DE4420712C2 - Vorrichtung zum Erfassen eines Pegels von flüssigem Metall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen eines Pegels von flüssigem Metall in einem Flüssigme­ tall-Gefäß, insbesondere in einem Dosierofen.

Für das Dosieren von flüssigem Metall aus einem Dosier­ ofen muß die in dem Dosierrohr ansteigende Metallsäule in ihrer Höhe erfaßt werden, da abhängig von dieser Erfassung die Dosiermenge berechnet wird.

Es ist eine Sensoranordnung für Dosieröfen bekannt, bei der der Sensor aus einer senkrecht oder fast senkrecht zur Metalloberfläche stehenden Metallnadel besteht, die bei Kontaktierung mit der Flüssigmetall-Oberfläche durch ein automatisiertes mechanisches System nach oben geschwenkt wird, damit sie durch die weiter ansteigende Metallsäule nicht umspült wird und somit keine Fäden oder ähnliche Ablagerungen gezogen werden. Ein solcher Faden führt nämlich bei der zu frühen Kontaktierung einer ansteigenden Metallsäule, beispielsweise einer Aluminiumsäule, zu einer Fehlbestimmung des Ofeninnen­ drucks zum Zeitpunkt des Kontaktes, wodurch Dosierfeh­ ler bewirkt werden. Diese bekannte Anordnung weist ei­ nige schwerwiegende Nachteile auf. Das mechanische Schwenksystem für die Bewegung der Elektrode ist sehr aufwendig und teuer und ist aufgrund der Anbringung im Strahlungsbereich des dosierten Flüssigmetalls einer Wärmestrahlung ausgesetzt, die zu schnellem Verschleiß der Lager und des Antriebes führt. Metallspritzer und Nebel, bestehend aus Sprüh- und Schmiermitteln, bewir­ ken eine erhöhte Wartungsfrequenz der Abtastelektroden­ einheit. Darüber hinaus muß die Metallelektrode selbst häufig auch geschliffen und mit Schlichte versehen wer­ den. Zusätzlich stört die Abtastelektroden-Konstruktion beim Reinigen des Dosierrohres und auch beim Dosier­ rohrwechsel. In der Praxis wird die Elektrodeneinheit nicht zurückgeschwenkt, und als Folge davon wird bei der Reinigung die Elektrode häufig verbogen, so daß eine reproduzierbare Kontaktierung dann nicht mehr ge­ geben ist.

Die DE 31 16 688 C2 offenbart eine Vorrichtung zum Er­ fassen eines Pegels von flüssigem Metall in einem Flüs­ sigmetallgefäß, die einen Sensor aus elektrisch halb­ leitendem Material aufweist, der bei Kontakt mit dem flüssigen Metall ein Signal abgibt. Der Sensor ist, eine Kontaktfläche bildend, in eine elektrisch schlecht leitende Bewandung des Gefäßes eingesetzt. Der Sensor ist dabei so aufgebaut, daß elektrisch leitende Elemen­ te in einem halbleitenden Stein eingebettet sind. Kommt nun das flüssige Metall mit dem Stein in Kontakt, so erhöht sich die Temperatur und damit die Leitfähigkeit des Steins. Hierdurch ändert sich auch der Widerstand zwischen zwei leitenden Elementen, die ohne Kontakt zur metallischen Flüssigkeit über den Stein miteinander verbunden sind. Der Pegel wird folglich indirekt über eine Temperaturerhöhung des von dem Metallspiegel er­ reichten Steins bestimmt. Eine derartige indirekte Be­ stimmungsmethode unterliegt jedoch im Gegensatz zur direkten Bestimmung der Gefahr des Eintrags zusätzli­ cher Fehlerquellen.

Die DE-AS 11 66 497 offenbart eine Vorrichtung zur selbst­ tätigen Füllung eines Behälters mit einer vorwählbaren Flüssigkeitsmenge, insbesondere für Vorratsbehälter von Kaffeemaschinen, bei dem die in dem Behälter bzw. in einem mit demselben kommunizierenden Flüssigkeitsstand­ rohr ansteigende Flüssigkeit im Behälter oder Flüssig­ keitsstandrohr über eingebaute Sensoren einen Strom­ kreis schließt, der den Zulauf der Flüssigkeit in den Behälter steuert. Für die speziellen Probleme, die sich aufgrund der Anhaftung von Metall an die Sensoroberflä­ chen ergeben, wird jedoch keine Lösung offenbart.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen eines Pegels von flüssigem Metall zu schaffen, bei dem keine Metall(oxid)reste am Sensor haften bleiben und dadurch eine hohe Reprodu­ zierbarkeit der Kontaktierung gegeben ist, wobei die Vorrichtung einfach und kostengünstig im Aufbau sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrich­ tung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auf das auf­ wendige Schwenksystem mit den zuvor genannten Nachtei­ len verzichtet werden. Es treten keine Ablagerungen auf, wodurch die Genauigkeit der Dosierung verbessert werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß ein in der Breite, d. h. parallel zur Flüssigmetall-Oberfläche aus­ gedehnter Sensor verwendet wird, damit auch bei leicht gewellter Metalloberfläche ein genauer Erstkontakt ei­ ner ansteigenden Metallsäule gewährleistet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt schematisch einen Schnitt durch das Dosierrohr eines Dosierofens mit eingebautem Sen­ sor.

Die einzige Figur zeigt eine Dosierrohr 1, vorzugsweise aus einem nichtleitenden Material, wie Keramik, das in einem Dosierofen schräg - wie dargestellt - angeordnet ist und über das das flüssige Metall aus­ dosiert wird. Für das Ausdosieren ist es notwendig, daß die Höhe der Metallsäule 2 genau erfaßt wird, wobei für diese Erfassung ein Sensor 3 in die Wand 4 des Dosierrohres 1 eingesetzt ist.

Der Sensor 3 ist als geometrischer Körper, beispiels­ weise Kubus, Zylinder oder Konus od. dgl., ausgebildet und besteht aus elektrisch leitendem Material, vor­ zugsweise aus einer elektrisch leitenden Keramik, wobei der Sensor derart in die Wand 4 des Dosierroh­ res 1 eingebaut ist, daß seine elektrische Kontakt­ fläche 5 parallel zu und bündig mit der Innenfläche des Dosierrohres 1 ist. Der Sensor 3 ist vorzugsweise im oberen Wandbereich des schrägsitzenden Dosierroh­ res 1 eingebaut (wie im Schnitt in der Figur gezeigt wird), da dort die Wahrscheinlichkeit einer Ablage­ rung, d. h. das Anhaften eines Oxidrestes, noch gerin­ ger ist. Der Sensor 3 ist mit einem Kontaktanschluß versehen, der beispielsweise mit einem Kabel 6 ver­ bunden ist, das das Signal des Sensors 3 bei Kontakt mit der Oberfläche der Metallsäule 2 an eine Steuer- und Regeleinheit weiterleitet.

Zum Einbauen des Sensors wird beispielsweise ein ko­ nischer Körper aus elektrisch leitender Keramik in einen entsprechenden Durchbruch in der Wand 4 des Dosierrohres eingepreßt, so daß ein dichtender Kon­ takt zwischen der Wand 4 und dem Körper hergestellt wird. Der in den Innenraum des Dosierrohres 1 hinein­ ragende Keil des konischen Körpers wird abgeschlif­ fen, bis eine bündige Fläche in bezug auf die Innen­ fläche der Wand 4 oder eine Fläche mit weichen Über­ gängen hergestellt ist. Selbstverständlich sind auch andere Möglichkeiten des Einsetzens und Befestigens des Sensors in der Wand 4, beispielsweise durch Löten oder Kleben, gegeben, wobei die hohen Temperaturen zu berücksichtigen sind und wobei zur Vermeidung von Ablagerungen eine glatte Fläche im Innenraum des Do­ sierrohres vorhanden sein muß. Weiterhin können ande­ re elektrisch leitende Materialien für den Sensor verwendet werden. Falls das Dosierrohr 1 auch ein elektrisch leitendes Material enthält, muß si­ chergestellt werden, daß zwischen Wand 4 und Sensor 3 eine elektrische Isolierung vorgesehen wird.

Der Sensor ist für Anwendungen geeignet, bei denen mehrmalige oder sogar periodisch erfolgende Kontak­ tierungen einer bewegten oder stehenden Metallsäule, die die Kontaktfläche 5 des Sensors 3 mehr oder weni­ ger umspült, erforderlich sind.

Der Sensor 3 erfaßt den Außenmantel der Flüssigme­ tallsäule 2. Der elektrische Erstkontakt einer sol­ chen ansteigenden Metallsäule findet zu dem Zeitpunkt statt, an dem die obere Oxidhaut den unteren Rand der Kontaktfläche 5 des Sensors 3 passiert hat. Bei wie­ derholt stattfindenden Kontaktierungen und leicht gewellter Metalloberfläche sowie bei einer punktför­ migen oder flächig wenig ausgedehnten Sensorkontakt­ fläche könnte es vorkommen, daß aufgrund geometrisch nicht reproduzierbarer Wellentäler und -berge einmal ein Berg, das bedeutet: eine frühe Kontaktierung, und ein anderes Mal ein Tal, das bedeutet: eine späte Kontaktierung, detektiert wird. Um eine gute Mitte­ lung dieser statistischen Verteilung zu erreichen, ist es vorteilhaft, einen in der Breite ausgedehnten Sensor zu verwenden. Die Breite des Sensors 3 richtet sich nach dem mittleren Abstand zwischen zwei Maxima bzw. Minima der Flüssigmetall-Oberfläche und sollte etwas größer als dieser sein. Beispielsweise ist die Kontaktfläche 5 des Sensors als langgestrecktes Rechteck ausgebildet, wobei die lange Seite des Rechtecks parallel zur Oberfläche der Metallsäule 2 liegt. In Fällen, in denen keine so große Genauigkeit gefordert wird, kann auch eine runde oder mit Krüm­ mungen versehene Kontaktfläche gewählt werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Erfassen eines Pegels von flüssigem Metall in einem Flüssigmetall-Gefäß, insbesondere in einem Dosierofen, mit einem Sensor aus elektrisch lei­ tender Keramik, der dichtend in eine elektrisch isolierend wir­ kende Bewandung (4) des Gefäßes oder eines in dem Gefäß vorgesehenen Steigrohres (1) eine Kontaktfläche (5) bildend eingesetzt ist, wobei er im wesentlichen bün­ dig mit der Innenfläche der Bewandung abschließt oder mit weichen Übergängen versehen ist, und der bei Kontakt mit dem flüssigen Metall ein Signal abgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) als geometrischer Körper ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper im Paßsitz eingesetzt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper in die Bewandung (4) eingeklebt oder eingelötet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (5) der­ art ausgebildet ist, daß sie eine lange Seite parallel zur Metalloberfläche aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr als schräg sich erstreckendes Dosierrohr (1) ausgebildet ist, wo­ bei der Sensor im Schnitt gesehen im oberen ablage­ rungsfreien Bereich angeordnet ist.