zu denen des Bereichs des ersten Bauteils
angeht, so können diese auf die Bedürfnisse des
jeweiligen Einsatzfalles abgestimmt sein, wodurch
sich vom Kosten-/Nutzungsverhältnis her die jeweils
optimale Lösung finden läßt. Liegt der Schwerpunkt
hingegen in einer möglichst vollständigen Erfassung
des gesamten Temperaturprofils bzw. des Temperatur
reliefs des Bereichs des ersten Bauteils, so bietet
die Erfindung zu diesem Zweck zwei Ausgestaltungs
möglichkeiten, die auch kombiniert werden können.
Zum einen kann zu diesem Zweck das zweite Bauteil
wenigstens ein einer Richtung den Bereich des ersten
Bauteils überdecken. Zum anderen kann wenigstens
eines der Bauteile relativ zu dem anderen Bauteil
beweglich sein, wobei der Bereich des ersten Bau
teils bei einer Bewegung vom zweiten Bauteil über
strichen wird. In einem Beispiel für den letztgenann
ten Fall steht das zweite Bauteil fest und das erste
Bauteil bewegt sich daran vorbei; dabei fahren,
sozusagen, das Temperaturprofil bzw. das Temperatur
relief an dem zweiten Bauteil vorbei und werden von
diesem erfaßt.
Ein Anwendungsfall, in dem die zuletzt beschriebenen
Ausgestaltungen gemeinsam eingesetzt werden, ist
eine Bremse, bei der eine drehbare Bremstrommel oder
drehbare Bremsscheibe das erste Bauteil bilden und
das zweite Bauteil gegenüber der Drehachse der
Bremstrommel bzw. Bremsscheibe ortsfest, beispiels
weise an einem Bremsträger, angeordnet ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels
beschrieben, wobei nur soweit der Klarheit halber
erforderlich auf die einzelnen Figuren Bezug genom
men wird.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Einrichtung mit einem Temperatursen
sor in einer im Längsschnitt dargestellten
Trommelbremse,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A
der Fig. 1.
Im Ausführungsbeispiel ist eine Einrichtung mit
wenigstens einem Temperatursensor (10) zur Gewinnung
eines wenigstens die mittlere Temperatur eines
Bereichs eines ersten Bauteils abbildenden Signals
in einer Trommelbremse dargestellt, welche aus einer
Bremstrommel (8) und zwei darin angeordneten Brems
backen (3, 7) besteht. Das erste Bauteil wird von
der Bremstrommel (8) dargestellt. Die innere Mantelflä
che der Bremstrommel (8), die beim Bremsen mit den
Bremsbacken (3, 7) in Eingriff tritt, deshalb
nachstehend Bremsfläche (2) genannt, ist der Bereich
des ersten Bauteils, dessen Temperatur durch das
mittels der Einrichtung gewonnene Signal abgebildet
wird.
Zur Einrichtung gehört ferner ein als Meßschiene (5)
ausgebildetes zweites Bauteil, dessen Temperatur der
Temperatursensor (10) erfaßt; zu diesem Zweck ist
der Temperatursensor (10) in irgendeiner geeigneten
und daher nicht näher beschriebenen Weise in der
Meßschiene (5) angeordnet. Die Meßschiene (5)
besteht aus dem hochwärmeleitfähigen Werkstoff
Kupfer und befindet sich innerhalb der Bremstrommel
(8) und ist auf einen Wärmeaustausch ermöglichende
Weise zur Bremsfläche (2) angeordnet.
Konkret ist die Meßschiene (5) mit Abstand zur
Bremsfläche (2) angeordnet, so daß der Wärmeaus
tausch zwischen Bremsfläche (2) und Meßschiene (5)
im wesentlichen durch Strahlung erfolgt. Betrachtet
man die Meßschiene (5) mit dem Temperatursensor (10)
als eine Baugruppe, so kann diese als "Strahlungssen
sor (5, 10)" bezeichnet werden.
Die Bremstrommel (8) ist um eine Drehachse (1)
drehbar. Die Meßschiene (5) ist zu der Drehachse (1)
ortsfest angeordnet, und zwar in einem Stützbock
(6), der seinerseits auf irgendeine geeignete Weise
an einem zur Drehachse (1) ortsfesten Bremsträger
(11) befestigt ist. An dem Stützbock (6) stützen
sich die Bremsbacken (3, 7) drehfest ab.
Wie Fig. 2 deutlich zeigt, stimmt die Länge der
Meßschiene (5) etwa mit der Tiefe der Bremstrommel
(8) überein. Die Meßschiene (5) ist im wesentlichen
parallel zur Drehachse (1) der Bremstrommel (8)
orientiert. Aus diesen Verhältnissen ergibt sich,
daß die Meßschiene (5) wenigstens in einer Richtung
den Bereich (Bremsfläche (2)) des ersten Bauteils
(Bremstrommel (8)) überdeckt.
Zur Verhinderung eines bzw. Minimierung des Wärmeaus
tauschs zwischen der Meßschiene (5) und anderen
Bauteilen als der Bremstrommel (8) ist die Meßschiene
(5) mittels einer Wärmedämmschicht (4) gegenüber dem
Stützbock (6) wärmeisoliert.
Infolge ihrer Drehbarkeit stellt die Bremstrommel
(8) eines der Bauteile (Bremstrommel (8), Meßschiene
(5)) dar, welches relativ zu dem anderen Bauteil
beweglich ist, wobei der Bereich (Bremsfläche (2))
des ersten Bauteils (Bremstrommel (8)) bei einer
Bewegung (Drehung der Bremstrommel (8)) vom zweiten
Bauteil (Meßschiene (5)) überstrichen wird.
Das Ausführungsbeispiel funktioniert bei sich
drehender Bremstrommel wie folgt und bei still
stehender Bremstrommel entsprechend.
Insbesondere beim Bremsen, aber auch beim unge
bremsten Betrieb bildet sich in der Bremstrommel (8)
eine ungleichmäßige Temperaturverteilung aus, die
man sich über der Bremsfläche (2) als Temperatur
relief aufgetragen vorstellen kann. Dieses Tempera
turrelief läuft bei sich drehender Bremstrommel (8)
an der Meßschiene (5) vorbei. Dabei erfolgt ein
Wärmeaustausch durch Strahlung zwischen Bremstrommel
(8) und Meßschiene (5). Infolge der hohen Wärmeleit
fähigkeit der Meßschiene (5) bildet sich in dieser
eine gleichmäßig verteilte Temperatur aus, die von
dem Temperatursensor (10) erfaßt und in ein an
dessen Ausgang (12), der durch zwei elektrische
Leitungen symbolisiert ist, abgreifbares Signal
umgesetzt wird. Da die Temperatur der Meßschiene (5)
und die mittlere Temperatur der Bremstrommel (8) in
einem bekannten Verhältnis stehen, bildet das Signal
des Temperatursensors die mittlere Temperatur der
Bremstrommel (8) ab. Dieses Signal kann auf die
üblichen und hier nicht näher zu erläuternden Arten,
beispielsweise zu Regelungs-, Steuerungs- und
Meßzwecken, verwendet werden.
Es liegt auf der Hand, daß in nicht dargestellter
Weise die Meßschiene auch die Bremsfläche berührend
angeordnet sein kann in welchem Fall die Baugruppe
aus Meßschiene und Temperatursensor als Konvektions
sensor bezeichnet werden kann.
Es liegt auch auf der Hand, daß die Meßschiene in
nicht dargestellter Weise auch außerhalb statt
innerhalb der Bremstrommel angeordnet sein könnte,
in welchem Fall die äußere Mantelfläche der Bremstrom
mel den Bereich des ersten Bauteils darstellen
würde.
In nicht dargestellter Weise können in oder an der
Meßschiene auch ein oder mehrere zusätzliche Tempe
ratursensoren angeordnet sein. Auf diese Weise
ließen sich beispielsweise eine erhöhte Betriebssi
cherheit und/oder eine noch bessere Meßgenauigkeit
realisieren.
Im übrigen gelten für das Ausführungsbeispiel die in
der Beschreibungseinleitung gegebenen allgemeinen
Erläuterungen in entsprechender Anwendung.
Der Fachmann erkennt, daß die vorstehend für eine
Trommelbremse gemachten Ausführungen für eine
Scheibenbremse entsprechend gelten.
Der Fachmann erkennt auch, daß der Schutzbereich der
Erfindung sich nicht auf das Ausführungsbeispiel
beschränkt. Vielmehr umfaßt dieser Schutzbereich
alle Ausgestaltungen, die sich den Merkmalen der
Patentansprüche unterordnen.
Claims (4)
1. Einrichtung mit wenigstens einem Temperatursensor
zur Gewinnung eines wenigstens die mittlere
Temperatur eines Bereichs eines ersten Bauteils
abbildenden Signals, dadurch gekennzeichnet, daß
ein zweites Bauteil (Meßschiene (5)), dessen
Temperatur der Temperatursensor (10) erfaßt, aus
einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf
einen Wärmeaustausch ermöglichende Weise zu dem
Bereich (Bremsfläche (2)) des ersten Bauteils
(Bremstrommel (8)) angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das zweite Bauteil (Meßschiene (5))
wenigstens in einer Richtung (Tiefe der Bremstrom
mel (8)) den Bereich (Bremsfläche (2)) des ersten
Bauteils (Bremstrommel (8)) im wesentlichen
überdeckt.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der
Bauteile (Bremstrommel (8)) relativ zu dem
anderen Bauteil (Meßschiene (5)) beweglich ist,
wobei der Bereich (Bremsfläche (2)) des ersten
Bauteils (Bremstrommel (8)) bei einer Bewegung
vom zweiten Bauteil (Meßschiene (5)) überstrichen
wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das erste Bauteil eine drehbare
Bremstrommel oder Bremsscheibe ist und daß das
zweite Bauteil (Meßschiene (5)) gegenüber der
Drehachse (1) der Bremstrommel bzw. Bremsscheibe
ortsfest angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863643047 DE3643047A1 (de) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | Einrichtung mit wenigstens einem temperatursensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863643047 DE3643047A1 (de) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | Einrichtung mit wenigstens einem temperatursensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3643047A1 true DE3643047A1 (de) | 1988-06-30 |
Family
ID=6316372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863643047 Withdrawn DE3643047A1 (de) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | Einrichtung mit wenigstens einem temperatursensor |
Country Status (1)
Country | Link |
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