DE60031028T2

DE60031028T2 - Selbsteinstellender Temperatursensor

Info

Publication number: DE60031028T2
Application number: DE60031028T
Authority: DE
Inventors: Christopher A. Liverpool Wyker
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: BR0001523A; CN1161592C; EP1041374A1; US6220749B1; AU732596B2; KR100361000B1; JP2000321145A; ES2270783T3; DE60031028D1; KR20000071536A; AU2517600A; EP1041374B1; CN1269503A

Description

In Zentrifugalverdichtern ist ein Laufrad an einer Antriebswelle montiert, und die Welle wird bei hohen Drehzahlen über einen durch ein Getriebe wirkenden Motor rotiert. Die Antriebswelle ist typischerweise drehbar in einem oder mehreren Rollenlagern gehalten. Ein Überhitzen der Lager kann einen klaren Hinweis darauf geben, dass der Verdichterantriebsstrang irgendeine Art von Problem erfährt, das letztlich zu einem Schaden an einer oder mehreren Antriebskomponenten führen kann. Es ist daher wünschenswert, die Temperatur zumindest der Stützlager in dem Laufradantriebsstrang so zu überwachen, dass Vorsorgemaßnahmen getroffen werden können, um zu gewährleisten, dass das Antriebssystem nicht beschädigt wird oder der Kompressor ersetzt werden muss.
Eine Art, die Funktion von Rollenlagern zu überwachen, ist, einen Temperaturmessfühler in direktem Kontakt mit der äußeren Lauffläche des Lagers zu platzieren. Manche Messfühler haben typischerweise eine feste Länge, und als Konsequenz kann der Kontakt zwischen dem Messfühler und dem Lager aufgrund von Wärmeverformung von Teilen oder mechanischen Vibrationen verloren gehen. Selbstanpassungstemperaturvorrichtungen sind in der Technik bekannt, wie z.B. in US-A-2 838 935 beschrieben, diese Vorrichtungen sind jedoch in den meisten Fällen relativ komplex, schwierig zu installieren und empfindlich auf Probleme der Fehlausrichtung und auf Bruch.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Zentrifugalverdichter des in Kühlsystemen verwendeten Typs zu verbessern.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Kühlverdichter vorgesehen, wie er in Anspruch 1 beansprucht ist. Zumindest in einer bevorzugten Ausführungsform ist eine selbstanpassende, Temperatur erfassende Vorrichtung vorgesehen, die einen länglichen Messfühler mit einem elektrischen Temperatursensor, der an seinem distalen Endabschnitt so angebracht ist, dass, wenn der Messfühler in Kontakt mit einem Körper gebracht wird, der Sensor ein elektrisches Ausgabesignal liefert, das für die Temperatur des Körpers indikativ ist, auf weist. Der Messfühler ist verschiebbar in einer Öffnung aufgenommen, die durch ein Gehäuse verläuft. Es ist ein eng laufender Sitz zwischen dem Messfühler und der Öffnung in dem Gehäuse so vorgesehen, dass der Messfühler sich nur entlang der Achse der Öffnung hin und her bewegen kann. Das Gehäuse enthält einen Gewindeabschnitt, der es dazu befähigt, schraubbar in einem Halteelement benachbart dem Körper, der überwacht werden soll, angebracht zu werden. Ein erster Stopp ist an der Probe zwischen der unteren Wand des Gehäuses und dem distalen Ende des Messfühlers angebracht, und eine Kompressionsfeder ist um den Messfühler zwischen dem ersten Stopp und dem Gehäuse zum Vorspannen des Messfühlers in reitenden Kontakt gegen den überwachten Körper gewunden. Ein zweiter Stopp ist ebenfalls an dem Messfühler zwischen dem proximalen Ende des Messfühlers und der oberen Wand des Gehäuses angebracht, der den Messfühler daran hindert, aus dem Gehäuse heraus zu laufen. Die Beabstandung zwischen den zwei Stopps ist derart, dass die Feder normalerweise den zweiten Stopp gegen das Gehäuse hält in dem Fall, dass das Gehäuse von der Halterung entfernt wird.
Für ein besseres Verständnis dieser und anderer Aufgaben der vorliegenden Erfindung wird Bezug auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung der Erfindung genommen, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen werden sollen, wobei:
1 ein Seitenaufriss im Schnitt ist, der einen im Stand der Technik zu findenden selbstanpassenden Temperatursensor veranschaulicht.
2 eine schematische Veranschaulichung, bezogen auf ein Kühlsystem, ist, das die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet, um die Temperatur eines Rollenlagers in dem Verdichterantriebsstrang zu überwachen;
3 ein Seitenaufriss im Schnitt ist, der einen selbstanpassenden Temperatursensor veranschaulicht, der die Lehren der vorliegenden Erfindung verkörpert; und
4 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Temperatursensor zeigt, der die Lehren der vorliegenden Erfindung verkörpert, montiert in dem Lagergehäuse ei nes Zentrifugalverdichters, der in dem in 2 gezeigten Kühlsystem verwendet wird.
Anfänglich Bezug nehmend auf 1 ist eine selbstanpassende Temperaturmessvorrichtung veranschaulicht, im Allgemeinen mit 10 bezeichnet, die derzeit im Stand der Technik bekannt ist und verwendet wird. Die Vorrichtung enthält einen länglichen zylindrischen Messfühler 11 mit einem elektrischen Sensor 12, der an seinem distalen Ende angebracht ist, um die Temperatur eines Körpers 13 zu erfassen und um ein über ein oder mehrere Kabel 15 elektrisches Ausgabesignal zu liefern, das für die erfasste Temperatur indikativ ist. Der Messfühler ist lose in einer Öffnung 17, die in einem Gehäuse 18 vorgesehen ist, aufgenommen, so dass der Messfühler durch das Gehäuse verläuft. Das vordere Ende des Gehäuses enthält ein männliches Gewinde 20, das dazu angepasst ist, mit einem weiblichen Gewinde 21, das in einem stationären Halteelement 23 ausgebildet ist, zusammenzupassen, wenn der Sensor im Einsatz platziert ist. Der obere Bereich des Gehäuses ist durch eine becherförmige Kappe 25 geschlossen, die eng über den oberen Abschnitt des Gehäuses gepasst ist und an Ort und Stelle mittels einer Bajonettkupplung 26 befestigt ist. Die obere Wand 27 der Kappe weist ferner eine Öffnung 28 auf, durch die sich das proximale Ende des Messfühlers 20 erstreckt.
Ein erster ringförmig geformter vorderer Stopp 30 ist an dem Messfühler nahe seinem distalen Ende 32 angebracht. Ein zweiter ringförmiger hinterer Stopp 31 ist ebenfalls an dem Messfühler angebracht nahe seinem proximalen Ende. Der zweite Stopp ist, im zusammengebauten Zustand, außerhalb der Kappe positioniert und hat einen solchen Durchmesser, dass er in Kontakt gegen die obere Oberfläche 27 der Kappe lagern kann. Eine Kompressionsfeder 34 ist um den Messfühler so gewunden, dass ein Ende der Feder den vorderen Stopp kontaktiert, wohingegen das entgegengesetzte Ende der Feder durch die Öffnung in dem Gehäuse verläuft und die innenseitige Oberfläche der oberen Wand der Kappe kontaktiert. Im zusammengebauten Zustand ist die Feder in einem vorgespannten Zustand zwischen dem vorderen Stopp des Messfühlers und der Kappe derart angebracht, dass die Kappe in Kontakt gegen den zweiten Stopp vorgespannt ist. Die Vorspannwirkung der Feder positioniert somit den Messfühler ent lang der Achse der Öffnung in dem Gehäuse. Der Messfühler ist ansonsten im zusammengebauten Zustand nicht gehalten.
Wie aus 1 zu sehen, ist der herkömmliche Messfühler, wenn er in Kontakt gegen einen Körper angeordnet ist, entlang seiner gesamten Länge relativ ungehalten und kann einfach von der Achse weg zu einer verkippten Position bewegt werden. Dies wiederum kann bewirken, dass der Messfühler fehlerhafte Auslesungen liefert und kann in manchen Fällen bewirken, dass der Messfühler beschädigt wird, wenn das Gehäuse in das Halteelement geschraubt wird. Außerdem ist es, da der Messfühler relativ ungehalten ist, extrem schwierig, den Messfühler zum Zeitpunkt der Installation richtig auszurichten. Wie in 1 veranschaulicht, wird manchmal eine Nut 37 in den Aufnahmekörper gearbeitet, in die der Messfühler eingeführt werden kann, um zu helfen, eine richtige Ausrichtung während der Installation zu vereinfachen. Ein Bearbeiten des Körpers ist in vielen Fällen jedoch nicht möglich, weil der Körper nicht zugänglich ist oder nicht bearbeitet werden kann, ohne Schaden an dem Teil zu bewirken. Es sollte ferner angemerkt werden, dass der überwachte Körper auch sowohl mechanischer als auch thermischer Verlagerung ausgesetzt sein kann, was eine unerwünschte Fehlausrichtung des Messfühlers nach der Installation erzeugen kann. Weil der Messfühler relativ ungehalten ist, kehrt er nicht zu seiner ursprünglichen Position zurück, nachdem die thermischen oder mechanischen Spannungen gelöst werden. Hier kann wiederum ein nicht richtig ausgerichteter Messfühler fehlerhafte auf die Temperatur bezogene Auslesungen erzeugen und ist empfindlicher auf Beschädigung. Weil die Feder das einzige Element ist, das den Messfühler in zusammengebautem Zustand in Ausrichtung hält, muss schließlich die Feder notwendigerweise eine relativ hohe Festigkeit aufweisen, was eine Bewegung des Messfühlers schwierig macht.
Ein Kühlsystem ist schematisch in 2 veranschaulicht. Das System ist mit 40 bezeichnet und enthält einen Verflüssiger 41, der dazu ausgelegt ist, Kühlmitteldampf hohen Drucks und hoher Temperatur über eine Auslassleitung 42 von der Auslassseite eines Zentrifugalverdichters 43 zu empfangen. Energie wird von dem Kältemittel in ein Kühlmittel innerhalb des Verflüssigers abgegeben, um den Dampf zu einer Flüssigkeit zu reduzieren. Das verflüssigte Kältemittel wird dann mittels einer Kältemittelleitung 45 zu dem Systemverdampfer 44 geleitet. Eine Expansionsvorrichtung 47 wie z.B. ein Drosselventil ist in der Kältemittelleitung auf genommen und drosselt das Kältemittel auf eine niedrigere Temperatur und einen niedrigeren Druck.
In dem Verdampfer absorbiert das Kältemittel niedriger Temperatur Wärme von einer Substanz, die gekühlt wird, und durch den Verdampfungsvorgang erzeugter Dampf wird über eine Zuführleitung 49 zu dem Einlass 48 des Verdichters geliefert, so dass das Kältemittel erneute durch das System recycelt werden kann.
Das Laufrad (nicht gezeigt) des Zentrifugalverdichters 43 ist für eine Rotation um eine Antriebswelle 50 montiert. Die Antriebswelle wiederum ist mit einem Getriebe 52 verbunden, das durch einen Motor 53 über die Motorwelle 55 angetrieben wird. Wie unten in genaueren Einzelheiten beschrieben werden soll, enthält das Verdichtergehäuse 57 einen Lagerblock 60, der ein Rollenlager beherbergt, um die Antriebswelle 50 rotierbar zu halten. Wie oben angemerkt, ist es bei diesem Typ von Antriebssystem höchst erwünscht, die Temperatur zumindest eines der Antriebsstranglager zu überwachen, um zu gewährleisten, dass die Antriebseinheit korrekt arbeitet. Für den Fall, dass das Lager anfängt zu überhitzen, muss eine Korrekturmaßnahme innerhalb einer relativ kurzen Zeitdauer getroffen werden, um zu vermeiden, dass an dem Verdichter und seinem zugeordneten Antriebssystem ein Schaden auftritt. Wie unten erklärt werden soll, ist die Temperaturerfassungsvorrichtung, die die Lehren der vorliegenden Erfindung verkörpert, in dem Lagerblock des Verdichters montiert und dazu angepasst, ein elektrisches Signal bezüglich der tatsächlichen Lagertemperatur mittels einer Übertragungsleitung 64 an eine Steuerung 63 zu senden. Die Steuerung ist dazu programmiert, den Verdichter für den Fall abzuschalten, dass ein überhitztes Lager detektiert wird.
Sich nun den 3 und 4 zuwendend, ist eine Temperaturerfassungsvorrichtung veranschaulicht, allgemein mit 70 bezeichnet, die die Lehre der vorliegenden Erfindung verkörpert. Der Sensor ist ideal für eine Installation in dem Verdichter eines Kühlsystems des oben beschriebenen Typs geeignet. Der Sensor kann innerhalb eines Lochs 71 montiert sein, das in dem Lagerblock 60 benachbart der äußeren Lauffläche 73 eines Rollenlagers 74, das für eine Rotation in dem Lagerblock gelagert ist, ausgebildet ist. Obwohl der Lagerblock in dieser Ausführungsform der Erfindung als Teil des Verdichtergehäuses gezeigt ist, kann er auch in dem Getriebegehäuse 52, das einen Teil des Verdichterantriebssystems bildet, positioniert sein. Die Antriebswelle 50 ist in dem Lager drehbar gehalten, und als solches kann das Lager seine Position aufgrund sowohl thermischer als auch mechanischer Kräfte, die erzeugt werden, wenn sich die Welle bei hohen Drehzahlen dreht, verlagern. Als Konsequenz können herkömmliche Messfühler ähnlich demjenigen, der oben beschrieben wurde, einfach bei der Installation oder wenn sie versuchen, den durch diese Kräfte bewirkten Abmessungsänderungen zu folgen, fehlausgerichtet oder beschädigt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit speziellem Bezug auf das Erfassen der Temperatur eines Rollenlagers beschrieben werden soll, sollte es mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten klar sein, dass die vorliegende Erfindung eine breitere Anwendung hat und verwendet werden kann, um Temperaturdaten, die sich auf irgendeinen Typ eines Teils beziehen, das äußeren Kräften unterliegt, die bewirken können, dass sich das Teil unter dynamischen oder Hochtemperaturbetriebsbedingungen verlagert, genau zu liefern.
Unter weiterer Bezugnahme auf 3 weist die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 80 auf, das einen Gewindeabschnitt 81 hat, der mit einem in dem Körper 83 des Lagerblocks 60 ausgebildeten Gewindeloch 82 zusammenpasst. Das Loch ist direkt über der äußeren Lauffläche 73 des Lagers 74 positioniert, das die Welle 50 eines Kältemittelverdichters 45 (2) drehbar hält. Ein zylindrischer länglicher Messfühler 85 ist verschiebbar in einem Loch 86 aufgenommen, das axial durch das Gehäuse verläuft. Ein eng laufender Sitz (close running fit) ist zwischen dem Messfühler und der inneren Wand des Lochs 86 so vorgesehen, dass der Messfühler sich nur axial innerhalb des Gehäuses bewegen kann. Der Messfühler weist eine ausreichende Länge auf, so dass die Spitze 87 des distalen Endes, die abgerundet ist, in Kontakt mit der Oberfläche der äußeren Lauffläche des Lagers reiten kann. Das Gehäuse enthält einen Hexagon-förmigen Kopf 88 an seinem oberen Ende, um ein Schrauben des Gehäuses in den Lagerblock zu vereinfachen. Obwohl der Messfühlerkörper eine zylindrische Form hat, kann er irgendeine Form annehmen, die einen eng laufenden Sitz innerhalb der Gehäuseöffnung gewährleistet, so dass der Messfühler nicht in Fehlausrichtung in dem Gehäuse kommt.
Ein elektronischer Wärmesensor 89 ist an der distalen Spitze des Messfühlers angebracht, und elektrische Leitungen 64 verlaufen aufwärts durch den Messfüh ler und verlaufen aus seinem proximalen Ende heraus. Wie in 2 veranschaulicht, sind die Sensorkabel mit einem Prozessor 63 verbunden, der dazu ausgelegt ist, temperaturbezogene Daten zu analysieren und ein Ausgabesignal zu liefern, das verwendet werden kann, um notwendige Korrekturmaßnahmen zu veranlassen für den Fall, dass ein Überhitzungszustand detektiert wird.
Ein erster Stopp 91 ist an dem Messfühler zwischen der unteren Wand 93 des Gehäuses und der distalen Spitze 87 des Gehäuses befestigt. Eine Spiralkompressionsfeder 92 umkreist den Messfühler und ist dazu ausgelegt, zwischen dem Gehäuse und dem Stopp zu wirken, um die Spitze des Messfühlers in sitzenden Kontakt gegen die äußere Lauffläche des Lagers zu drücken, wenn das Gehäuse in den Lagerblock geschraubt ist. Weil die Feder keine Positionierungs- oder Ausrichtungsfunktion bieten muss, wie dies bei der in der herkömmlichen Vorrichtung verwendeten Feder nötig ist, kann eine relativ weiche Feder verwendet werden, die es dem Messfühler ermöglicht, einfacher irgendwelchen Änderungen in der Position des Lagers zu entsprechen.
Wie ersichtlich sein sollte, kann sich der Messfühler lediglich entlang der Achse des Gehäuses hin und her bewegen und kann somit in dem Fall, dass sich das Lager bewegt oder seine Position verlagert, nicht fehlausgerichtet werden. Außerdem kann die Gesamtlänge des Sensors stark reduziert werden, verglichen mit ähnlichen herkömmlichen Vorrichtungen. Der Sensormessfühler bleibt sogar in dem Fall ausgerichtet, dass die gemessene Oberfläche unregelmäßig oder nicht exakt rechtwinklig zu der Achse des Messfühlers ist. Die axiale Länge des in dem Gehäuse vorgesehenen Lochs sollte etwa zwei Mal der Durchmesser des Messfühlers sein, um den Messfühler im zusammengebauten Zustand richtig zu halten und eine Fehlausrichtung des Messfühlers aufgrund externer thermischer oder mechanischer Kräfte zu vermeiden.
Ein zweiter Stopp 96 ist ebenfalls an dem Messfühler außerhalb des Sensorgehäuses benachbart der oberen Wand 97 des Gehäuses befestigt. Der zweite Stopp hindert das Gehäuse daran, über das proximale Ende des Messfühlers zu laufen, wenn der Sensor aus dem Lagerblock oder irgendeiner anderen Halterung, in der er montiert ist, entfernt wird. In der Praxis können die Stopps C-Klemmen sein, die in Nuten oder Ausnehmungen, die im Schaft des Messfühlers ausgebildet sind, angebracht sind. Die Beabstandung zwischen den Stopps ist vor zugsweise derart, dass die Feder normalerweise in einem vorgespannten Zustand zwischen dem Gehäuse und dem ersten Stopp gehalten ist, wenn die obere Wand des Gehäuses gegen den zweiten Stopp sitzend gehalten ist. Auf diese Weise werden die Komponententeile des Sensors nicht getrennt, wenn das Gehäuse aus dem Halteelement wie z.B. dem Lagerblock 60 entfernt wird.

Claims

Kühlmittelverdichter (43), aufweisend: einen Lagerblock (60), ein Lager (74), das in dem Lagerblock montiert ist, um eine Verdichterantriebswelle (50) drehbar zu halten, ein Gehäuse (80), das in einem in dem Lagerblock ausgebildeten Aufnahmeloch (82) angebracht ist; und eine Vorrichtung (70) zum Messen der Temperatur innerhalb des Kühlmittelverdichters, aufweisend: einen länglichen Messfühler mit einem Messelement (89) an seinem distalen Ende, der in der Lage ist, in Kontakt mit der äußeren Lauffläche (73) des Lagers zu reiten und ein Ausgabesignal zu liefern, das für die Temperatur des Lagers indikativ ist, einen ersten Stopp (91), der an dem Messfühler zwischen dem distalen Ende (87) des Messfühlers und einer unteren Wand (93) des Gehäuses angebracht ist, und eine Feder (92), die zwischen dem ersten Stopp und der unteren Wand des Gehäuses wirkt, um das distale Ende des Messfühlers in vorgespannten Kontakt gegen das Lager zu drücken, wobei das Gehäuse eine durch dieses axial hindurch laufende Öffnung (86) zum verschiebbaren Halten des Messfühlers und Bilden eines eng laufenden Sitzes zwischen dem Messfühler und der inneren Wand der Öffnung hat, so dass der Messfühler sich nur axial innerhalb des Gehäuses bewegen kann.
Kühlmittelverdichter (43) nach Anspruch 1, wobei die Feder (92) eine Spiralfeder ist, die um den Messfühler gewunden ist.
Kühlmittelverdichter (43) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (80) einen Gewindeabschnitt (81) enthält, der dazu angepasst ist, mit einem Gewindeabschnitt in dem Loch (86) des Lagerblocks (60) zusammenzupassen.
Kühlmittelverdichter (43) nach Anspruch 3, wobei das Gehäuse (80) ferner einen Hexagon-förmigen Kopfabschnitt (88) aufweist, um ein Schrauben des Gehäuses in das Loch (86) zu vereinfachen.
Kühlmittelverdichter (43) nach Anspruch 1, wobei der Messfühler ein zylindrisches Element ist und die axiale Länge der Öffnung (86) in dem Gehäuse (80) etwa zwei Mal der Durchmesser des Messfühlers ist.
Kühlmittelverdichter (43) nach Anspruch 5, wobei die distale Spitze (87) des Messfühlers verrundet ist.
Kühlmittelverdichter (43) nach Anspruch 1, wobei der Lagerblock (60) in dem Verdichtergehäuse (57) angebracht ist.
Kühlmittelverdichter (43) nach Anspruch 1, wobei der Lagerblock (60) in einem Getriebe (52) angebracht ist, das wirkmäßig dem Verdichter zugeordnet ist.
Kühlmittelverdichter (43) nach Anspruch 1, der ferner elektrische Kabel (64) aufweist, die aus dem proximalen Ende des Messfühlers heraus laufen, um das Messelement (89) mit einem Prozessor (63) zu verbinden.
Kühlmittelverdichter (43) nach Anspruch 1, der ferner einen zweiten Stopp (96) aufweist, der an dem Messfühler zwischen dem proximalen Ende des Messfühlers und einer oberen Wand (97) des Gehäuses (80) angebracht ist, um den Messfühler daran zu hindern, sich durch die Öffnung (86) in dem Gehäuse zu bewegen.
Kühlmittelverdichter (43) nach Anspruch 10, wobei die Beabstandung zwischen dem ersten Stopp (91) und dem zweiten Stopp (96) derart ist, dass die Feder (92) in einem vorgespannten Zustand zwischen dem ersten Stopp und dem Gehäuse (80) gehalten ist, wenn die obere Wand (97) des Gehäuses (80) in Kontakt mit dem zweiten Stopp (96) ist.