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Vorrichtung zur berührungslosen Temperaturüberwachung
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Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur berührungslosen
Überwachung der Temperatur von zueinander relativ beweglichen Maschinenteilen gemäß
den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Überwachung der Erwärmung von rotierenden oder sich translatorisch
bewegenden Maschinenteilen ist insbesondere dort erforderlich, wo Reibungswiderstände
erzeugt werden. Dies ist z.. B. bei Bremsen und Kupplungen der Fall. Reibungswiderstände
entstehen aber auch an den Trommeln von Seilbahnmaschinen und Winden. Eine spezielle
Bedeutung erlangt die Temperaturüberwachung aber im untertägigen Grubenbetrieb,
weil dort neben dem Schutz der Maschinen vor Überhitzung die thermische Überwachung
für die allgemeine Sicherheit unerläßlich ist.
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Eine bekannte Methode zur Temperaturüberwachung verwendet zur Messung
Infrarotstrahlen. Dieses Verfahren ist aber besonders bei vergleichsweise niedrigen
Temperaturen um ca.
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100 °C aufwendig und hinsichtlich des einzusetzenden Gerätevolumens
sehr
groß. Ein Einsatz ist allein schon deshalb nicht überall möglich. Der notwendige
Einbauraum wird aber noch größer, wenn, wie dies im untertägigen Grubenbetrieb aus
Sicherheitsgründen erforderlich ist, Eigensicherheit vorgeschrieben wird. Auch kann
bei einer Verschmutzung der Geberoptik eine Übertemperatur nicht mehr sicher erkannt
werden.
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Es besteht die Gefahr, daß die Funktionsfähigkeit der zu überwachenden
Maschine beeinträchtigt wird. Aus diesem Grunde wird in den meisten Fällen eine
zusätzliche Referenzanordnung vorgesehen. Diese erhöht zwar noch den Aufwand, ohne
aber die gewünschte sichere Funktion wirklich zu gewährleisten. Bei gleichzeitiger
Verschmutzung beider Optiken kann keine Fehlermeldung mehr erfolgen. Eine periodische
Reinigung der Optiken ist deshalb unerläßlich. Ein Einsatz im untertägigen Grubenbetrieb
ist deshalb unter wirtschaftlich und technisch vertretbaren Aspekten nicht zu realisieren.
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Ein weiteres bekanntes Meßverfahren beruht auf der Ermittlung des
Curiepunkts. Hier wird die Eigenschaft genutzt, daß bestimmte Metallegierungen in
Abhängigkeit von der Temperatur relativ plötzlich ihr magnetisches Verhalten verändern.
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Folglich wird der magnetische Zustand eines derartigen Gebers überwacht
und zur Temperaturermittlung herangezogen. In Fachkreisen gilt dieses Verfahren
aber als nicht besonders zuverlässig. Auch sind die notwendigen Meßverstärker, insbesondere
in eigensicherer Ausführung, vergleichsweise auSwendig und kostenträchtig. Dies
trifft darüberhinaus auch auf den übrigen elektronischen Teil einer solchen Meßeinrichtung
zu.
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Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe z.ugrunde, eine Vorrichtung
zur berührungslosen Überwachung der Temperatur von zueinander relativ beweglichen
Maschinenteilen zu schaffen, die einfach aufgebaut sowie betriebssicher ist und
welche sich im wesentlichen aus bewährten sowie robusten, handelsüblichen Bauelementen
zusammensetzt.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.
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Temperaturänderungen des beweglichen Maschinenteils, z. B. einer
Bremse, einer Kupplung oder einer Trommel einer Seilbahnmaschine, führen automatisch
zu einer Lageveränderung der dem Dehnungselement zugeordneten Schaltfahne relativ
zum sensitiven Abstandsbereich des Näherungsschalters mit dem Ergebnis, daß bei
Uberschreiten eines eingestellten Grenzwerts die betreffende Maschine sofort stillgesetzt
wird bzw. umgehend Maßnahmen zur Senkung der Betriebstemperatur auf einen zulässigen
Wert getroffen werden. Das Dehnungselement kann sich beispielsweise im Bereich des
Außenumfangs eines sich drehenden Maschinenteils befinden. Es kann durch einen auf
Wärmezufuhr ansprechenden Fühler mit einer am Fühlerkolben befestigten Schaltfahne
gebildet sein. Die Bewegungsbahn der Schalt fahne verläuft dann je nach Stellung
des Fühlerkolbens und damit der Schalt fahne durch den sensitiven Abstandsbereich
des Näherungsschalters oder außerhalb dieses Abstandsbereichs.
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Entsprechend sind auch die vom Näherungselement ausgehenden Impulse.
Das Dehnungselement kann indessen auch einem sich translatorisch bewegenden Maschinenteil
zugeordnet sein, während der berührungslose Näherungsschalter am ortsfesten Maschinenteil
vorgesehen ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich durch
die Merkmale des Anspruchs 2. Ein derartiges Dehnungselement ist dann als kompletter
Bauteil handhabbar und montierfähig.
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Die elastische Rückstellkraft ist nach Anspruch 5 zweckmäßig durch
eine Schraubendruckfeder gebildet.
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Sind das Expansionsglied und die Rückstellfeder gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 4 angeordnet, so verläuft die Bewegungsbahn der Schalt fahne so lange
nicht durch den sensitiven Abstandsbereich des Näherungsschalters, wie sich die
zu überwachende Temperatur noch unterhalb des eingestellten Grenzwerts befindet.
Vom Näherungsschalter gehen damit auch keine Signale aus, die eine Zustandsänderung
anzeigen. Derselbe Sachverhalt ist bei einer stillstehenden Maschine gegeben. Erst
wenn die zulässige Temperaturgrenze überschritten wird und die Bewegungsbahn der
Schaltfahne aufgrund des in Richtung zum Näherungsschalter sich ausdehnenden Expansionsglieds
im sensiti ven Abstands-bereich des Näherungsschalters verläuft, werden vom Näherungsschalter
Signale abgegeben, welche die thermische Überlastung anzeigen.
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Vorteilhaft kann aber auch eine Anordnung gemäß den Merkmalen des
Anspruchs 5 sein. In diesem Fall verläuft die Bewegungsbahn der Schaltfahne so lange
durch den sensitiven Abstandsbereich des Näherungsschalters, wie die Grenzwerttemperatur
noch nicht erreicht ist. Wird diese Grenzwerttemperatur überschritten, drückt das
Expansionsglied gegen die Wirkung der Rückstellkraft die Schalt fahne aus dem sensitiven
Abstandsbereich,
so daß die bis dahin vom Näherungsschalter ständig ausgehenden Signale gestoppt
werden. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, daß auch eine Unterbrechung der
vom Näherungsschalter abgehenden Signalleitung zu einer Störungsmeldung führt und
damit zur Erhöhung der Sicherheit beiträgt.
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Das Expansionsglied kann nach Anspruch 6 durch einen mit einem Dehnungsmittel
gefüllten Behälter mit Wellrohrelement gebildet sein, welches Wellrohrelement eine
Lageänderung des Schaltkolbens gegen die elastische Rückstellkraft bewirkt, sobald
das Dehnungsmittel eine bestimmte Temperatur erreicht.
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Bei einer Ausdehnung des Dehnungsmittels wird das Wellrohrelement
wie eine Feder zusammengedrückt.
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Möglich ist nach Anspruch 7 aber auch die Verwendung von Dehnungswachs.
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Der Dehnungsvorgang des Dehnungsmittels kann durch die thermische
Stoffausdehnung und/oder durch eine Veränderung des Aggregatzustandes bei Wärmezufuhr
erfolgen.
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Durch die Kombination eines in Richtung zum~Näherungsschalter oder
vom Näherungsschalter weg expandierenden Dehnung elements mit Schaltfahne und einem
Näherungsschalter mit Auswert elektronik gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 ist
eine besonders einfache und zuverlässige Einrichtung zur Temperaturüberwachung möglich.
Jede Relativbewegung der Schaltfahne zum Näherungsscha ter führt zu periodischen
Signalen an der elektronischen Schaltung, welche die thermische Uberlastung erkennt
und geeignete Meldungen bzw. Gegenmaßnahmen durchführt. Je nach Expansionsrichtung
des Dehnungselements setzt die elektronische Schaltung bei Eintreffen von Signalen
aus dem Näherungsschalter bestimmte Steuerbefehle auf mindestens eine Signalleitung
oder sie setzt diese Steuerbefehle heim Ausbleiben von Signalen aus dem Näherungsschalter
auf
die Signalleitung. Die zuletzt erwähnte Variante hat den Vorteil, daß auch bei einem
Geberausfall eine Fehlererkennung erfolgt.
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Um die Zustände "Stillstand", "Temperaturüberschreitung" und "Zulässiger
Temperaturbereich" sicher unterscheiden zu können, sind in einigen Anwendungsfällen
die Merkmale des Anspruchs 9 von Vorteil. Die Relativbewegung des beweglichen Maschinenteils
wird in diesem Fall durch einen zweiten Näherungsschalter überwacht, der Impulse
von einer am beweglichen Maschinenteil starr befestigten Schaltfahne erhält. Dabei
kann die elektronische Schaltung so aufgebaut sein, daß sie darüber informiert ist,
in welcher Winkelposition ein Signal des die Temperatur überwachenden Näherungsschalters
erwartet werden kann.
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Die mit dem weiteren Näherungsschalter zusammenwirkende Schaltfahne
kann gemäß Anspruch 10 als Zahnsegment, insbesondere Zahnkranz, eines sich drehenden
Maschinenteils ausgebildet sein.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen näher- erläutert. Es zeigen: Figuren 1 und 2 je eine Vorrichtung
zur berührungslosen Überwachung der Temperatur einer Trommel einer im untertägigen
Grubenbetrieb eingesetzten Seilbahnmaschine.
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In den Figuren 1 und 2 ist mit 1 der rotierende Teil einer Trommel
2 bezeichnet. 3 ist der ortsfeste Teil der Trommel 2.
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In den Rotor 1 ist vom Außenumfang her eine Gewindebohrung 4 eingebracht.
In die Gewindebohrung 4 ist ein Schraubstopfen 5 eingedreht, welcher ein bei Wärmezufuhr
gegen eine elastische Rückstellkraft 6 expandierendes Dehnungselement 7 mit Schaltfahne
8 enthält.
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Das Dehnungselement 7 umfaßt einen elastisch abgestützten Schaltkolben:9
mit Ringkragen 10, ein Expansionsglied 11 und die Schaltfahne 8 am freien Ende des
Schaltkolbens 9. Die elastische Rückstellkraft 6 für den Schaltkolben 9 ist durch
eine Schraubendruckfeder gebildet.
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Bei der Ausführungsform der Figur 1 ist das Expansionsglied 11 auf
der der Drehachse 12 des Trommelrotors 1 zugewendeten Seite des Ringkragens 10 angeordnet.
Das Expansionsglied 11 wird durch einen mit einem Dehnungsmittel gefüllten Behälter
19 mit Wellrohrelement 20 gebildet. Bei der Ausführungsform der Figur 2 ist das
Expansionsglied 11 auf der von der Drehachse 12 abgewandten Seite vorgesehen. Das
Expansionsglied 11 besteht aus Dehnungswachs. Mithin ist im Falle der Figur 1 die
Expansionsrichtung radial nach außen und bei der Ausführungsform der Figur 2 radial
nach innen jeweils gegen die elastische Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 6
gerichtet.
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Am Umfang des Rotors 1 ist ferner ein Schalt kranz 13 mit starren
Zähnen 14 angeordnet, dessen Funktion nachstehend noch näher erläutert ist.
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Am Stator 3 der Trommel 2 ist ein an der Bewegungsbahn der Schalt
fahne 8 des Rotors 1 liegender berührungsloser Näherungsschalter 15 mit sensitivem
Abstandsbereich vorgesehen. Dieser Näherungsschalter 15 ist mit einer elektronischen
Schaltung 16 verbunden, die über Signalleitungen 17 mit einer Warnvorrichtung oder
direkt mit einer Schaltvorrichtung verbunden ist, welche die mit der Trommel 2 ausgerüstete
Seilbahnmaschine stillsetzt.
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Die elektronische Schaltung 16 ist außerdem mit einem am Stator 3
vorgesehenen weiteren Näherungsschalter 18 verbunden, in dessen sensitivem Abstandsbereich
die am Rotor 1 befestigte Zahnkranz-Schaltfahne 13, 14 verläuft.
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So lange sich bei der Ausführungsform der Figur 1 die zu überwachende
Temperatur des Rotors 1 im zulässigen Bereich bewegt, verläuft die Bewegungsbahn
der Schaltfahne 8 nicht durch den sensitiven Abstandsbereich des Näherungsschalters
15. Folglich gelangen auch keine Signale auf die Auswertelektronik 16. Die elektronische
Schaltung 16 kann auch keine Steuerbefehle auf die Signalleitung 17 absetzen.
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Erst bei Überschreitung der zulässigen Temperatur verändert sich
die Lage des Schaltkolbens 9 radial nach außen, so daß die Schaltfahne 8 bei Rotation
in den sensitiven Abstandsbereich des Näherungsschalters 15 eintritt. Nunmehr gelangen
je Umdrehung periodische Signale auf die elektronische Schaltung 16, welche die
thermische Überlastung des Rotors 1 erkennt und über die Signalleitung 17 geeignete
Meldungen bzw.
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Maßnahmen durchführt.
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Auch bei einer stillstehenden Seilbahnmaschine können keine Signale
zur Auswertelektronik 16 gelangen. Um die Zustände "Stillstand", TemperaturüberschreItung"
und "Zulässiger Temperaturbereich" sicher unterscheiden zu können, wird die Drehbewegung
des Rotors 1 durch den zweiten Näherungsschalter 18 überwacht, der Impulse von den
starren Zähnen 14 des Schaltkranzes 13 empfängt und Signale der elektronischen Schaltung
16 zuleitet. Die elektronische Schaltung 16 kann dabei so aufgebaut sein, daß sie
genau darüber informiert ist, in welcher Winkelposition ein Signal des die Temperatur
überwachenden Näherungsschalters 15 zu erwarten ist.
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Bei der Ausführungsform der Figur 2 befindet sich die Schalt fahne
8 unter dem Einfluß der Schraubendruckfeder 6 ständig im sensitiven Abstandsbereich
des Näherungsschalters 15.
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Es werden folglich auch ständig Signale erzeugt, so lange sich die
Temperatur des Rotors 1 im zulässigen Bereich befindet.
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Bei Temperaturüberschreltung dehnt sich das Expansionsglied 11 aus
und die Schalt fahne 8 verläßt den sensitiven Abstandsbereich. Folglich setzt die
elektronische Schaltung 16 beim Ausbleiben von Signalen aus dem Näherungsschalter
15 bestimmte Steuerbefehle auf die Signalleitung 17.
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Bezugszeichenaufstellung 1 Trommelrotor 2 Trommel 3 Trommelstator
4 Gewindebohrung in 1 5 Schraubstopfen 6 Rückstellfeder 7 Dehnungselement 8 Schalt
fahne 9 Schaltkolben 10 Ringkragen 11 Expansionsglied 12 Drehachse von 1 13 Schaltkranz
14 Zähne von 13 15 Näherungsschalter 16 elektronische Schaltung 17 Signalleitungen
18 Näherungsschalter