DE3429544C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine verschraubbare Einsteck­ einheit eines Thermoelementes, insbesondere für Stahl­ schmelzen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Verbrauchbare Einsteckeinheiten für Thermoelemente haben sich in der Schmelzbad-Temperatur-Messung, ins­ besondere für Stahlschmelzen, weltweit durchgesetzt. Bedingt durch den Einmaleinsatz der Eintauchthermo­ elemente steht ein hoher Verbrauch an Edelmetallen, und zwar Platin und Platin-Rhodium. Um die Edelmetalldrähte kurz zu halten, sind Thermotauchfühler im Einsatz, die in der Einsteckeinheit zwischen dem Isolierrohr und dem Kontaktstück einen Ausgleichsdraht, vorzugsweise aus Kupfer, besitzen.

In der US-PS 35 01 957 ist eine Hülsenverbindung zwischen den Thermodrähten und den Ausgleichsdrähten beschrieben, wobei die jeweiligen Drahtenden in die Hülse aus metallischem Werkstoff eingeschoben werden und an­ schließend zur Kontakttrennung eine radiale Zusammen­ pressung der Hülse erfolgt. Da die Drähte sehr ver­ schiedene Durchmesser haben, gewährleistet diese Quetschverbindung nicht immer einen guten Kontakt und darüber hinaus bestehen Isolierungsprobleme für die Hülsen selbst.

Aus der DE-OS 15 73 233 ist eine Einsteckeinheit für ein Tauchthermoelement bekannt, bei dem Ausgleichsdrähte vorgesehen sind, die mit den aus den Schenkeln des Isolierrohres herausragenden Thermopaardrähten ver­ schweißt oder verlötet sind. Bei diesem bekannten Meßkopf ist der untere Teil der Schenkel des Isolier­ rohres, der auf dem Isolierrohr herausragende Teil des Thermodrahtes, der Ausgleichsdraht, die Schweiß- oder Lötstelle der genannten Drähte und ein Teil des Kontakt­ stückes in Zement eingebettet. Zwischen den Drähten und dem Zement ist eine Masse vorgesehen, die die Drähte elektrisch isolieren soll, wobei an keiner Stelle der Zement Kontakt mit den Drähten hat.

Diese Anordnung einer Einsteckeinheit für ein Tauchthermoelement hat den Nachteil, daß beim Verbinden der Thermopaardrähte mit dem Aus­ gleichsdraht Schweiß- bzw. Lötfehler auftreten können, die die Messung verfälschen. Es ist technisch schwierig, Metalle mit solch unter­ schiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften innig zu verbinden, wie hier z. B. Platin bzw. Platin-Rhodium mit Kupfer. Die Schwierigkeiten der Verbindung der Drähte wird noch verstärkt durch die geringe Drahtdicke von üblicherweise bisher bei den Ausgleichs­ drähten von ca. 0,6 mm und bei den Thermopaardrähten von ca. 0,2 mm.

Nachteilig wirkt sich bei den Schmelzverbindungsverfahren der oben­ genannten Drähte auch die Veränderung des Werkstoffgefüges mit nicht erwünschtem Einfluß auf die Meßwertübertragung aus.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Meßkopfes ist die montagemäßig aufwendige Isolierung der Drähte vom Austritt des Drahtes aus dem Schenkel des Isolierrohres bis zum Eintritt in das Kontaktstück. Dabei ist nicht sichergestellt, daß an der Kontaktfläche zwischen der Stirn des Isolierrohres und der dem Isolierrohr zugewandten Seite des Kon­ taktstückes Undichtigkeiten auftreten, die ein Eindringen von Feuch­ tigkeit aus dem Zement in die Isolierhülle ermöglichen. Die Folge wäre eine durch die Bildung von galvanischen Elementen hervorgerufene Meß­ wertverfälschung.

Aus der DE-OS 15 39 299 ist zwar eine Einsteckeinheit für Tauchthermoele­ mente bekannt, die aus einem keramischen zylindrischen Formstück be­ steht, das koaxial zur Papphülse einer Meßlanze einsteckbar ist, und ein Isolierrohr besitzt, das den Temperaturfühler aufnimmt, und auch einen Kontaktträger aufweist, der in eine Kontaktbüchse einsteckbar ist. Bei dieser bekannten Einsteckeinheit werden aber die Thermopaar­ drähte durch einen hülsenförmigen Kontaktträger geführt und, bei dem einen Thermopaardraht etwa in der Mitte, bei dem anderen am Kopf des hülsenförmigen Kontaktträgers, umgebogen und ein Stück, das zur Kontakt­ übergabe ausreichend ist, zurückgeführt. Der hülsenförmige Kontakt­ träger ist in einer Kontaktbüchse einsteckbar. Diese Kontaktbüchse besitzt Kontaktringe, die sich an die jeweiligen Thermopaardrähte an­ legen.

Nachteil dieser Einsteckeinheit ist der hohe Verbrauch an Edelmetall­ draht durch die erforderliche Länge der Thermopaardrähte von der Löt­ stelle des Thermoelementes bis zum Kontaktträger.

Beim Einschieben des Kontaktträgers in die Kontaktbüchse kommt es zu erheblichen Reibungen zwischen den Kontaktringen der Kontaktbüchse und den Thermopaardrähten. In nachteiliger Weise müssen relativ dicke Thermopaardrähte mit ausreichender Reißfestigkeit eingesetzt werden.

Nachteilig an dieser bekannten Einsteckeinheit ist auch der aufwendige Aufbau der Kontaktbüchse, die zur Kontaktübergabe Ringe mit der Länge des Umlegeendes des Thermopaardrahtes aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer verbrauchbaren Einsteckeinheit eines Thermoelementes den Materialverbrauch an Edel­ metall zu minimieren, dabei eine einfache erstellbare, den Grundwerk­ stoff nicht verändernde, jedoch kontaktsichere Verbindung von den das Thermoelement bildenden Thermopaardrähten mit den Ausgleichsdrähten zu schaffen, die den Einsatz von extrem dünnem möglichst kurzem Edel­ metall als Thermopaardraht ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorzugsweise Weiterbildungen der Erfindung er­ geben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Einsteckeinheit eines Tauchthermoelementes besitzen die Thermopaardrähte einen Durchmesser von 0,05 mm und ragen nur kurz an den Schenkeln des Isolierrohres heraus. Das jeweili­ ge Ende eines Thermopaardrahtes wird durch die Innenbohrung in einer Hülse geführt und auf der dem Isolierrohr abgewandten Seite der Hülse umgelegt. Auf diese Weise werden die Edelmetalldrähte kurzgehalten. Bei der erfindungsgemäßen Verbindung werden Edelmetalldrähte einge­ setzt werden können bis zu einer Durchmessergröße von 0,03 mm. Dadurch wird in vorteilhafter Weise der Verbrauch an Platin und Rhodium verringert. Die Rückgewinnung des Edelmetalls ist z. Z. zu aufwendig.

Durch den geringen Durchmesser des Thermopaardrahtes läßt sich dazu noch in vorteilhafter Weise ein kurze Meßzeit zum Erfassen der Tempe­ ratur erreichen. Die Meßzeiten werden um ein bis zwei Sekunden ver­ ringert. Das entspricht etwa einem Drittel der jetzigen Meßzeit. Hier wird der Verschleiß an verschiedenen Teilen der Meßlanze, beispiels­ weise die Papprohre, zu verringert. Da die Eintauchzeit der Teile in der Schmelze kürzer ist. Diese können also dünnwandiger und ent­ sprechend materialsparender ausgelegt werden.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Einsteckeinheit mit der Hülse als Verbindungsstelle des Thermodrahtes und des Ausgleichsdrahtes läßt eine weitgehende Mechanisierung der Montagearbeiten zu. Dabei ist es von erheblichem Vorteil, daß durch die einfach montierbare und leicht zu kontrollierende Verbindungsstelle eine zuverlässige Verbindungs­ stelle zum Übertragen von Meßsignalen entsteht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Einsteckeinheit wird die Hülse von dem Kontaktstück aufgenommen, das wiederum mit der Lanze lösbar verbunden ist. Hülse und Kontaktstück sind aus dem gleichen Material, z. B. temperaturbeständigem PVC, gefertigt. Die Formgebung und die Verbindung von Hülse und Kontaktstück sind so ausgelegt, daß die Drähte keine Berührung mit der in das Formstück eingebrachten ff-Masse besitzen. Dies hat wiederum den Vorteil, daß keine Feuchtigkeit an die Drähte gelangen kann, welche durch Bildung von galvanischen Elementen die Meßwerte negativ beeinflussen.

Die Hülse ist aus gummielastischem Werkstoff, ihr Innendurchmesser ist im Vergleich zum Außendurchmesser des Ausgleichsdrahtes gleich groß oder etwas kleiner.

Bei der Montage wird der Ausgleichsdraht, dessen Spitze keine den gummielastischen Werkstoff verletzende Kante besitzt, in die für die Verbindung vonThermopaardraht und Ausgleichsdraht bestimmte Innenboh­ rung der Hülse über die gesamte Länge der Bohrung eingeführt. Dabei wird der sich ebenfalls in der Innenbohrung befindende Edelmetalldraht einerseits in die Innenfläche der Hülse, andererseits in einem hin­ reichenden Maße in die Außenfläche des Ausgleichsdrahtes gepreßt. Die Rückstellkräfte des gummielastischen Werkstoffs der Hülse sind so aus­ gelegt, daß der Ausgleichsdraht sich bequem in die Innenbohrung ein­ führen läßt. Die Anpreßkräfte sind dabei so stark, daß eine ausrei­ chende körperliche Berührung zwischen Thermopaardraht und Ausgleichs­ draht besteht.

Durch die geringe Länge der Hülse treten während des Einführens des Ausgleichsdrahtes nur kurzzeitig geringe Reibkräfte zwischen Aus­ gleichsdraht und Thermopaardraht auf. Dabei tritt ein Zerreißen des Thermodrahtes nicht auf.

Der Aufbau der Verbindungsstelle ist sehr einfach gehalten und besteht ausschließlich aus der durch die primitive Form kostengünstig her­ stellbaren Hülse, dem Ausgleichsdraht, der bis auf das Brechen der Kanten unbearbeitet ist, und dem Thermodraht, der nach Einlegen in die Hülse nur noch abzuschneiden ist.

Montagebedingt kann es erforderlich sein, das der Schmelze zugewandte Ende des Ausgleichsdrahtes durch eine Quetschvorrichtung zu kuppeln. In diesem Fall wird ein kurzes Stück des Ausgleichsdrahtes, wie oben be­ schrieben, mit dem Thermodraht verbunden. Der aus der Hülse ragende Teil dieses kurzen Stückes ist köcherförmig ausgebildet. In den Köcher läßt sich während der Endmontage der Sonde der übrige Teil des Aus­ gleichsdrahtes einstecken und durch Zusammenquetschen des Köchers kon­ taktsicher verbinden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Einsteckeinheit eines Tauchthermoelementes,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Hülse.

Die Beschreibung der Einsteckeinheit entspricht in ihrer Chronologie der Montagereihenfolge.

Im U-förmig gestalteten Isolierrohr 21 befindet sich die das Thermo­ element bildende Lötstelle 11. Die am Schenkelfuß 22 aus dem Isolier­ rohr 21 herausragenden Thermopaardrähte, der Platindraht 12 und der Platin-Rhodium-Draht 13, werden in die Hülseninnenbohrung 32 der Hülse 31 eingefädelt und an der Stirnfläche 36 umgelegt.

Die Hülse 31 wird auf den jeweiligen Schenkelfuß 22 bis zur Grund­ fläche 33 der Erweiterung aufgeschoben, wobei die Erweiterung 34 das Isolierrohr 21 umfaßt.

In entgegengesetzter Richtung zum Thermopaardraht 12, 13 wird der Aus­ gleichsdraht 14, der aus einem die gleichen thermoelektrischen Eigen­ schaften wie der Thermopaardraht 12, 13 besitzenden Werkstoff ist, in die Hülseninnenbohrung 32 eingeführt. Zur Erleichterung des Drahtein­ führens und zur Vermeidung der Verletzung des Thermodrahtes 12, 13 besitzt der Ausgleichsdraht 14 an seiner Stirn eine gebrochene Kante, vorzugsweise in der Form eines Kegelstumpfes.

Die Hülse 31 ist an ihren Bohrungsmündungen mit einer Phase 35 ver­ sehen, die ebenfalls das Einführen von Elementen in die Bohrungen er­ leichtern soll.

Der Ausgleichsdraht 14 wird in Kanäle des Kontaktstückes 41 eingeführt und die auf das Isolierrohr 21 aufgesteckten Hülsen 31 werden in Aus­ nehmungen 42 des Kontaktstückes 41 gesteckt.

Das Kontaktstück 41 wird dann mit dem Isolierrohr 21 in das Formstück 24 koaxial eingeschoben. Der freibleibende Innenraum 25 des Form­ stücks 24, der also nicht vom Kontaktstück 41, der Hülse 31 und dem Isolierrohr 21 gefüllt ist, wird mit feuerfester Masse gefüllt.

In einer auf der Schmelze zugewandten Seite des Formstückes 24 ange­ ordneten Ausnehmung 26 wird das offene Ende der Kappe 23 gesteckt, die das Isolierrohr 21 schützend umgibt.

Die Einsteckeinheit 20 ist nun einbaufertig und kann in das Papprohr 51 der Meßlanze 50 eingesteckt werden, wobei der Kontaktträger 41 in einer Buchse 52 einrastbar ist.

Claims (9)

1. Verbrauchbare Einsteckeinheit eines Tauchthermo­ elementes, insbesondere für Stahlschmelzen, bestehend aus einem keramischen zylindrischen Formstück, das koaxial zur Papphülse einer Meßlanze einsteckbar ist, einem U-förmig gebogenen, mit seinen Schenkeln am schmelzseitigen Kopf des Formstückes befestigbaren und durch eine Kappe geschützten Isolierrohr aus Quarz, wobei das Isolierrohr die den Temperaturfühler darstellende Lötstelle der Thermopaardrähte aufnimmt, die aus den Schenkeln des Isolierrohres austretend mit Ausgleichsdrähten mittels rohrförmiger Hülsen verbunden sind und einem am Fuß des Formstückes vor­ gesehenen Kontaktträger, der die Ausgleichsdrähte aufnimmt und zur Übertragung der elektrischen Signale in eine Kontaktbüchse einsteckbar ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die rohrförmigen Hülsen (31) aus gummielastischem Werkstoff bestehen und mit den Schenkelfüßen (22) des Isolierrohres (21) verbunden sind, daß in der Hülseninnenbohrung (32) der jeweilige Thermodraht (12, 13) und der Ausgleichsdraht (14) sich berührend achsparallel nebeneinander verlaufen, und daß der Durchmesser der Hülseninnenbohrung (32) höchstens gleich dem Außendurchmesser des Ausgleichs­ drahtes (14) ist.

2. Einsteckeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermopaardraht (12, 13) einen Durchmesser von gleich oder kleiner 0,06 mm besitzt.

3. Einsteckeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsdraht (14) einen Durchmesser von gleich oder kleiner 0,3 mm besitzt.

4. Einsteckeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsdraht (14) an der in die Hülse (31) einsteckbaren Seite eine gebrochene Kante aufweist.

5. Einsteckeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülseninnenbohrung (32) eine stufenförmige Erweiterung (34) besitzt und der Durchmesser der Erweiterung (34) eine Größe aufweist, die gleich oder kleiner als der Außendurchmesser des Isolierrohres (21) ist.

6. Einsteckeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (31) bis zur Grundfläche (33) der Erweiterung (34) auf den jeweiligen Schenkelfuß (22) des Isolierrohres (21) aufstülpbar an­ geordnet ist.

7. Einsteckeinheit nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innendurchmesser (32, 34) an den Mündungen der Hülse (31) eine Phase (35) aufweisen.

8. Einsteckeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hülse ( 31) in eine Ausnehmung (42) auf der der Schmelze zuge­ wandten Seite des Kontaktträgers (41) einsteckbar angeordnet ist.

9. Einsteckeinheit nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der der Schmelze zugewandte Teil des Kontaktträgers (41) in dem Formstück (24) ein­ steckbar angeordnet ist.