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Anordnung zur Messung der Temperatur an rotierenden Körpern Die Temperaturüberwachung
rotierender Teile spielt eine große Rolle bei elektrischen Maschinen und Walzen.
Zum Beispiel möchte man die Temperatur im Rotor von Generatoren messen um beim Auftreten
voll Temperaturen, die der Isolierung gefährlich werden könnten, rechtzeitig Gegenmaßnahmen
ergreifen zu können. Ebenso wichtig ist die Messung der Temperatur i,n rotierenden
Walzen, wie sie in großer Anzahl bei der Herstellung von Papier- oder Kunststofffolien
verwendet werden. Hier hängt die Gleichmäßig keit des Endproduktes in starkem Maße
davon ab, daß die in den einzelnen Fertigungsstufen angeordneten Walzen bestimmte
Temperaturen licht über- oder unterselireiten.
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Zur Temperaturmessung an rotierenden Teilen sind bereits sehr viele
Meßverfahren vorgeschlagen worden. Bei der Temperaturmessung mit Thermoelementen
oder Wiclerstand,sthermomebern erhält man als Meßgröße sehr kleine elektrische Ströme
oder Spannungen, die nach außen übertragen werden müssen, weil man das eigentliche
Meßgerät nicht auf dem rorotierenden Maschinenteil anbringen kann. Die Übertagung
der Meßgröße nach außen bereitet Schwierigkeiten, weil durch die notwendige Kontaktierung,
beispielsweise über Schleifringe, Fehler in die Messung hineingebracht werden. Die
Ursachen dieser Fehler liegen darin, daß der Übergangswiderstand an den Schleifringen
nicht konstant ist und daß zwischen Schleifring und Bürste Thermospannungen entstehen
können. Da das Meßelemen.t und die Schleifringe durch elektrische Leitungen miteinander
verbunden sind, ist man gezwungen, die Schleifringe an einer Stelle der Welle anzubringen,
die zwischen einem Lager und dem Rotor oder der Walze liegt. Es b.ereitet größte
Schwierigkeiten, die Schleifringe gerade hier anzuordnen.
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Wenn es sich darum handeLt, die Oberflächentemperatur von rotierenden
Teilen zu messen, so kann man unter Umstän.den Strah,lungspyrometer verwenden, wenn
diese Teile von außen sichtbar sind. Dieses M.eßverfahren ist ungenau und nur bei
sehr hohen Temperaturen brauchbar.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der Temperatur
an rotierenden Körpern, bei welcher der temperaturempfindlicbe Teil mitrotiert und
das Anzeigeinstrument ortsfest angeordnet ist Gemäß der Erfindung ist in einer radialen
Bohrung des rotierenden Körpers ein Ausdebnungsstab mit seinem einen Ende derart
befestigt, daß das andere Ende unter dem Einfluß von Temperaturänderungen, mehr
oder weniger in eine mit der radialen Bohrung in Verbindung stehende radiale Bohrung
der Welle des rotierenden Körpers hineinragt und daß hierbei die Längenausdehnung
des Stabes zur Veränderung der Wirkung
einer radioaktiven Strahlung benutt wird,
die am offenen Ende der axialen Welleubohrung mit Hilfe eines ortsfesten Empfängers
gemessen wird.
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Nun ist zwar die Verwenldung von Ausdchnungskörpern zur Temperaturanzeige
seit langem bekannt.
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Man hat jedoch derartige Ausdehnungskörper bisher lediglich zur Temperaturmes.sung
an ortsfesten Meßstellen benutzt, indem die mechanische Verstellbewegung mit Hilfe
einer Hebelübersetzung in einen Zeigerausschlag umgewandelt wurde. Auch ist es bekannt,
die Verstellbewegung zur Betätigung eines Schalters zu benutzen, dessen Stellung
zur Beeinflussung und Regelung der gemessenen Temperatur herangezogen wird. Feiner
gibt es Strahlungspyrometer mit einer Kompensationseinrichtung, die ein von der
Raumtemperatur beeinflußtes Organ aufweist, das eine im Strahlengang liegende Blende
verstellt.
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Auf dem Gebiet der Anwendung radioaktiver Strahlen für Meßzwecke
sind verschiedene Vorrichtungen bekanntgeworden, die eine vom Meßwert ausgelöste
mechanische Bewegung durch Schwächung oder periodische Unterbrechung des Strahlenganges
in eine elektrische Größe umwandeln. Sonst beispielsweise ein Durchfluß messer bekanntgeworden,
der ein in der betreffenden Rohrleitung rotierendes Flügel rad oder eine von der
Strömung bewegte Platte aufweist.
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Bei dieser Meßanordnung wird zur Vermeidung einer druckfesten Herausführung
aus dem Meßraum die Lage des von der Strömung bewegten Körpers mit Hilfe von radioaktiven
Strahlen oder Röntgenstrahlen abgebildet. Auch die Messung der Drehzahl eines rotierenden
Körpers ist nach diesem Verfahren durch druckfeste Wände hindurch möglich. Nach
dem gleichen Grundprinzip werden radioaktive Strahler und Empfänger auch zur Messung
von Füllständen in geschlossenen Behältern benutzt. Beim Gegenstand der Erfindung
wird des bekannte Prinzip derTemperaturmessung mit Hi.lfe von Ausdehnungskörpern
mit dem ebenfalls bekannten Verfahren zur Messung mechan;ischer
Bewegungen
mithilfe yn radioaktiven Strahlen in überraschend vorteilhafter Weise kombliniert,
um Temperaturen i.m Innern von roti,erenden.Rör.3ern unter Vermeidung von Kontakten
unmittelbar zu messen. Während das temperaturempfindl.iche Element und eventuell
auch der radioaktive Strahler innerhalb des rotierenden Körpers angeordnet sinid,
kann der die elektrischen Anzeigewerte liefernde Strahllungsempfänger außerhalb
des rotierenden Körpers ortsfest angeordnet werden. Die vorgeschlagene Konstruktion
hat den entscheidenden Vorteil, daß eine beständli,ge und fernübertragbare Temperaturanzeige
ermöglicht wird, ohne daß der rotierende Körper elektrische Elemente enthält, die
wartuns!bedürfbig sind und deren elektrische Übertragung nach außen mit Hilfe von
Schleifringen od. dgl. Schwierigkeiten bereitet.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung an einem schematischdargestelltenAusführungsbeispiel
erläutert.
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In der Zeichnung ist eine Anordnung zur Messung der Temperatur in
einer rotierenden Walze dargestellt.
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Die Walze 1 sitzt fest auf einer Welle2, die an den Stellen 3 und
4 gelagert ist. Walze und Welle können natürlich auch aus einem Stück gearbeitet
sein. Die Welle besitzt eine durchgehenlde zentrale Bohrung 5.
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In der Walze ist eine radiale Bohrung 6 angebracht, die bis zu der
axialen Bohrung 5 durchgeführt ist. Mit 7 ist ein Ausdehnungsstab bezeichnet, dessen
Material einen wesentlich größeren oder wesentlich kleineren Teinperaturaus dehnungskoeffizienten
als das Material der Walze besitzt. Dieser Stab ist an seinem Ende8 mit der Walze
verschweißt, so daß die Bohrung 6 nur noch nach der Bohrung 5 hin offen i.st. Mit
9 ist eine radioaktive Strahlungsquelle bezeichnet, die an dem einen Ende der Bohrung5
angebracht ist. Am anderen Ende befindet sich ein an sich bekannter Strahlung empfänger
10.
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Die Meßanordnung arbeitet folgendermaßen: Bei Temperaturänderungen
ändert das in die Bohung 5 hineinragende Ende des Stabes 7 seine relative Lage zur
Bohrung. Es wird also ein mehr oder weniger großer Anteil der radioaktiven Strahlung
durch diesen Stab abgeblendet, so daß sich die Anzeige entsprechend ändert.
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Aus Gründen der Abschirmung empfiehlt es sich, die Strahlenquelle
9 innerhalb der Walze anzubringen.
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Beispielsweise kann sie dicht vor dem Ausdehnungsstab sitzen. Diese
Stelle ist mit 9' bezeichnet. Da das Material der Walze fast immer auch ein sehr
guter Strahlenabsorber ist, werden zusätzliche Abschirmmaßnahmen praktisch überflüssig.
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Die Anbringung des Strahlers im Innern der Walze hat den weiteren
Vorteil, daß der Abstand zwischen Strahl er und Empfänger verringert wird, daß man
also mit geringeren Strahlungsstärken auskommt.
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Außerdem genügt es dann, die Bohrung in der Welle 2 nur bis zum Ort
des Strahlers durchzuführen.
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Das radioaktive Präparat kann auch am freien Ende des Stabes 7 angebracht
werden, so daß die Kante, -an der die Bohrlöcher 5 und 6 zusammenstoßen, als Blende
dient.
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Durch die Anwendung der Erfindung wird es auch möglich, die Temperatur
an mehreren Stellen der Walze zu messen. Beispielsweise kann man einen Ausdchnungsstab
in der Nähe der rechten Stirnseite der Walze und einen zweiten Ausdehnnngsstab in
der Nähe der linken Stirnseite der Walze in radialen Bohrungen unterbringen. Die
Welle 2 wird dann nicht ganz durchbchrt. Jeder der Stäbe wird mit einem
Strahler
verstehen. An den Enden der Wellenbohrungen ist hierbei je ein Strahlungsempfänger
anzuordnen. Da die Welle 2 nicht ganz durchbohrt ist, bleibt zwischen beiden Strahlungsquellen
so viel Material stehen, daß die Strahler nur den zugeordneten Empfänger beeinflussen
können. Eine weitere Möglichkeit zur Messung der Temperatur an mehreren Stellen
längs der-Achse besteht darin, daß man mehrere Ausdehnlungsstäbe und als Strahler
Präparate mit verschiedenen Wellenlängen verwendet, so daß sämtliche Strahler durch
die gemeinsame Wellenbohrung auf die Empfangsapparatur einwirken. Hier wird das
ankommen,de Strahlengemisch so gefiltert, daß die Ergebuisse der einzelnen Meßstellen
auseinander gehalten werden können. Beispielsweise kann ein Strahler aus Co-60 und
der andere aus Cs-137 bestehen.
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PATENTANSPR tJCHE 1. Anordnung zur Messung (der Temperatur an rotierenden
Körpern, bei welcher der temperaturempfindlicheTeil mitrotiert und das Anzeigeinstrument
ortsfest angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einer radialen Bohrung des
rotierenden Körpers ein Ausdehnungsstab mit seinem einen En.de derart befestigt
ist, daß das andere Ende unter dem Einfluß von Temperaturänderungen mehr oder weniger
in eine mit der radialen Bohrung in Verbindung stehende axiale Bohrung der Welle
des rotierenden Körpers hineinragt und daß die Längenaus.dehn,ung des Stabes zur
Veränderung der Wirkung einer radioaktiven Strahlung benutzt wird, die am offenen
Ende der axialen Wellenbohrung mit Hilfe eines ortsfesten Empfängers gemessen wird.