DE4014361C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor für Misch- und Knetmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Der exakten Ermittlung der Produkttemperatur in Misch- und Knetmaschinen kommt durch die fortschreitende Automatisierung und durch die Verarbeitung von temperaturempfindlichen Produkten eine immer größere Bedeutung zu.

Die zur Zeit in der Praxis in Misch- und Knetmaschinen eingesetzten Temperatursensoren weisen einen Meßfehler von 10 bis über 20% auf und bestehen aus einer Vielzahl von Einzelteilen. Aufgrund der rauhen Betriebsbedingungen und der hohen mechanischen Beanspruchung im Misch- und Knetbehälter müssen die Temperatursensoren nebst der in das Mischgut eintauchende Meßspitze sehr stabil ausgebildet sein. Es werden dabei Temperatursensoren mit oder ohne gegenüber dem Sensorgehäuse isolierter Meßspitze eingesetzt.

Bei nicht isolierter Meßspitze tritt eine hohe Wärmeableitung von der Meßspitze zum Gehäuse auf und dadurch entsteht ein relativ großer Meßfehler.

Bei der isoliert ausgeführten Meßspitze sind viele Einzelteile erforderlich. Die Meßspitze weist nur eine geringe Eintauchtiefe auf, da sie aufgrund der zwischen Meßspitze und Sensorgehäuse erforderlichen Isolation nur sehr klein gegenüber dem Sensorgehäuse ausgeführt werden kann. Die geringe Eintauchtiefe und somit geringe benetzte Oberfläche der Meßspitze bewirkt Meßfehler.

Ein mit isolierter Meßspitze ausgerüsteter Temperatursensor für Gummikneter ist in dem DE-GM 19 35 219 beschrieben. Die Meßspitze (Meßwertaufnehmer) ist dabei mit einem oder mehreren einen geringen Wärmeleitwert aufweisenden Elemente(n) und von zwei Aufnahmehülsen umgeben. Ferner sind noch elastische Dichtringe, ein Druckkörper und ein Aufnahmeschaft für die Komplettierung des Temperatursensors erforderlich. Neben der großen Anzahl von Einzelteilen, die einen großen Aufwand bei der Herstellung und Montage erfordern, ist bei solchen Temperatursensoren zumeist die erforderliche Druckdichtheit nicht bzw. nicht auf Dauer gegeben.

Aus der US-PS 37 38 173 ist ferner ein mit einem Temperatursensor ausgerüstetes Fieberthermometer bekannt, bei dem das Thermoelement von einem konischen Außenteil fest umschlossen ist. Beim Einsatz des Thermometers wird eine leicht austauschbare Schutzhülse aufgesteckt. Dieses Thermometer ist mechanisch nicht beanspruchbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Temperatursensor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der einen Meßfehler unter 5% aufweist, mechanisch stabil und druckdicht ausgebildet ist und nur aus wenigen Einzelteilen besteht.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Meßspitze ist eine hohe mechanische Steifigkeit bei gleichzeitiger Absenkung der thermischen Masse erreicht. Dadurch wird eine dynamische Verbesserung des Ansprechverhaltens bei gleichzeitiger Verbesserung der Anzeigegenauigkeit erzielt. Die thermische Entkoppelung zwischen Meßspitze und Gehäusewand bei gleichzeitiger absoluter Druckdichtheit ist durch die aufgespritzte Isolierschicht gewährleistet.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung nach den Merkmalen des Anspruches 2, ist eine vorteilhafte Kombination der Werkstoffe gegeben, da Zirkonoxid einen niedrigen Wärmeleitwert besitzt, korrosionsbeständig ist und einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der nahe bei Stahl liegt.

Eine weitere Stabilisierung der Meßspitze bei gleichzeitiger Verringerung der Wärmeableitung wird durch das Merkmal des Anspruches 3 erzielt.

Die Ausbildung nach Anspruch 4 ermöglicht eine gute Aufnahme und Übertragung der jeweiligen Produkttemperatur.

Spezielle zweckmäßige Ausgestaltungen zur Erhöhung der Betriebsstandzeit der Meßspitze sind im Anspruch 5 enthalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben.

Die Zeichnung zeigt eine Schnittdarstellung des Temperatursensors im eingebauten Zustand. Dabei ist nur ein Teilbereich von einer Gehäusewand 5 eines nicht näher dargestellten Gummikneters gezeigt. Der Temperatursensor besteht aus einer mit einem Außengewinde 7 versehenen Befestigungshülse 8. In der Befestigungshülse 8 ist eine Meßspitze 10 durch Lot- oder Gewindeverbindung eingesetzt.

Die Befestigung des Temperatursensors am Maschinengehäuse erfolgt mittels geeigneter Verbindungsmittel an einer um eine Öffnung 9 angeordneten Aufnahme 11. Die Eintauchtiefe der Meßspitze 10 in das nicht näher dargestellte Produktgut ist über einen Einstellring 6 und dem Außengewinde 7 problemlos variabel.

Zwecks massearmer Ausgestaltung besteht die Meßspitze 10 aus einem dünnwandigen Rohr 1 aus hochfestem schlecht wärmeleitenden Material. Zur Erzielung einer großen Steifigkeit und guter Benetzbarkeit besitzt das Rohr 1 einen relativ großen Durchmesser. Dieser Durchmesser entspricht etwa dem Bohrungsdurchmesser der Einbaubohrung 12 im Gehäuse 5, so daß die Wandung des ohne besondere Einbauten hohlförmig ausgebildeten Rohres 1 der Meßspitze 10 mit der Isolierschicht 2 die Einbaubohrung 12 zu 100% ausfüllt.

An der konisch zulaufenden Spitze des Rohres 1 ist zur Aufnahme eines Thermoelementes 4 ein gut wärmeleitendes Material 3 aufgebracht. Als Material 3 kann z. B. ein Kupferelement oder ein anderes gut wärmeleitendes Material, welches vorzugsweise im Vakuum aufgebracht wird, verwendet werden.

Zur thermischen Entkoppelung gegenüber der Gehäusewand 5 ist das Rohr 1 mit einer Isolierschicht 2 aus Keramik beschichtet. Diese kann vorzugsweise, wenn das Rohr 1 aus hochfestem Einsatzstahl besteht, aus einer im Plasma aufgespritzten Zirkonoxidschicht bestehen. Zur Erhöhung der Betriebsstandzeit der Meßspitze 10 ist die gesamte Oberfläche des Rohres 1, die mit dem zu messenden Produkt in Berührung kommt und damit einer hohen Belastung ausgesetzt ist, mit einem hochverschleißfesten Material (z. B. Wolframcarbid) beschichtet. Als Verschleißschutzschicht können natürlich auch keramische Schutzschichten, die mittels moderner Vakuumtechnik aufgebracht werden, Verwendung finden.

Eine weitere Optimierung der Meßwerte läßt sich durch den Einsatz einer Titanlegierung erreichen. Eine aus Titanlegierung gefertigte Meßspitze 10 weist einen um den Faktor 4 niedrigeren Wärmeleitwert gegenüber Stahl auf.

Der Temperatursensor gemäß der Erfindung ist fertigungstechnisch sehr einfach (wenige Einzelteile) herzustellen. Das im Plasma aufgespritzte Keramik, Kupfer und Verschleißschutzmaterial stellt eine innige und spielfreie Verbindung mit dem Grundmaterial (Rohr 1) her, das bisher in dieser Form noch nicht eingesetzt wurde. Ein weiterer Vorteil der spielfreien Konstruktion ergibt sich für den Temperatursensor durch die dadurch erheblich verbesserte Druckdichtheit.

Claims (5)

1. Temperatursensor für Misch- und Knetmaschinen, insbesondere für Gummikneter, der an einer Gehäusewand eine dort vorgesehene Einbaubohrung durchgreifend und druckdicht mit der Meßspitze in das Misch- und/oder Knetgut ragend angeordnet ist, wobei in der Meßspitze ein Thermoelement für die Temperaturerfassung und Übertragung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspitze (10) aus einem dünnwandigen zylindrischen Rohr (1) mit relativ großem, die Einbaubohrung (12) ausfüllenden Durchmesser aus hochfestem schlecht wärmeleitendem Material besteht, an dessen konisch zulaufender Spitze ein gut wärmeleitendes Material (3) für die Aufnahme des Thermoelememtes (4) aufgebracht ist, wobei das Thermoelement (4) im Hohlraum des Rohres (1) frei geführt ist und der Außendurchmesser des Rohres (1) wenigstens im Bereich der Gehäusewanddurchführung mit einer Isolierschicht (2) aus Keramik beschichtet ist.

2. Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) aus hochfestem Einsatzstahl und die Isolierschicht (2) aus einer im Plasma aufgespritzten Zirkonoxidschicht besteht.

3. Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) aus einer Titanlegierung besteht.

4. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als gut wärmeleitendes Material (3) ein Kupferelement angeordnet ist, welches vorzugsweise durch Plasmabeschichtung aufgebracht ist.

5. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Oberfläche der Meßspitze (10), die mit dem zu messenden Produkt in Berührung kommt, mit hochverschleißfestem Material beschichtet ist.