Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur kontaktlosen Messung der Tempera tur eines in einem Raum eines Maschinengehäuses angeordneten Maschinenteils, insbesondere der Temperatur eines Rotors eines Elektromotors, mittels einer Fa seroptik mit zumindest einem durch zumindest eine optische Faser gebildeten Lichtleiter, dessen erstes Ende optisch mit dem Raum verbunden ist und dessen zweites Ende mit einem Signalwandler verbunden ist.

Kontaktlose Messungen der Temperatur von Bauteilen mittels Faseroptik werden zumeist mit einem im Bereich eines Sichtfensters angeordneten Sensorkopfes aus geführt, welcher optische Elemente - wie Linsen, Spiegel und/oder Prismen - auf weist. Die optischen Signale werden einem Signalwandler zugeführt, welcher übli cherweise unweit des Sichtfensters angeordnet ist. Dabei ist ein freier Zugang zum Messobjekt erforderlich bzw. es werden Zutrittsbohrungen mit großen Querschnit ten - beispielsweise 10 mm und mehr - benötigt, wofür relativ viel Bauraum in Anspruch genommen wird.

Als Faseroptik wird ein optisches Bauteil mit aus einer oder mehreren Lichtleitfa sern, zum Beispiel Glasfasern aufgebautes Element zur Übertragung von elektro magnetischer Strahlung oder optischen Signalen bezeichnet.

Aus der US 6,364,524 Bl ist ein Hochgeschwindigkeits-Infrarotstrahlungs-Ther- mometer zur Temperaturmessung von Rotoren in Gasturbinen im Hochtempera turbereich bekannt, weicher eine Faseroptik mit Hohlleiterfasern, Linsen und Spie gel aufweist.

Die CN 210 322 013 U offenbart eine Messeinrichtung zur Infrarot-Temperatur messung für den Rotor eines Generators einer Wasserkraftanlage. Ein Schutz fenster und eine Luftblasvorrichtung schützen den Infrarot-Temperatursensor vor Staub, Dampf und Partikel.

Die US 2011/0229307 Al offenbart ein optisches Überwachungssystem für eine Gasturbine, mit einer Sichtrohranordnung und einem Linsengehäuse zur Aufnahme von optischen Linsen und einer Spülkanalanordnung, um einen Endbereich der Sichtrohranordnung mit Spülluft zu beaufschlagen.

Die US 4,306,835 A beschreibt eine Spüllufteinheit für einen optischen Pyrometer für einen Gasturbinenmotor. Der optische Pyrometer weist eine Faseroptik und einen optischen Sichtbereich mit optischen Linsen auf, welche über einzelne Spülluftkanäle mit Spülluft beaufschlagt werden, um Verschmutzungen zu vermei den.

Weitere optische Pyrometer mit Spülluftsysteme zum Reinigen von optischen Lin sen sind aus der US 4,786,188 A und der US 4,934,137 A bekannt.

Die bekannten Messanordnungen haben allesamt den Nachteil, dass relativ viel Bauraum benötigt wird, was die Anwendbarkeit stark einschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kontaktlose Temperaturmessung mit geringem Platzbedarf zu ermöglichen.

Ausgehend von einer Messanordnung der eingangs genannten Art wird diese Auf gabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Faseroptik ganz ohne zusätzliche Licht umlenkende und/oder Licht brechende optische Elemente - insbesondere aus der Gruppe Linse, Spiegel, Prisma - ausgeführt ist, wobei das erste Ende des Lichtleiters direkt in den Raum einmündet.

Die Stirnfläche des Lichtleiters mündet somit direkt - also ohne zwischen dem Lichtleiter und dem Raum angeordnete zusätzliche optische Elemente wie Linsen, Spiegel, Prismen oder dergleichen - in den Raum ein, grenzt also direkt an den zu messenden Raum des Maschinengehäuses.

Da keine relativ viel Platz in Anspruch nehmenden, optischen Elemente verbaut werden müssen, ist nur minimaler Bauraum für die Durchführung der Messung erforderlich. Daher eignet sich die Messanordnung vor allem bei Anwendungen mit beengten Platzverhältnissen, beispielsweise zur Messung der Rotortemperatur von elektrischen Maschinen. Prinzipiell ist die erfindungsgemäße Messanordnung aber auch auf andere Maschinen anwendbar.

In einer einfachen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die zu mindest eine optische Faser des Lichtleiters als Vollquerschnittfaser ausgebildet ist. Vollquerschnittsfasern erlauben eine einfache Anbindung an den Signalwand ler. Alternativ dazu kann die optische Faser auch als Hohlleiterfaser ausgebildet sein. Hohlleiterfasern haben den Vorteil einer geringeren Dämpfung des Lichtes.

Günstigerweise weist der Lichtleiter, insbesondere im Bereich des ersten Endes, einen Durchmesser von maximal 1,5 mm± 1 mm auf. Somit ist nur minimaler Bauraum für die Anordnung und Führung des Lichtleiters erforderlich, wobei vor teilhafterweise der Lichtleiter zumindest teilweise in einem Kanal des Maschinen gehäuses angeordnet ist. Da der Lichtleiter durch eine oder mehrere biegsame optische Faser(n) gebildet ist, kann der Kanal - gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung - zumindest abschnittsweise einen gekrümmten Verlauf aufweisen. Somit ist es einfach möglich, den Lichtleiter um - einen geraden Verlauf behin dernde Teile der Maschine herumzuführen. Der gekrümmte Verlauf im Maschinen gehäuse kann beispielsweise durch ein additives Herstellungsverfahren realisiert werden. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der Signalwandler räum lich distanziert zu dem ersten Ende des Lichtleiters - vorzugsweise außerhalb des Maschinengehäuses -angeordnet ist. Somit ist im Bereich des ersten Endes des Lichtleiters - dem eigentlichen Messbereich - nur geringer Bauraum für die Mess anordnung erforderlich

Zum Schutz des Lichtleiters ist in einer Ausführungsvariante der Erfindung vorge sehen, dass der Lichtleiter einen - vorzugsweise durch eine Stahlkapillare gebilde ten - Außenmantel aufweist.

Um die Messzuverlässigkeit zu erhöhen ist es vorteilhaft, wenn der Lichtleiter zu mindest teilweise von einem Spülrohr umgeben ist, welches von einem Einspeise teil ausgeht und im Bereich des ersten Endes des Lichtleiters in den Raum mündet, wobei zwischen dem Außenmantel des Lichtleiter und der Innenmantelfläche des Spülrohres ein definierter - vorzugsweise ringförmiger - Spülkanal ausgebildet ist. Um Ablagerungen von der dem Maschinenteil zugewandten Stirnseite des Lichtlei ters abzuhalten ist vorzugsweise das Spülrohr im Bereich seiner ersten Stirnseite mit einem definierten Überstand in Bezug auf das erste Ende des Lichtleiters aus gebildet, dessen Länge vorzugsweise 1 mm ±1 mm beträgt.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Spülka nal stromaufwärts des ersten Endes des Lichtleiters eine von der ersten Stirnseite des Spülrohres beabstandete Querschnittsverminderung aufweist, wobei vorzugs weise ein definierter Abstand zwischen der Querschnittsverminderung und der Mündung des Lichtleiters zwischen dem Sechsfachen und dem Zehnfachen des Durchmessers des Lichtleiters beträgt. Die vorzugsweise durch einen Quetschbe reich des Spülrohres gebildete Querschnittsverminderung bewirkt eine Beschleu nigung des Spülluftstromes vor dem Austritt aus dem Spülkanal, wodurch Ver schmutzungen im Bereich der Mündung und der dem Maschinenteil zugewandten Stirnseite des Lichtleiters wirksam vermieden werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Fig. näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Messanordnung in einem Längsschnitt ge mäß der Linie I - I in Fig. 2;

Fig. 2 die Messanordnung in einer Draufsicht und

Fig. 3 das Detail III aus Fig. 1; Fig. 4 eine Anwendung der Messanordnung;

Fig. 5 mögliche Applikationen der Messanordnung bei einer elektrischen Maschine;

Fig. 6 eine weitere Anwendung der Messanordnung; und

Fig. 7 ein Beispiel für einen mit der Messanordnung ermittelten Tempera tu rverlauf.

Die Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen eine erfindungsgemäße Messanordnung 1 zur kontakt losen Messung einer Temperatur eines in einem Raum 2 eines Maschinengehäuses 3 angeordneten Maschinenteiles, beispielsweise der Temperatur eines Rotors 4 einer elektrischen Maschine 5 (siehe Fig. 4). Die Messanordnung 1 weist eine Fa seroptik 6 mit zumindest einem durch zumindest eine optische Faser gebildeten Lichtleiter 7 auf. Der Lichtleiter 7 weist ein erstes Ende 7a und ein zweites Ende 7b auf. Das erste Ende 7a ist ausgebildet, um optisch mit dem Raum 2 verbunden zu werden und auf den zu messenden Maschinenteil gerichtet zu werden. Das zweite Ende 7b des Lichtleiters 7 ist ausgebildet, um an einen Signalwandler 8 angeschlossen zu werden, welcher insbesondere beispielsweise Infrarot-Signale in elektrische Signale umwandelt.

Der Lichtleiter 7 kann als Vollquerschnittsfaser, aber auch als Hohlfaser ausgebil det sein. Der Durchmesser d des Lichtleiters 7 ist sehr gering, beispielsweise 1,5 mm ± 1 mm. Der Lichtleiter 7 kann somit auch bei engsten Raumverhältnissen eingesetzt werden.

Der innerhalb eines beispielsweise durch eine Stahlkapillare gebildeten Mantels 70 geführte Lichtleiter 7 ist zumindest teilweise von einem Spülrohr 9 umgeben, des sen Durchmesser mit D bezeichnet ist. Der Durchmesser D des Spülrohres 9 be trägt beispielsweise 150% bis 200% des Durchmessers d des Lichtleiters 7. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser D des Spülrohres 9 etwa 2,6 mm ±1 mm. Das Spülrohr 9 weist eine dem Raum 2 bzw. dem ersten Ende 7a des Lichtleiters 7 zugewandte erste Stirnseite 9a und eine dem Raum 2 bzw. dem ersten Ende 7a des Lichtleiters 7 abgewandte zweite Stirnseite 9b auf. Das Spülrohr 9 geht im Bereich seiner zweiten Stirnseite 9b von einem Einspeise teil 15 aus und mündet mit seiner ersten Stirnseite 9a im Bereich des ersten Endes 7a des Lichtleiters 7 in den Raum 2 ein. Der Einspeiseteil 15 weist einen Anschluss 16 für eine Spülluftleitung 17 auf, über welche durch eine Luftpumpel9 kompri mierte Luft dem Spülkanal 10 zugeführt wird (siehe Fig. 4). Zwischen dem Außen mantel 7c des Lichtleiter7 und der Innenmantelfläche 9c des Spülrohres 9 ist ein definierter - beispielsweise ringförmiger - Spülkanal 10 ausgebildet. Das Spülrohr 9 weist im Bereich seiner ersten Stirnseite 9a einen definierten Überstand 11 in Bezug auf das erste Ende 7a des Lichtleiters 7 auf, dessen in Längsrichtung des Lichtleiters 7 gemessene Länge a beispielsweise 1 mm ±1 mm beträgt. Der Spül kanal 10 weist stromaufwärts des ersten Endes des Lichtleiters 7 eine von der ersten Stirnseite 9a beabstandete Querschnittsverminderung 12 auf. Die Quer schnittsverminderung 12 kann beispielsweise durch einen beispielsweise 4 mm ±2mm langen Quetschbereich 18 des Spülrohres 9 gebildet sein. Ein aus Fig. 3 ersichtlicher definierter Abstand b zwischen der Querschnittsverminderung 12 und der ersten Stirnseite 9a des Spülrohres 9 beträgt zwischen dem Sechsfachen und dem Zehnfachen des Durchmessers d des Lichtleiters 7, beispielsweise 10 mm.

Die Faseroptik 6 ist ohne zusätzliche Licht umlenkende und/oder Licht brechende optische Elemente - insbesondere aus der Gruppe Linse, Spiegel, Prisma - ausge führt, wobei das erste Ende 7a des Lichtleiters 7 direkt in den Raum 2 einmündet, in welchem der Maschinenteil angeordnet ist, dessen Temperatur gemessen wer den soll.

Fig. 4 zeigt ein konkretes Anwendungsbeispiel der Messanordnung 1 zur Messung der Temperatur eines Rotors 4 einer elektrischen Maschine 5. Mit Bezugszeichen

13 ist der Stator der elektrischen Maschine 5 bezeichnet. Der Rotor 4 ist drehbar im Maschinengehäuse 3 gelagert. Der Lichtleiter samt Spülrohr 9 ist in einem Kanal

14 des Maschinengehäuses 3 angeordnet, welcher gradlinig oder auch gekrümmt ausgebildet sein kann. Durch eine gekrümmte Führung des Kanals 14 ist es mög lich Hindernissen im Maschinengehäuse 3 auszuweichen, wodurch ein flexibler Ein satz möglich wird.

Der Signalwandler 8 ist räumlich distanziert zu dem ersten Ende 7a des Lichtleiters 7 beispielsweise außerhalb des Maschinengehäuses 3 angeordnet.

Fig. 5 zeigt mögliche weitere axiale oder radiale Einbauvarianten der erfindungs gemäßen Messanordnungen 1 bei einer elektrischen Maschine 5.

Fig. 6 zeigt eine elektrische Maschine 5 im Schnitt mit einer radial applizierten Messanordnung 1

Fig. 7 zeigt einen mit der erfindungsgemäßen Messanordnung 1 aus der thermi schen Strahlung ermittelten Messsignalverlauf IR und einen daraus ermittelten Temperaturverlauf TIR, sowie eine Vergleichstemperatur T _Re f für eine Phase PI ohne Spüllufteinblasung und eine Phase P2 mit Spüllufteinblasung. Zur Demon stration der Wirkung des Spülrohres 9 wurde zyklisch ein Ölnebel nahe dem ersten Ende 7a des Lichtleiters 5 eingeblasen, wobei die Einblasungen mit ON in der Trig gerkurve TR bezeichnet sind. Deutlich ist zu erkennen, dass es in der Phase PI ohne Spülluft unmittelbar nach der Ölnebeleinblasung zu einem Abfall des Mess- Signalverlaufes IR und der ermittelten Temperatur TIR durch Absorption der ther mischen Strahlung durch Verunreinigungen kommt. In der Phase P2 mit Spülluft dagegen werden die Verunreinigungen unmittelbar nach deren Auftreten wieder vom ersten Ende 7a des Lichtleiters 7 entfernt, wodurch der Messignalverlauf IR und die daraus ermittelte Temperatur TIR durch die Verunreinigungen nicht beein flusst werden.