DE8911078U1

DE8911078U1 - Tauchfühler für Temperaturmessungen

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Publication number: DE8911078U1
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Authority: DE
Original assignee: Messko Albert Hauser & Co Kg 6370 Oberursel De GmbH
Current assignee: Messko Albert Hauser & Co Kg 6370 Oberursel De GmbH
Priority date: 1989-09-16
Filing date: 1989-09-16
Publication date: 1989-11-23
Anticipated expiration: 1999-09-17

Description

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MESSKO

Albert Hauser önbH & Co. RG Zimmersmühlenweg 21 D-6370 Oberursel / Ts.

Die NeufiruD? betrifft einen Tauchfühler für Temperaturmessungen, insbesondere für mit einer Kühlflüssigkeit gefüllte Transformatorenkessel, bestehend aus einer Tauchhülse mit einem geschlossenen und einem offenen Ende uh£ aus einem in der Tauchhülse in der Nähe des geschlossenen Endes untergebrachten ersten, elektrischen Temperaturfühler, der über eine definierte Wärmebrücke mit einem ersten Heizwiderstand verbunden ist, sowie mit Meß- und Stromleitungen für den Temperaturfühler und den Heizwiderstand.

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Eine Reihe von Geräten, darunter Transformatoren, haben die Eigenschaft, bei einer Energiezufuhr bzw. unter Belastung allmählich Temperaturen anzunehmen, die in der Nähe kritischer Temperaturen liegen oder diese sogar überschreiten können. Es gilt daher, die Temperaturen bzw. den Temperaturverlauf so genau wie möglich zu überwachen.

Das betreffende Gerät selbst, die sogenannte Meßstrecke, besitzt eine mehr oder weniger große Wärmeträgheit, die sich in einer Zeitkonstanten äußert. Die Zeitkonstante eines GroDtransformators liegt dabei ohne weiteres in der Größenordnung von 2 bis 3 Stunden. Diese Zeitkonstante ist systemimmanent and läßt sich praktisch nicht verändern.

Aber auch die für solche Messungen verwendeten Temperaturfühler haben eine Zeitkonstante, die in der Regel sehr viel kleiner ist, aber trotzdem nicht vernachlässigt werden darf.

Um nun bei Meß- oder Regeistrecken mit langer Zeitkonstante frühzeitig eine Temperaturanzeige zu erhalten, die der zu erwartenden End- odsr Beharrungstemperatur bei der gegebenen Wärmezufuhr bzw. Belastung entspricht, hat man dem Temperaturfühler auch schon eine eigene Heizwicklung geringer Trägheit bau. mit kurzer Zeitkonstante zugeordnet, deren Endtemperatur ein Abbild der dem Gerät bzw. der Meßstrecke zugeführten Wärmeleistung bzw. thermischen Belastung ist.

Bei der Temperaturmessung von Transformatoren ist man eine Zeitlang deft Weg gegangen, möglichst flache bzw. kleine Temperaturfühler im Wicklungsbereich und/oder im

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Rernberelch des Transformators unterzubringen. Abgesehen von den Problemen einer zuverlässigen elektrischen Isolation haben sich diese Meßsysteme auch deshalb nicht durchgesetzt, weil sie den zeitlichen Verlauf eines Temperaturanstiegs nicht zuverlässig erfassen konnten. Man hat daher wieder die ältere Lösung angewandt, den Temperaturfühler als sogenannten Tauchfühler so in den Transformatorenkessel einzubauen, daß die Tauchhülse in die Kühlflüssigkeit des Transformators eintaucht. Hierbei hängt die Temperaturdifferenz zwischen Transformatorwicklung und Kühlflüssigkeit vom jeweiligen Strom in dieser Wicklung ab. Dem Transformator ist daher eiv, Stromwandler zugeordnet, der den über den Transformator fließenden Strom erfaßt. Der Sekundärstrom dieses Stromwandlers ist nunmehr dem über den Transformator fließenden Strom proportional. Der genannte Sekundärstrom fließt nun über den Heizwiderstand, der dem Temperaturfühler zugeordnet ist und erzeugt dadurch einen der jeweiligen Transformatorbelastung entsprechenden Anzeigevorlauf gegenüber der tatsächlich gemessenen Öltemperatur. Aufgrund einer vor der Inbetriebnahme vorgenommenen Justierung kann man auf diese indirekte Weise eine Anzeige der mittleren oder maximalen Wicklungstemperatur bei gegebener Strombelastung des Transformators erhalten, d.h. die Anzeige eines dem beheizten Temperaturfühler nachgeschalteten Anzeigegeräts ist ein thermisches Abbild der Vorgänge im Transformator.

Hieraus resultiert, daß die eingangs angegebene "definierte Wärmebrücke" zwischen dem Heizwiderstand und dem Temperaturfühler einen reproduzierbaren Wärmestrom erzeugen muß, um bei baugleichen Tauchfühlern gleiche Anzeigeverhältnisse zu schaffen. Die definierte Wärmebrücke setzt also definierte

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Materialkonstanten der verwendeten Werkstoffe ebenso voraus wie einen stets gleichbleibenden Zusammenbau unter möglichst flächiger Berührung der einzelnen Bauelemente.

Die in Frage kommenden elektrischen Temperaturfühler können temperaturabhängige Widerstände aufweisen, wie beispielsweise Platinwiderstände des Typs ?T 100 (in Dünnschicht- oder Wickeltechnik), Thermoelemente oder Thermistoren mit positiven und negativen Temperaturkoeffizienten. Die von ihnen erzeugten Ausgangssignale können dann nach entsprechender Verstärkung in einer mehr oder weniger weit entfernten Schaltwarte zur Anzeige gebracht werden. Es ist auch möglich, die betreffenden Meßwerte in einer Steuer- und Regelanlage elektronisch weiter zu verarbeiten, beispielsweise auch zu optischen und/oder akustischen Warnsignalen.

Nun wird es gelegentlich gefordert, "vor Ort" eine weitere Temperaturanzeige und/oder Temperaturüberwachung zu haber., die von dem eingangs beschriebenen elektrischen Temperaturfühler unabhängig ist.

Man hat sich in der Vergangenheit so beholfen, daß man im Transformatorkessel einen zweiten Tauchfühler mit einem Kapillarfühler angeordnet hat, der über eine Kapillare mit einem Zeigerthermometer verbunden war. Wollte man auch hierbei ein genaues Temperatur-Abbild der Strombelastung des Transformators erzeugen, so mußte auch dieser Kapillarfühler mit einer zusätzlichen Heizwicklung mit definiertem Wärmekontakt versehen werden. Sowohl der Einbau als auch die Verdrahtung gestalteten sich schwierig und

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aufwendig.

Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Meßsystem für die Temperaturmessung anzugeben, mit dem sowohl elektrische Fernmessungen als auch mechanische Nahmessungen ohne großen baulichen und Montageaufwand möglich sind.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Tauchfühler neuerungsgemäß dadurch, daß zwischen dem ersten Temperaturfühler und dem offenen Ende der Tauchhülse ein Hohlraum für das Einführen eines weiteren Temperaturfühlers angeordnet ist, und daß dieser Hohlraum über eine gleichfalls definierte Wärmebrücke mit einem weiteren Heizwiderstand verbunden ist.

Vereinfacht ausgedrückt besteht die Neuerung darin, den Tauchfühler konstruktiv so vorzubereiten, daß er wahlweise und vorzugsweise auch noch nachträglich mit einem weiteren Temperaturfühler versehen werden kann, ohne daß zu diesem zweck auch nachträglich weitere Leitungen zum Heizwiderstand dieses zusätzlichen Temperaturfühlers verlegt werden müßten. Der Anschluß dieses weiteren Heizwiderstandes erfolgt dann lediglich durch Umklemroen an einer zum Tauchfühler gehörenden Klemmenleiste.

Der Gegenstand der Neuerung bringt außerdem den großen Vorteil mit sich, daß die Anbringung einer zusätzlichen Bohrung im Transformatorenkessel entfällt, womit auch die Gefahr beseitigt wird, daß Metallspäne in die Kühlflüssigkeit des Transformators gelangen.

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denkbar, einen elektrischen Temperaturfühler aus der weiter oben genannten Gruppe auszuwählen. Mit besonderem Vorteil ist es jedoch möglich, in den genannten Hohlraum eineii Kapillarfühler eines Zeigerthermometers einzuführen, dessen Meßsystem mit einem Medium gefüllt ist, das sich bei Temperaturerhöhung ausdehnt wie beispielsweise Quecksilber, ein Alkohol oder ein unter Druck stehendes Gas. Solche mechanischen Meß- und Anzeigesysteme sind in großer Zahl verfügbar.

Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung des Gegenstandes der Neuerung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum durch einen Hohlkörper begrenzt ist, der koaxial in der Tauchhülse gehalten ist und in deren offenes Ende mündet, derart, daß in den Hohlkörper vom Ende der Tauchhülse her ein komplementär geformter Kapillarfühler einschiebbar ist, und daß der Hohlkörper im Unterbringungsbereich des Kapillarfühlers von dem weiteren Heizwiderstand umgeben ist.

Der Hohlkörper kann dabei aus Metall oder aus einem wärmebeständigen Kunststoff bestehen. In dem zuletzt genannten Fall entfällt eine zusätzliche elektriacne Isolation gegenüber dem Heizwiderstand. Es genügt in einem solchen Fall, den Kapillarfühler vom offenen Ende der Tauchhülse her in diese bzw. in den Hohlkörper einzuschieben. Der erforderliche Wärmekontakt ist auf diese Weise reproduzierbar hergestellt, und die komplette Meßeinrichtung ist sofort anzeigebereit.

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Zur elektrischen Isolation dienen bevorzugt sogenannte "Schrumpfschlauche", die beim Aufschrumpfen auch noch den Vorteil mit sich bringen, daß sie den Heizwiderstand gegen die darunter befindliche Unterlage pressen, so daß dadurch ein sehr guter Wärmeübergang erzeugt wird.

Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Hohlkörper für die Aufnahme des ersten Heßfühlers einerseits und des zweiten Meßfühlers andererseits durch einen gemeinsamen Schrumpfschlauch aneinander gereiht zusammengehalten sind. Die beiden Hohlkörper mit ihren Heizwiderständen bilden auf diese Weise ein einstückiges flexibel zusammengehaltenes Gebilde _r das auf einfache Weise vom offenen Ende her in die Tauchhülse einschiebbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Neuerung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Neuerung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine teilweise Seitenansicht und einen teilweisen Axialschnitt durch einen Tauchfühler mit aufgesetztem Klemmengehäuse, und

Figur 2 einen Ausschnitt aus Figur 1 in vergrößertem Maßstab.

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In Figur 1 ist ein Tauchfühler 1 dargestellt, zu dem eine Tauchhülse 2 mit einem offenen Ende 2a und einem geschlossenen Ende 2b gehört* In &«r Nähe des geschlossenen Endes 2b ist ein erster elektrischer Tessijer&turfühler 3 rHstergebracht, der über sine definierte Wärmebrücke 4 isit sirm Heiüiiidersteiid 5 verbunden ist. Weitere Biasselh<@iteci werden anhand von Figur 2 näher erläutert.

Zwischen dem ersten Temperaturfühler 3, der als Platin-Widerstand PT 100 ausgebildet ist, und dem offenen Ende 2a der ;iuchhülse 2 befindet sich ein Hohlraum 6 für das Einführen eines weiteren Temperaturfühlers 7 (Figur 2). Dieser Hohlraum ist über eine gleichfalls definierte Wärmebrücke 8 mit einem weiteren Heizwiderstand 9 verbunden. Weitere Einzelheiten sind auch hier in Figur dargestellt.

Der Hohlraum 6 ist durch einen Hohlkörper 10 begrenzt, der koaxial in der Tauchhülse 2 gehalten ist und in deren offenes Ende 2a mündet. Dadurch ist in den Hohlkörper vom Ende der Tauchhülse her der komplementär geformte Temperaturfühler 7 (Kapillarfühler) einschiebbar. Im Unterbringungsbereich 11 des Temperaturfühlers 7 ist der Hohlkörper 10 von dem weiteren Heizwiderstand 9 umgeben, der schraubenlinienförmig gewickelt ausgebildet ist.

Die Tauchhülse 2 ist in der Nähe ihres offenen Endes 2a mit einem Quetschbund 12 versehen, der zwischen zwei durch eine Gewindeverbindung 13 ineinander einschraubbaren Schraubkörpern 14 und 15 einspannbar ist. Der untere Schraubkörper 14 ist in gelöstem Zustand auf der Tauchhülse 2 drehbar und verschiebbar und mittels eines

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weiteren Gewindes 16 in ein komplementäres Gewinde eines nicht dargestellten Transformatorenkessels einschraubbar* Der obere Schraubkörper 15 ist über ein zylindrisches Distanzst.ück. 17 drehbar mit einem Klemiaöseehäuse 18 verbunden, das insgesamt drei Stopfbuensverschraubungea IS aufweist, von denen nur eine dargestellt ist. Die erste dient zur Durchführung der Stromleitungen, die zweite zur Durchführung der Meßleltungsu «ind die dritte zur Durchführung der Füh3.«?rhapillare .20 (Figur 2). Die Stromleitungen iizsi C~- Einfachheit halber fortgelassen.

~-.s Klemm&agehäuse 18 besitzt auf der den Schraubkörpern und 15 abgekehrten Seite *t Öffnung 18a, die durch einen !Teckel 18b verschlossen ist. Es ist ersichtlich, daß bei abgenommenem Deckel 18b der als Kapillarfühler ausgebildete Temperaturf-'ihler 7 in den Hohlkörper 10 einschiebbar ist. Auf der Stirnseite 18c des Deckels 18b ist ein Rohrstutzen 21 angeordnet, der eine Entlüftungsöffnung umschließt, in der ein hier nicht näher dargestelltes Labyrinth gegen das Eindringen von Fremdstoffen angeordnet ist.

Anhand von Figur 2 werden folgende Details näher erläutert:

Der elektrische Temperaturfühler 3 ist ein Widerstandstemperaturfühler, der gleichfalls in einem Hohlkörper 22 untergebracht ist. Dieser Hohlkörper ist als Messingrohr ausgeführt und von dem bereits beschriebenen ersten Heizwiderstand 5 umgeben, der als wendelförmig gewickelter Widerstands -draht ausgeführt ist. Zwischen dem Hohlkörper 22 und dem Heizwiderstand 5 befinden sich (von innen nach außen gezählt) ein Schrumpfschlauch 23, ein weiteres Messingrohr 24 und ein weiterer Schrumpfschlauch

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25, auf dem der Heizwiderstand 5 aufliegt. Dieser Heizwiderstand 5 ist auf seiner Außenseite von einem äußeren Schrumpfschlauch 26 umgeben, der den Heizwiderstand gegcsn die inneren Teile pseSt. Dadurch wird die bereits beschriebene definierte Wärmebrücke 4 gebildet.

Soweit hier von Schrumpfschläuchen die Rede ist, handelt es ,; sich um solche aus Polytetrafluoräthylen, da^ auch unter

t dem Warenzeichen "Teflon" bekannt ist.

Im oberen Teil von Figur 2 ist der bereits beschriebene

V- Hohlkörper 10 koaxial angeordnet, der aus einem

'.'- zylindrischen Kunststoffrohr aus Polytetraflucräthylen mit

' einer Wandstärke von 1 mm besteht. Dieser Hohlkörper

erstreckt sich über etwa 3/4 der Länge der Tauchhülse 2. Da der Kunststoff des Hohlkörpers 10 ein elektrischer Isolator ist, ist in diesem Fall der Heizwiderstand 9 unmittelbar auf den Hohlkörper 10 gewickelt und wird gegen diesen von einem äußeren Schrumpfschlauch 27 gepreßt. Der als

; Kapillarfühler ausgebildete Temperaturfühler 7 ist in den

■ zylindrischen Hohlraum 6 des Hohlkörpers 10 eingeschoben,

und es ist aus Figur 2 ersichtlich, daß der Heizwiderstand 9 sich mindestens über den Unterbringungsbereich 11 für den Temperaturfühler 7 erstreckt (siehe auch Figur 1).

Die Schrumpfschläuche 26 und 27 können auch durch einen einheitlichen bzw. durchgehenden gemeinsamen Schrumpfschlauch gebildet werden, der natürlich an einer Stelle 28 zwischen den beiden Hohlkörpern 10 und 22

; "einfällt¹* und so gewissermaßen eine rotationssymmetrische

,. Sicke bildet. Dadurch werden die Temperaturfühler 3 und

% aneinander gereiht und in ausreichendem Maße

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zusammengehalten, so daß die komplette, von dem gemeinsamen Schrumpfschlauch umfaßte Baugruppe in die Tauchhülse eingeschoben werden kann.

Auch zwischen dem Heizwiderstand 9 und dem Temperaturfühler 7 wird die bereits beschriebene definierte wärmebrücke 8 gebildet.

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SCHUTZANSPRÜCHE;

1. Tauchfühler für Temperaturmessungen, insbesondere für mit einer Kühlflüssigkeit gefüllte Transformatorenkessel, bestehend aus einer Tauchhülse (2) mit einem geschlossenen (2b) und einem offenen Ende (2a) und aus einem in der Täüöiuiüläe in der Nähe des cjeschlos = senen Endes untergebrachten ersten, elektrischen Temperaturfühler (3), der über eine definierte Wärmebrücke (4) mit einem ersten Heizwiderstand (5) verbunden ist, sowie mit Meß- und Stromleitungen für den Temperaturfühler und den Heizwiderstand, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem ersten Temperaturfühler (3) und dem offenen Ende (2a) der Tauchhülse (2) ein Hohlraum (6) für das Einführen eines weiteren Temperaturfühlers (7) angeordnet ist, und daß dieser Hohlraum über eine gleichfalls definierte Wärmebrücke (8) mit einem weiteren Heizwiderstand (9) verbunden ist.

Tauchfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (6) durch einen Hohlkörper (10) begrenzt ist, der koaxial in der Tauchhülse (2) gehalten ist und in deren offenes Ende (2a) mündet, derart, daß in den Hohlkörper vom Ende der Tauchhülse her ein komplementär geformter Kapillarfühler (7) einschiebbar ist, und daß der Hohlkörper (10) im Unterbringungsbereich (11) des Kapillarfühlers (7) von dem weiteren Heizwiderstand (9) umgeben ist.

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3. Tauchfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, elektrische Temperaturfühler (3) ein Widerstandstemperaturfühler ist, der gleichfalls in einem Hohlkörper (22) untergebracht ist, und daß dieser Hohlkörper von dem ersten Heizwiderstand (5} umgeben ist.

4. Tauchfühler nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens einer der Heizwiderstände (5 bzw. 9) durch einen Schrumpfschlauch (26, 27) auf dem zugehörigen Hohlkörper (22, 10) gehalten ist.

5. Tauchfühler nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Hohlkörper (22, 10) durch einen gemeinsamen Schrumpfschlauch aneinandergereiht zusammengehalten sind.

6. Tauchfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dsS dis Täuchhülsc (2) an ihrssa offenen Ende i2s.) siit einem Quetschbund (12) versehen ist, der zwischen zwei durch eine Gewindeverbindung (13) ineinander einschraubbaren Schraubkörpern (14, 15) einspannbar ist, von denen der eine (14) in gelöstem Zustand auf der Tauchhülse drehbar und verschiebbar und mittels eines weiteren Gewindes (16) in einen Transformatorenkessel einschraubbar ist und von denen der andere (15) mit einem Klemmengehäuse (18) verbunden ist, das mindestens zwei Stopfbuchsverschraubungen (19) aufweist, von denen mindestens eine für die Durchführung der elektrischen Meß- und Stromleitungen ausgerüstet ist und mindestens eine andere für die Durchführung der Fühlerkapillare (20).

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7. Tauchfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß drei Stopfbuchsverschraubungen (19) vorhanden sind, von denen die erste zur Durchführung der Stromleitungen, die zweite zur Durchführung der Meßleitungen und die dritte zur Durchführung der Fühlerkapillare (20) ausgerüstet ist.

8. Tauchfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmengehäuse (18) auf der den Schraubkörpern (14, 15) abgekehrten Seite eine durch einen abnehmbaren Deckel (18b) verschlossene Öffnung (18a) besitzt, durch die bei abgenommenem Deckel der Kapillarfühler (7) in den Hohlkörper (10) einführbar ist.

9. Tauchfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (22) für den Kapillarfühler (7) als zylindrisches Rohr ausgebildet ist.

10. Tüuchfühler nach Anspruch 9. ri«Hii-rch gekennzeichnet, daß das Rohr aus einem Kunststoff besteht.

11. Tauchfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die definierten Wärmebrücken (4, 8) zwischen den Heizwiderständen (5, 9) und den T^rr^raturfühlern (&Ggr; 7) mindestens teilweise durch Schrumpfschläuche (23) gebildet sind.