Temperaturmessung an rotierenden Teilen mit Thermoelementen und einem Schleifring am Wellenende
Kurz zusammengefasst
Die Thermoelemente werden auf dem rotierenden Bauteil befestigt und mit einem Schleifring verbunden, der am Wellenende montiert ist. Der Rotor des Schleifrings nimmt die Sensorleitungen auf, der Stator geht zum Aufzeichnungsgerät. Ein Messverstärker auf der Rotorseite wandelt das Millivolt-Signal in 10 mV/°C um, bevor es die Kontakte passiert. Der Versuch läuft auf einem Motorprüfstand oder am Fahrzeug: Kurbelwellenlager unter Last, ein in Betrieb befindlicher Klimakompressor, Bremsscheiben während des Bremsvorgangs.
- 4 bis 36
- Kanäle auf den Schleifringen für das Wellenende der Baureihe S und SR
- 12 000 min⁻¹
- Standarddrehzahl der Baureihe S
- 10 mV/°C
- Ausgang der Messverstärker AMP-TC-M1 und AMP-TCN-X2 auf dem Rotor
Signalpfad
Ein Thermoelement auf einem rotierenden Bauteil dreht sich mit ihm, und seine Leitungen können nicht direkt zu einem Aufzeichnungsgerät führen. Ein Schleifring stellt die Verbindung her: Sein Rotor dreht sich mit der Welle und trägt die Sensorleitungen, im Stator befestigte Bürsten laufen auf seinen Ringen, und der Stator gibt die Signale an das Messdatenerfassungssystem weiter. Die Sensorleitungen verlaufen auf der Oberfläche der Welle oder in deren Innerem, durch eine über das Wellenende gefräste Nut oder durch einen Adapter.
Ein nicht verstärktes Thermoelement-Signal liegt im Millivolt-Bereich, und die Ringe und Bürsten bestehen nicht aus Thermoelement-Legierungen: Ein Temperaturgradient über die Kontakte fügt einen Fehler hinzu. Ein Messverstärker auf der Rotorseite, zwischen den Thermoelementen und dem Schleifring, übernimmt die Kaltstellenkompensation und sendet eine Hochpegelspannung durch die Kontakte, die der Gradient und Störungen nicht beeinflussen können.
Instrumentierung
| Schleifring, 4 bis 10 Kanäle | Baureihe S für das Wellenende, zwei Schrauben, 12 000 min⁻¹ standardmäßig, 20 000 min⁻¹ optional, 500 mA pro Kanal, −40 bis 121 °C |
|---|---|
| Bei begrenztem axialen Bauraum | Kurze Baureihe S, 4 bis 10 Kanäle, ab 22,15 mm Länge, 12 000 min⁻¹; einige Modelle führen die Thermoelement-Messverstärker im Rotor mit |
| Schleifring, 10 bis 36 Kanäle | Baureihe SR, 500 mA pro Kanal, 250 mA beim SR36; 12 000 min⁻¹ beim SR10M, 4 000 min⁻¹ beim SR20M, 2 400 min⁻¹ beim SR36M; wetterfeste Versionen W oder B |
| Messverstärker auf dem Bauteil | AMP-TC-M1, 1 bis 3 Thermoelemente der Typen E, J, K oder T, 10 mV/°C, ± 10 V, geklebt, vergossen oder angeschnallt |
| Messverstärker auf dem Rotor | AMP-TCN-X2, 1 bis 9 Kanäle pro Modul, mit Kaltstellenkompensation, 10 mV/°C, wird auf dem Rotor eines Schleifrings der Baureihe SR montiert |
| Kontakte | Ringe und Bürsten aus Edelmetall, Spitzenrauschen von 0,1 Ω; farbgekennzeichnete Lötkontakte; lebensdauergeschmierte Lager |
Vorgehen
- 01
Thermoelemente am Bauteil befestigen
An den zu überwachenden Stellen, in der Nähe eines Lagers, am Verdichter oder an der Bremsscheibe.
- 02
Leitungen zum Schleifring führen
Über die Wellenoberfläche oder durch deren Innenbohrung bis zu den Rotorkontakten des am Wellenende montierten Schleifrings.
Schleifringe der S-Baureihe für den Wellenstirnaufbau - 03
Auf der rotierenden Seite verstärken
Ein am Bauteil befestigter AMP-TC-M1 oder ein AMP-TCN-X2 auf dem Rotor eines Schleifrings der Baureihe SR, zwischen den Thermoelementen und den Ringen.
Thermoelement-Messverstärker AMP-TC-M1 - 04
Vom Stator aufzeichnen
Der Stator ist mit dem Datenerfassungssystem verbunden. Das Signal wird übertragen, während sich das Bauteil unter Last dreht.
Kurbelwelle, Verdichter, Bremsen
Auf einem Motorprüfstand wird der Schleifring am Kurbelwellenstutzen montiert und die Thermoelementleitungen werden von den Kurbelwellenlagern dorthin geführt. Die Messung zeigt, ob die Lager bei hoher Motorlast überhitzen.
Bei einem Klimakompressor werden die Thermoelemente zu einem Schleifring am Wellenende geführt, der auf der Kompressorriemenscheibe montiert ist. Der Verdichter wird vom Motor angetrieben; die Messung erfolgt daher bei laufendem Motor, auf dem Prüfstand oder im normalen Fahrbetrieb.
Bei Bremsen werden die Thermoelemente an der Bremsscheibe oder an der Radnabe befestigt und zu einem Schleifring geführt, der außenseitig am Fahrzeugrad montiert ist, wo die Anschlüsse gut zugänglich bleiben.
Ergebnis
Die Temperatur des rotierenden Bauteils selbst, aufgezeichnet während es arbeitet: ein Lager unter Motorlast, ein Verdichter im Betrieb, eine Bremsscheibe während des Bremsvorgangs. Derselbe Schleifring und derselbe Messverstärker dienen auf dem Prüfstand und im Fahrzeug; die Baureihe SR ist für den Straßeneinsatz in wetterfesten Versionen erhältlich.
Häufige Fragen
Wie schließt man ein Thermoelement an einer rotierenden Welle an einen Rekorder an?
Über einen Schleifring am Wellenende. Die Thermoelementleitungen gehen an dessen Rotorkontakte, und der Stator wird mit dem Datenerfassungssystem verbunden.
Sollte ein Thermoelementsignal vor dem Schleifring verstärkt werden?
Ein Messverstärker auf der rotierenden Seite wandelt es in 10 mV/°C um, bevor es die Kontakte passiert; damit entfällt der Fehler durch den Temperaturgradienten über den Schleifring sowie durch Störeinflüsse.
Wie viele Thermoelemente können auf der rotierenden Seite verstärkt werden?
Ein bis drei mit einem AMP-TC-M1, der am Bauteil befestigt ist, ein bis neun pro Modul mit einem AMP-TCN-X2 auf dem Rotor eines Schleifrings der Baureihe SR.
Wie wird die Temperatur einer Bremsscheibe am Fahrzeug gemessen?
Die Thermoelemente sind an der Scheibe oder der Radnabe befestigt und zu einem Schleifring geführt, der außenseitig am Fahrzeugrad montiert ist.
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