DE3429544A1

DE3429544A1 - Einsteckeinheit eines tauchthermoelementes

Info

Publication number: DE3429544A1
Application number: DE19843429544
Authority: DE
Inventors: Gustav 5870 Hemer Kolb
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1984-08-08
Filing date: 1984-08-08
Publication date: 1986-02-13
Also published as: GB2163599B; FR2569005B1; DE3429544C2; JPS6147530A; GB2163599A; SE452801B; FR2569005A1; JPH0380250B2; BE902993A; GB8519992D0; SE8503674L; SE8503674D0

Description

Die Erfindung betrifft eine verbrauchbare Einsteckeinheit eines Tauchthermoelementes, insbesondere für Stahlschmelzen, bestehend aus einem keramischen zylindrischen Formstück, das koaxial zur Papphülse einer Meßlanze einsteckbar ist, einem U-fömrig gebogenen, mit seinen Schenkein am schmelzseitigen Kopf des Formstuckes 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 verbunden sind und einem am Fuß des Formstückes vorgesehenen Kontaktträger, der die Ausgleichsdrähte aufnimmt und zur Übertragung der elektrischen Signale in eine Kontaktbüchse einsteckbar 1st.

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

Aus 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 verschweißt oder verlötet sind. Bei diesem bekannten Meßkopf ist der untere Teil der Schenkel des Isolierrohres, der aus dem Isolierrohr herausragende Teil des Thermopaardrahtes, 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.

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Diese Anordnung einer Einsteckeinheit für ein Tauchthermoelement hat den Nachteil, daß beim Verbinden der Thermopaardrähte mit dem Ausgleichsdraht Schweiß- bzw. Lötfehler auftreten können, die die Messung verfälschen. Es ist technisch schwierig, Metalle mit solch unterschiedlichen 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 Ausgleichsdrähten von ca. 0,6 mm und bei den Thermopaardrähten von ca. 0,2 mm. 10

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 Kontaktstückes Undichtigkeiten auftreten, die ein Eindringen von Feuchtigkeit aus dem Zement in die Isolierhülle ermöglichen. Die Folge wäre eine durch die Bildung von galvanischen Elementen hervorgerufene Meßwertverfälschung.

Aus DE-OS 15 39 299 ist zwar eine Einsteckeinheit für Tauchthermoelemente bekannt, die aus einem keramischen zylindrischen Formstück besteht, 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 Thermopäardrähte durch einen hül senförmigen Kontaktträger geführt und, bei dem einen Thermopaardraht etwa in der Mitte, bei dem anderen am Kopf des hülsenförmigen Kontaktträger, umgebogen und ein Stück, das zur Kontakt-

übergabe ausreichend ist, zurückgeführt. Der hülsenförmige Kontaktträger ist in einer Kontaktbüchse einsteckbar. Diese Kontaktbuchse besitzt Kontaktringe, die sich an die jeweiligen Thermopaardrähte anlegen.
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Nachteil dieser Einsteckeinheit ist der hohe Verbrauch an Edelmetalldraht durch die erforderliche Länge der Thermopaardrähte von der Lötstelle des Thermoelementes bis zum Kontaktträger.

Beim Einschieben des Kontaktträgers in die Kontaktbuchse 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.

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

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorzugsweise Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei der erfindungsgemäßen Einsteckeinheit eines Tauchthemioelementes besitzen die Thermopaardrähte einen Durchmesser von 0,05 mm und ragen nur kurz an den Schenkeln des Isolierrohres heraus. Das jeweili-

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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 Edelmetall drähte kurzgehalten. Bei der erfindungsgemäßen Verbindung werden Edelmetall drähte eingesetzt werden können bis zu einer Durchmessergröße ^⁰" 0,GSm. Dadurch wild 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 eine kurze Meßzeit zum Erfassen der Temperatur erreichen. Die Meßzeiten werden um ein bis zwei Sekunden verringert. Das entspricht etwa einem Drittel der jetzigen Meßzeit. Hier wird der Verschleiß an verschiedenen Teilen der Meßlanze, beispielsweise die Papprohre, zu verringert. Da die Eintauchzeit der Teile in der Schmelze kurzer ist. Diese können also dünnwandiger und entsprechend materialsparender ausgelegt werden.

Qer 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 Verbindungsstelle 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. ß. temperaturbeständigen 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 von Thermopaardraht und Ausgleichsdraht bestimmte Innenbohrung der Hülse über die gesamte Länge der Bohrung eingeführt. Dabei wird der sich ebenfalls in der Innenbohrung befindende Edelmetall draht einerseits in die Innenfläche der Hülse, andererseits in einem hinreichenden Maße in die Außenfläche des Ausgleichsdrahtes gepreßt. Die Rückstellkräfte des gummielastischen Werkstoffs der Hülse sind so ausgelegt, daß der Ausgleichsdraht sich bequem in die Innenbohrung einführen läßt. Die Anpreßkräfte sind dabei so stark, daß eine ausreichende körperliche Berührung zwischen Thermopaardraht und Ausgleichsdraht besteht.

Durch die geringe Länge der Hülse treten während des Einführens des Ausgleichsdrahtes nur kurzzeitig geringe Reibkräfte zwischen Ausgleichsdraht 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 herstellbaren 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, daß der Schmelze zugewandte Ende des Ausgleichdrahtes durch eine Quetschvorrichtung zu kuppeln. In diesem Fall wird ein kurzes Stück des Ausgleichdrahtes, wie oben beschrieben, mit dem Thermodraht verbunden. Der aus der Hülse ragenge Teil dieses kurzen Stückes ist köcherförmig ausgebildet. In den Köcher

läßt sich während der Endmontage der Sonde der übrige Teil des Ausgleichdrahtes einstecken und durch Zusammenquetschen des Köchers kontaktsicher verbinden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Einsteckeinheit eines Tauchthennoel ententes,
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 Thermoelement bildende Lötstelle 11. Die am Schenkelfuß 22 aus dem Isolierrohr 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 Grundfläche 33 der Erweiterung aufgeschoben, wobei die Erweiterung 34 das Isolierrohr 21 umfaßt.

In entgegengesetzter Richtung zum Thermopaardraht 12, 13 wird der Ausgleichsdraht 14, der aus einem die gleichen thermoelektrisehen Eigenschaften wie der Thermopaardraht 12, 13 besitzenden Werkstoff ist, in die Hülseninnenbohrung 32 eingeführt. Zur Erleichterung des Drahteinführens und zur Vermeidung der Verletzung des Thermodrahtes 12, 13 besitzt der Ausgleichsdraht 14 an seiner Stirn eine gebrochene Kante, vorzugsweise in der Form eines Kegel stumpfes.

Die Hülse 31 ist an ihren Bohrungsmündungen mit einer Phase 35 versehen, die ebenfalls das Einführen von Elementen in die Bohrungen erleichtern soll.

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Oer Ausgieichsdraht 14 wird in Kanäle des Kontaktstückes 41 eingeführt und die auf das Isolierrohr 21 aufgesteckten Hülsen 31 werden in Ausnehmungen 42 des Kontaktstückes 41 gesteckt.

δ Das Kontaktstück 41 wird dann mit dem Isolierrohr 21 in das Formstück 24 koaxial eingeschoben. Der frei bleibende Innenraum 25 des Formstücks 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 angeordneten 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.

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Bezugszeichenl isfe

10 Thermoelement

11 Lötstelle

12 Pt-Draht

13 Pt-Rd-Draht

14 Ausgleiehsöraht

20	Einsteckelnheit
21	Isolierroh!*
22	Schenkelfuß
23	Schutzkappe
24	Formstück
25	Innenraum
26	ringförmige Vertiefung
30	Kunststoffträger
31	HUl se
32	Hülseninnenhohrung
33	Grundfläche der Erweiterung
34	stu fenförmi <je Erwei lamm)
35	Phase
36	Sti rnfläche

40 Kontaktträger

41 Kontaktstück

42 Ausnehmung

50 Meßlanze

51 Papp^ohr

52 Buchse

Claims

F' i η s t e c l< e i π h e i t. eines lauchthermoeiementes

Patentansprüche

M, Verbrauchbare Einsteckeinheit eines Tauchthermoelementes, 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 Ausg Ir i rhs draht en verbunden sind und einem a/n Fuß des Formstück es vorgesehenen Kontaktträger, der "ie Aijsyie i, chs drähte aufnimmt und zur Übertragung der elektrischen Signale in eine Kontaktbuchse eiηsteckbar ist, dadurchgekennzeichnet,

daß in der Nahe jedes Schenkelfußes (22) des Jso 1 ierrohres [21) eine rohrförmige Hülse (31) vorgesehen ist, die aus qummielastischem Werkstoff besteht, daß in der Hülseninneηbohrung (32) der jeweilige Thermopaardraht (12, 13) und der Ausgleichsdraht (14) achsparallel angeordnet sind, und daß der Durchmesser der Hü]seninnenbohrung (32) und des Ausgleichsdrahtes (14) eine Größe besitzen, bei der durch die Rucks te llkrä.f te der plastischen Hülsen (31) der Thermopaardraht (12, 13) cm den Ausgleichsdraht (14) Kontakt gebend gepreßt sind.

TELEFAX- TELSTEX: TELRGRAMM TELEFON. BANKKOM!O: POSlSCHfrCT.KO! 030/891 78 SO TELEX: INVENTION 030/89160 3? BERLINER BANKAG. P MEiSSNEFI, SLN 30 80 52 BERLIN 030/8J1 30 26 . BERLIN 31 4004/37-103
2. Einsteckeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Thermopaardraht (12, 13} einen Durchmesser von gleich oder kleiner 0,06 mm besitzt. 5
3. Einsteckeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Ausgleichsdraht (14) einen Durchmesser von gleich oder kleiner 0,3 mn besitzt« 10
4. Einsteckeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Ausgleichsdraht (14) an der in die Hülse (31) einsteckbaren Seite eine gebrochene Kante aufweist. 15
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 Schenkel fuß (22) des Isolierrohres (21) aufstülpbar angeordnet ist.
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7. Einsteckeinheit nach den Ansprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die Innendurchmesser (32, 34) an den Mündungen der Hülse (3J) eine Phase (35) aufweisen. 35
8. Einsteckeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

daß jede Hülse (31) in eine Ausnehmung (42) auf der der Schmelze zugewandten Seite des Kontaktträgers (40) einsteckbar angeordnet ist. 5
9. Einsteckeinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der der Schmelze zugewandte Teil des Kontaktträgers (40) in dem Formstück (24) einsteckbar angeordnet ist.