AT505458A2 - Druckmessanordnung und verwendung derselben - Google Patents

Description

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WP-2105-AT

DRUCKMESSANORDNUNG UND VERWENDUNG DERSELBEN

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckmessanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Wenn hier also von den verschiedenen Funktionen die Rede ist, welche der Fluidpfropfen erfüllt, so ist klar, dass er so beschaffen sein muss, dass er als Isolations-10 und Druckübertragungs- sowie als Dampfsperremedium dienen kann.

Solche Druckmessanordnungen sind in den verschiedensten Ausführungen bekannt. Kritisch aber wird es, wenn das Material, dessen Druck gemessen werden soll, eine erhöhte Temperatur, z.B. über 100°C, wie 300-700eC, derart aufweist, dass dadurch die Messung 15 des Drucksensors und/oder dieser selbst beeinträchtigt wird. Indirekte Messmethoden, bei welchen der Druck über Ultraschallschwingungen oder mittels Laser festgestellt wird, sind bekannt. Verschiedentlich aber ist eine direkte Messung des Druckes des heißen Mediums vorteilhaft und erwünscht. 20 Die Problematik besteht eben insbesondere darin, dass das zu messende Medium (Metallschmelze) im allgemeinen eine wesentlich höhere Temperatur aufweist als es dem Messfühler (Druck-Messumformer, elektrisch, mechanisch od.dgl.) zuträglich ist. So ist beispielsweise die Schmelzentemperatur bei Zink (450°C), bei Magnesium oder Aluminium (um 700°C) um etliche hundert Grad Celsius höher als die maximale Einsatztempera-25 tur von handelsüblichen Druck-Messumwandlem (70-80°C). Noch deutlicher ist der Temperaturunterschied bei Kupfer oder Messing.

Man umgeht dieses Problem beispielsweise dadurch, dass die Schmelze ihren Druck in einem Zylinder auf einen Kolben überträgt. Es wird die Rückhaltekraft auf den Kolben 30 gemessen. Diese Messmethode ist bei geringen Drücken zu unempfindlich, da bereits geringe Veränderungen der Reibung zwischen Kolben und Zylinderwand das Messergebnis erheblich verfälschen.

Eine andere Druckmessmethode besteht darin, zwischen der Schmelze und dem Mess-35 fühler eine Gasleitung einzusetzen, deren Länge dafür sorgt, dass die Temperatur auf der Fühlerseite ausreichend gering ist - bei Bedarf wird die Gasleitung gekühlt. Die Gasleitung kann je nach Bedarf mit Schutzgas oder Inertgas gefüllt werden, um unerwünschte t • · • · 2

Reaktionen zwischen dem Gas und der Schmelze bzw. deren Dampf zu vermeiden. Diese Messmethode ist durchaus präzise und rasch (auch für niederfrequente dynamische Messungen geeignet) hat aber meistens einen gravierenden Nachteil: 5 Die Temperatur der Rohrverbindung auf der .Kaltseite’ (in Fühlernähe) liegt im allgemeinen tiefer als die Solidus- bzw. Liquidustemperatur der Schmelze (der Legierung). Es kommt daher zur Kondensation und Resublimation der Schmelze (oder deren Legierungsbestandteile). Metalldampf beschlägt also das Innere der Gasleitung in flüssiger (Kondensation) und fester Form (Resublimation). Die Folge ist ein mehr oder weniger 10 rasches Verstopfen der Gasleitung, sodass die Druckmessung über kurz oder lang versagt - also unzuverlässig ist. Denn hat das zu messende Medium einen relativ tiefen Siedepunkt (bei Magnesium: ca. 1060°C), ergibt sich ein relativ hoher Dampfdruck über der Schmelzenoberfläche (z.B. Ν’). Daher hat das Metall die Tendenz, schnell zu Verdampfen, aber sich überall niederzuschlagen bzw. zu resublimieren, wo es nur ein wenig kälter 15 ist.

Nun ist eine Druckmessanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 auch für hei ße Medien aus der DE-A-30 22 309 bekannt geworden, bei der ein hinter einer Membran gehaltener Flüssigkeitspfropfen aus zwei Flüssigkeiten zur Übertragung des Druckes die-20 nen. Derartige Druckmessungen werden durch Temperaturschwankungen des Fluidpfropfens stark verfälscht, da thermisch bedingte Volumsänderungen des Fluids unmittelbar zu Bewegungen der Membrane führen und somit Spannungsänderungen auftreten, die unerwünschte Rückwirkungen auf die Druckmessung haben. 25 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, welche eine direkte Messung unter Vermeidung der bisherigen Fehlerquellen erlaubt. Erfindungsgemäß erfolgt dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Der Fluidpfropfen wirkt also wärmeisolierend und druckübertragend. Er kann gegenüber 30 dem heißen Medium, dessen Druck zu messen ist, weder durch einen Kolben noch durch eine membranartige Abdeckung abgegrenzt werden, weil sonst Kolbenreibungen, Membranspannungen etc. welche das Messergebnis beeinflussen könnten.

Um auch noch Kondensation oder gar Resublimation des zu messenden Mediums oder 35 dessen Komponenten zu vermeiden, besteht der Fluidpfropfen vorteilhaft aus zumindest einer Flüssigkeit, deren Temperatur auf der Warmseite (das zu messende Material) über der Kondensationstemperatur des zu messenden Mediums (bzw. von dessen Kompo- • · 3 • · 3 • · • · • · • · nenten) gehalten werden kann und auf der Kaltseite (also am Druckmesser) so temperiert werden, dass kein Schaden an der Druckmesseinrichtung entsteht, der Druck aber praktisch ungehindert übertragen werden kann. Die Flüssigkeit soll also bei der gewünschten Temperatur nicht erstarren. 5

Die Flüssigkeit kann vom Druckfühler höchstens durch einen kleinen Gaspolster getrennt werden, weil ein großer Gaspolster bei Druckschwankungen starken Volumsänderungen unterliegt, also große Bewegungen der angrenzenden Flüssigkeit erlaubt, so dass deren genaue örtliche Temperierung erschwert wird. Anderseits bewirkt das gasförmige Fluid 10 zwischen dem zu messenden Material und dem Flüssigkeitspfropfen, dass eine Flüssigkeitsmischung mit dem zu messenden Material vermieden wird, wie dies bekannter Weise auch die Membranen tun, dass aber die bei Membranen erfolgende Druckmesswertverfälschung vermieden wird. 15 Dabei wird es an der Warmseite oft zweckmäßig sein, zwischen dem zu messenden

Mediu(z.B. Metallschmelze) und dem flüssigen (dampfsperrenden) Bestandteil des Fluidpfropfens ein Inertmaterial, insbesondere ein inertes Gas, wie CO2 oder N, vorteilhaft ein Edelgas, wie Argon, vorzusehen. Ein Inertgas, z.B. Argon, reagiert ja, wie der Name schon sagt, weder mit dem Material (Metallschmelze), dessen Druck gemessen werden 20 soll, noch mit dem Flüssiganteil des Fluidpfropfens.

Im bevorzugten Fall erfolgt also die Trennung zwischen dem zu messenden Medium (Metallschmelze) und der Flüssigkeit des Fluidpfropfens durch einen Inertgaspolster, der sich beispielsweise in einem Steigrohr oberhalb der zu messenden Metallschmelze 25 befindet. Damit wird natürlich auch die Isolationswirkung verbessert, weil ein Temperaturübergang zwischen zwei unterschiedlichen Medien erfolgen muss. Im Beispielfall wird am oberen Ende des Steigrohre der Anschluss für die eigentliche Druckmesseinrichtung vorgesehen sein. Die Flüssigkeit des Fluidpfropfens ist beispielsweise in einem U-Rohr eingeschlossen, das direkt an den Druckaufnehmer anschließt. 30

Allerdings sind erfindungsgemäß noch weitere Maßnahmen erforderlich, um eine einwandfreie Funktion zu sichern. Dies wird, wie folgt, begründet.

Jede Flüssigkeit, auch eine Metallschmelze, aber auch die Flüssigkeit des Fluidpfropfens 35 bewirkt über ihrer Oberfläche einen Dampfdruck, der sich aus Partialdrücken seiner Komponenten (z.B. Legierungsbestandteile) zusammensetzt. Diese Partialdrücke sind von der Temperatur der Oberfläche und von den Stoffeigenschaften (Schmelzpunkt, Siedepunkt, 5 4

Verdampfungsenthalpie usw.) abhängig, wobei im wesentlichen die Gleichungen nach Clausius-Clapeyron bzw. nach Sackur-Tetrode gelten. In dem gasgefüllten Raum zwischen der zumessenden Flüssigkeit und der des Fluidpfropfens befinden sich also auch die entsprechenden Dämpfe dieser Komponenten. Drei wichtige Kriterien müssen daher erfüllt werden, um einen nennenswerten Stoffübergang hintan zu halten: 1. die Stoffe in dem zu messenden Material (Schmelzlegierungen) und im Fluid des Pfropfens sollen möglichst nicht miteinander reagieren, 10 15 20 25 2. der Partialdruck des zu messenden Materials soll sich von dem der Flüssigkeit des Pfropfens unterscheiden (was normalenweise der Fall sein wird), vorzugsweise um mehrere Größenordnungen, und 3. zweckmäßig ist die Oberflächentemperatur (T1) des Mediums mit dem höheren Partialdruck etwas geringer als die Temperatur (T2) des gegenüberliegenden Mediums, wobei es vorteilhaft ist, wenn die Temperatur der Verbindungsstrecke (also der Rohrwandung) stets über der des kälteren Mediums liegt.

Sind diese drei Kriterien, als Optimum, erfüllt, dann wird ermöglicht, dass die durch den Gaspolster bewirkte Trennung der beteiligten Flüssigkeiten (zu messendes Material einerseits und Flüssigkeit des Fluidpfropfens) auch hinsichtlich des Stofftransportes infolge Dampfdiffusion eine starke Behinderung, zumindest aber eine Art „Einbahnstrasse“ darstellt. Denn der Dampftransport des Mediums mit dem höheren Partialdruck kann nur entsprechend einem Dampfdruckgefälle stattfinden, d.h. also von der Oberfläche des heißen zu messenden Materials zu einer kälteren Oberfläche - welche es infolge des Kriteriums 3 nicht gibt. Kriteriumk 2 zusammen mit Kriterium 3 bewirkt, dass die Diffusion des Mediums mit dem geringeren Dampfdruck zwar stattfindet, aber wegen des kleinen Temperaturunterschiedes (TKT2) nur in geringem Ausmaß erfolgt. Das Kriterium 1, als bevorzugte Ausführungsform, verhindert die Bildung chemischer Verbindungen (falls überhaupt die Gefahr besteht), welche dazu führen könnten, unerwünschte Dampfdruckgefälle aufzubauen und damit einen unkontrollierbaren Stofftransport zuzulassen. 30 Erfindungsgemäß ist ferner eine Temperiereinrichtung für den Fluidpfropfen vorgesehen, die vorzugsweise als Heizeinrichtung ausgebildet ist. Wenn hier von einer „Temperiereinrichtung“ die Rede ist, so soll dieser Ausdruck als Oberbegriff verstanden werden, der in Form einer Heizeinrichtung, aber auch als Kühleinrichtung ausgebildet sein kann. Beispielweise kann diese Einrichtung dazu dienen, zu vermeiden, dass der Drucksensor zu 35 heiß wird. Anderseits muss diese Einrichtung auch sicher stellen, dass das zu messende Material nicht kondensiert oder resublimiert. Dazu ist es vorteilhaft, wenn eine Heizeinrichtung mindestens zum Teil der dem zu messenden Material zugeordneten Seite des 5 • t t · ·· · · ·· · « · · · · · · ·· ·· • · · « ·· «··· • ·· · · · « · · # · ·

Rohres zugeordnet ist. Die Temperiereinrichtung kann, sogar bevorzugt, zonenweise, z.B. in mindestens zwei Zonen, aufgebaut sein, so dass etwa an der warmen Seite noch geheizt, an der kalten dagegen gekühlt wird. 5 Ein solcher Fluidpfropfen ist vorteilhaft in einem, insbesondere aufwärts gerichteten, Rohr untergebracht und bevorzugt im aufwärts gerichteten Ast eines U-Rohres.

Vorzugsweise ist das mindestens ein Fluid des Fluidspfropfens aus einem Material gebildet, welches sich bei einer unter der Betriebstemperatur des zu messenden Materiales 10 liegenden Temperatur flüssig ist, gegebenenfalls aber bei einer tieferen Temperatur, wie Raumtemperatur, fest, in welch letzterem Falle die Hantierbarkeit erleichtert wird.

Vorteilhaft ist das mindestens eine Fluid an der warmen Seite aus einem Material gebildet, dessen Dampfdruck bei Betriebstemperatur um wenigstens eine Größenordnung, 15 also um den Faktor 10, geringer ist als der des zu messenden Materiales (bzw. der

Schmelze), weil so vermieden wird, dass das zu messende Medium infolge Dampfdiffusion kontaminiert wird.

Zweckmäßig ist das mindestens eine Fluid aus einem nicht-toxischen Material gebildet, 20 und all diese oben genannten Bedingungen werden besonders von Gallium oder einer Galliumlegierung erfüllt, obwohl auch andere Materialien für diesen Zweck in Frage kommen, beispielsweise eine Wood’sche (50% Bi, 25% Pb, 12,5% Sn und 12,5% Cd) oder eine ähnliche Legierung (bei der beispielsweise das Kadmium durch ein anderes, nichttoxisches, Metall ersetzt ist) oder aber auch Indium. 25

Die Messung des Druckes kann dazu dienen, das Niveau einer Metallschmelze in einem Behälter zu messen, wobei beispielsweise das Messsignal als Regelgröße herangezogen werden kann, um eine Pumpe zur Aufrechterhaltung dieses Niveaus anzusteuem. Auch zur Niveauüberwachung von Metallschmelzen in Schmelzwannen ist eine Druckmessung 30 vorteilhaft, sie kann zur Steuerung von Schmelzenentnahmen (Pumpen, Dosierschöpfer) oder zur Steuerung von Chargiervorgängen herangezogen werden. Besonders aber beim Vergießen von Material, insbesondere Metall, unter einem Druck (positiv oder negativ), wie im Druckguss - insbesondere im Niederdruckguss - ist die Messung des Druckes der Metallschmelze für die vollständige und fehlerfreie Formfüllung von großer Bedeutung. 35 Sowohl in der Formfüllphase als auch in der Nachdruckphase liefert nur eine präzise und vor allem verlässliche Druckmessung die erforderliche Prozesssicherheit. Deshalb ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung für die Messung des Druckes eines flüssigen Metalles, wie Magnesium, Zink, oder Kupfer (auch Messing) von besonderem Vorteil. Günstig ist es, wenn ein Temperatursensor zur Messung einer der Temperatur des Flui-5 des entsprechenden Temperatur und zur Abgabe eines entsprechenden Ausgangssigna-les vorgesehen ist. Damit kann eine Korrektur des gemessenen Druckwertes entsprechend der Wärmedehnung des Fluidpfropfens (oder eines seiner Bestandteile) vorgenommen werden, was beispielsweise durch Ablesen einer Anzeige und manuelles Rechnen geschehen kann. Bevorzugt geschieht dies aber so, dass das Ausgangssignal des 10 Temperatursensors einem Rechner zur Errechnung eines temperaturkompensierten Druckwertes zuführbar ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der schematischen Zeichnungen. Es zeigen: 15

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung, zu der

Fig. 2 das Detail Π der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab veranschaulicht. 20 Ein Tiegel 1 steht mit seinem Boden 2 in einem, weggebrochen dargestellten Ofengehäuse 3 an sich bekannter Bauart und bildet so eineOfenkammer zur Aufnahme eines Schmelzenvorrates, beispielsweise bis zu einem Schmelzenniveau N. Der Ofen kann an sich beliebig ausgebildet sein und auch mehr als eine Ofenkammer besitzen, beispielsweise als bekannter Zweikammerofen, dessen erste Kammer dem Aufschmelzen von 25 Masseln dient, wogegen die zweite, mit der ersten verbundene, Kammer als Entnahmekammer dient. Der Ofen ist zweckmäßig mit einem Deckel 4 abgedeckt. Ein Zufuhrkanal 15 führt von einer Pumpe 14 letztlich vertikal aufwärts zu einer oberhalb der vom Tiegel 1 gebildeten Ofenkammer angebrachten Niederdruckform 12 aus zwei Formhälften und einem von diesen umschlossenen Formhohlraum 13, so dass er das Metall aus der 30 Ofenkammer 1 in den Formhohlraum 13 einlässt. Die Pumpe 14 wird von einer von einem Motor 18 angetriebenen Pumpenwelle 17 in Drehung versetzt. Da also die Form 12 und ihr Hohlraum 13 nur über den Druck der Pumpe 14 befüllt werden, ist hier von einem Niederdruckverfahren zu sprechen. Es sei jedoch erwähnt, dass die Erfindung keineswegs auf ein Niederdruckverfahren beschränkt ist, sondern sich vielmehr auch auf andere 35 Gießverfahren, wie Strangguss, Druckguss, Kokillenguss etc. erstreckt. 7 • · • · • · • · • · • ··

Vom Zufuhrkanal 15 zweigt ein Rohr 5 ab, in welchem das Niveau N des im Ofenraum bzw. Tiegel 1 enthaltenen, unter Betriebstemperatur stehenden flüssigen Metalles, welches zweckmäßig ein Nicht-Eisenmetall ist, insbesondere Magnesium oder Aluminium (Betriebs- bzw. Schmelzentemperatur um 700°C), Zink (Betriebstemperatur ca. 450°C), 5 Kupfer od.dgl., unter dem Druck der Pumpe 14 bis zu einem Niveau Ν’ steigt. Wie Fig. 2 zeigt, wird es je nach Druck eines von zwei dort eingezeichneten Niveaus Ν’ erreichen. Dieses Rohr 5 geht an seiner Oberseite in ein etwa U-förmiges Rohr 6 über, an dessen Ende ein schematisch angedeuteter Drucksensor 7 mit einer ebenso angedeuteten druckempfindlichen Fläche 8 angeordnet ist. Das zu messende Metall aus dem Tiegel 1 10 hat nun die Tendenz, schnell zu Verdampfen, aber sich überall niederzuschlagen bzw. zu resublimieren, wo es nur ein wenig kälter ist, und dies ist gerade in dem wärmeisolierten Rohrsystem 5, 6 der Fall. Die Folge wäre eine rasche Verstopfung desselben und in der Folge eine unkontrollierte Formfüllung (auch bei Druckguss) bzw. ein unkontrollierter Nachdruckvorgang, was wiederum zu Rissen im Steigrohr 15 bzw. in der Form 12 führen 15 kann.

Das U-Rohr 6 ist mit einem druckübertragenden Fluid, vorzugsweise Gallium, als Teil eines Fluidpfropfens gefüllt. Da Gallium erst ab etwa 29°C, d.h. also unterhalb der Betriebs- oder Schmelzentemperatur, schmilzt, ist es vorteilhaft, dem U-Rohr 6 bzw. dem 20 Rohr 5 eine in Fig. 1 schematisch angedeutete Temperiereinrichtung 9 zuzuordnen, die für die Messung gegebenenfalls für eine höhere Temperatur sorgt, um jeglichen Niederschlag von Schmelze im Rohrsystem zu vermeiden. Auch sei hier angemerkt, dass das zu messende Material nicht unbedingt eine Metallschmelze sein muss, sondern beispielsweise auch ein heißes Medium, das ohne thermische Abschirmung des Drucksen-25 sors diesen beschädigen oder in den Leitungen bis zu diesem Sensor kondensieren oder resublimieren würde.

Wie schon oben erwähnt, kann der Fluidpfropfen auch aus mehreren Fluiden zusammengesetzt sein, die beispielsweise in hintereinandergeschalteten U-Rohren unterge-30 bracht sind. Dabei kann wenigstens ein Fluid ein gasförmiges Fluid sein, wie unten noch im einzelnen erläutert wird. Dies ist besonders von Bedeutung, wenn der Fluidpfropfen an der dem Material mit dem zu messenden Druck zugewandten Seite ein gasförmiges Fluid, vorzugsweise ein Edelgas, insbesondere Argon, aufweist, denn so wird eine mögliche Vermischung des zu messenden Fluids oder Mediums mit dem Fluidpfopfen mit Sicher-35 heit vermieden. Dagegen wirkt die Flüssigkeit (geschmolzenes Gallium od.dgl.) auch als Diffusionsbremse, denn während sich mit dem Gas Metalldampf vermischen kann, ist dies bei einer Flüssigkeit so gut wie nicht der Fall. Damit wird auch vermieden, dass sich der Metalldampf an der Rohrwandung im Messbereich niederschlägt und die Messung behindert. Die Flüssigkeit soll bei Betriebs- (Schmelzen-)temperatur einen möglichst geringen Dampfdruck aufweisen und damit einen relativ hohen Siedepunkt. Auch mehr als drei Fluide sind möglich, doch im allgemeinen nicht erforderlich und daher nicht bevor-5 zugt, vor allem wenn sich bei einer Anwendung die Isolations-, Diffusionsbrems- und/oder Druckübertragungswirkung anders nicht gut erzielen ließe, doch dürfen diese Fluide sich nicht vermischen.

In Fig. 2 ist eine Anordnung zur Messung des Druckes einer Schmelze (Detail Π der Fig. 10 1) näher dargestellt. Diese Anordnung umfasst, wie dies bevorzugt ist, zwei Fluide zur

Druckübertragung von der Schmelze im Steigrohr 5 zum Drucksensor 7. Das schmelzenseitige Fluid 10 ist ein inertes Gas, vorzugsweise ein Edelgas, wie Argon, das also weder mit der zu messenden Schmelze noch mit dem zweiten, druckübertragenden und flüssigen Fluid 10, z.B. in Form von Gallium, chemisch reagieren kann. Für die Erstbefüllung 15 mit dem Inertgas (Argon) ist das Füllrohr 22 mittels eines Ventiles 21 an die Oberseite des Steigrohres 5 angeschlossen. Während der Druckmessung ist jedoch das Ventil 21 geschlossen. Der Inertgaspolster 11 kann die durch Druckschwankungen der Schmelze im Pumpenrohr 15 (Fig. 1) bewirkte Niveauänderung der Schmelze auf die Flüssigkeit 10 übertragen und somit die druckaufnehmende Fläche 8 des Drucksensors 7, welche an 20 die Flüssigkeit 10 angrenzt, beaufschlagen. Der das Gas 11 aufnehmende Raum des Steigrohres 5 setzt sich dann über ein U-Rohr bis zu dem mit der Flüssigkeit 10 gefüllten, aufwärts gerichteten Rohrabschnitt 6 fort, womit die zu messende Schmelze von der Flüssigkeit 10 getrennt ist. Der obere, das Gas 11 aufnehmende Raum des Steigrohres 5 wird derart beheizt, dass sich die diesen Raum umschließenden Rohnwände und die O-25 berfläche der Flüssigkeit 10 auf einer zumindest geringfügig höheren Temperatur als die Schmelze im Steigrohr 5 befinden. Dadurch wird eine Kondensation oder gar eine Re-sublimation von Schmelzedampf an diesen Stellen verhindert. Dies ist der Grund, warum zweckmäßig auch die „Warmseite“ des U-Rohres 6 noch im beheizten Gehäuse 9 enthalten ist. 30

Denn wichtig ist, dass die Schmelze (oder ein anderes heißes Material), deren Druck gemessen werden soll, mindestens während der Messung im Steigrohr 5 nirgends einfrieren kann, weil ja sonst ein fester Pfropfen im Steigrohr 5 eine Druckübertragung auf das Gas 11 verhindern würde. Dies ist der Grund, warum die, vorzugsweise in mindestens zwei 35 Zonen unterteilte, Temperiereinrichtung 9, 9’ vorgesehen ist, die gemäß der Zeichnung bevorzugt nach unten bis knapp über oder sogar unter das Niveau N bis hinein in die im Tiegel 1 enthaltene Schmelze ragt. • · • ♦ • · • · · · • ·· ··

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Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Fluid oberhalb des Niveaus Ν', wie schon gesagt, Argon. Dies bewirkt zwar, dass das gasförmige Fluid durch den Druck der Schmelze (oder eines anderen heißen Materials) komprimiert wird, sichert aber im we-5 sentlichen eine gute Druckübertragung auf das flüssige Fluid, welches im U-Rohr 6 als strichliertes Material 10 angedeutet ist. Es ist ersichtlich, dass also der Abstand der druckempfindlichen Fläche 8 vom Niveau N’ groß genug ist, um eine wirksame Wärmeisolation zu erzielen. Es sei aber erwähnt, dass es für manche Anwendungszwecke günstig sein kann, den Fluidpfropfen aus drei Fluidteilen, etwa eine Flüssigkeit, ein Gas und 10 wieder eine Flüssigkeit, aufzubauen. Dabei können die beiden Flüssigkeitsanteile von derselben Flüssigkeit oder jeweils einer unterschiedlichen gebildet sein. Während also nach Fig. 2 diese Temperiereinrichtung 9 unterhalb des Deckels 4 des Tiegels 1 angeordnet ist, was die Beheizung des Fluidpfopfens an der warmen Seite er-15 leichtert (und so dem Resublimieren entgegenwirkt), wie dies bevorzugt ist, könnte an sich die Beheizungseinrichtung 9 auch zur Gänze außerhalb des Tiegels 1 liegen, was aber aus den geschilderten Gründen nicht bevorzugt ist. Zweckmäßig ist die (eine) Heizeinrichtung 9“, d.h. die Temperiereinrichtung, in einem, bevorzugt wärmeisolierten (Isolierung 16), Gehäuse 9' untergebracht, welches beispielsweise ein Wärmeübertragungsflu-20 id, wie öl, enthalten kann. Der Einfachheit halber genügt aber Luft, wodurch auch ein Strahlungsaustausch zwischen den Heizkörpern 9* und dem Rohrsystem um das Gas 11 ermöglicht wird und keine Dichtungsprobieme an den Durchführungen auftreten. In diesem Gehäuse befindet sich vorteilhaft ein Temperatursensor 19 der ein der gemessenen Temperatur entsprechendes elektrisches Ausgangssignal liefert. Dieses Ausgangssignal 25 kann an einem Anzeigeinstrument angezeigt werden, wird aber im vorliegenden (bevorzugten) Falle an einen Rechner 20 abgegeben, der unten noch besprochen werden soll. Die so gemessene Temperatur wird also der Temperatur des Fluides 11 entsprechen bzw. mit dieser korrelieren. 30 Dem oberen Ende des die zu messende Schmelze zuführenden Steigrohres 5 wird, wie schon erwähnt, über eine mit einem Absperrventil 21 verschließbare Leitung 22 von einem (nicht dargestellten) Argonvorrat aus Argon oder ein anderes Inertgas, insbesondere Edelgas, zugeführt, um einen gewissen Argonpolster 11 als vorgeschalteten Teil des davon und dem Gallium-Anteil 10 gebildeten Fluidpfropfens zuzuführen, worauf das Ventil 35 21 geschlossen wird. Dieser Argonpropfen 11 tritt, wie ersichtlich, bis in das U-Rohr 6 über, welches die Flüssigkeit 10 des Fluidpfropfens 10,11, bevorzugt Gallium, enthält. Eine weiterer Teil der Temperiereinrichtung bzw. Heizeinrichtung kann den aufsteigenden

Ast dieses U-Rohres mit entsprechenden Temperierwendeln 23 umhüllen, bevor die Flüssigkeit die druckempfindliche Fläche 8 des Drucksensors 7 beaufschlagt. Gerade diese Temperierwendeln werden vorzugsweise zur Kühlung in Form von Kühlrohren eingesetzt. 5

Auf diese Weise ist es möglich, den mit dem Gas 11 gefüllten Teil des Steigrohres 5 zumindest geringfügig über der Temperatur Ts der zu messenden Schmelze oder Flüssigkeit zu halten, wodurch die Bildung von Kondensat bzw. Resublimat an den Innenflächen des das Gas 11 aufnehmende Raumes vermieden wird. Erst das mit dem flüssigen 10 Druckübertragungsfluid 10, wie Gallium, gefüllte U-Rohr sorgt dann, zweckmäßig in Zusammenarbeit mit der Temperiereinrichtung 23, für die notwendige Temperaturdifferenz zwischen dem Inertgas 11 und dem Drucksensor 7. Für Druckmessungen bei welchen eine Veränderung des Niveaus N’ der zu messenden Flüssigkeit bzw. Schmelze keine Rolle spielt (z.B. bei Anwendungen im Niederdruckguss nach Fig. 1) bedarf es keiner 15 Temperaturkompensation des Messsignals des Drucksensors 7. Wenn es aber beispielsweise darum geht, das Niveau N der Schmelze im Tiegel 1 mittels Druckmessung zu ermitteln, dann wird sich die Temperatur des Gaspolsters 11 auf das Niveau Ν’ der Schmelze im Steigrohr 5 auswirken. Wenn die zu messenden Niveauunterschiede im Tiegel 1 in der Größenordnung der temperaturbedingten Niveauschwankungen des Nie-20 vaus N’ liegen, so ist eine rechnerische Kompensation für die Niveauermittlung angebracht.

Der Drucksensor 7 wird dann ein elektrisches Drucksignal über Leitungen 24 an den Rechner 20 abgeben. Dieser erhält aber zweckmäßig auch ein Korrektursignal vom Tem-25 peratursensor 19, so dass das Gasgesetz P x V = R x T automatisch berücksichtigt werden kann, worauf der korrigierte Druck beispielsweise an einem Anzeigegerät 25 ablesbar ist, gegebenenfalls auch unmittelbar einer, an sich bekannten, Gießsteueranordnung eingegeben wird, die gegebenenfalls auch eine Stranggieß- oder Druckgießanlage sein kann, denn die Erfindung ist keineswegs nur auf Niederdruckverfahren beschränkt. 30

Claims (17)

1. • · • ♦ • · * · • · · · • ·· ·· : li WP-2105-AT PATENTANSPRÜCHE 1. Druckmessanordnung mit einem Drucksensor (7) mit einer druckempfindlichen Fläche (8), auf die beim Messen der zu messende Druck eines fließfähigen Materials, insbesondere in einem Rohr, Kanal od.dgl., (5, 6) einwirkt, wobei - zum Messen des Druckes eines fließfähigen Materials gegenüber der Temperatur des Sensors (7) erhöhter Betriebstemperatur - der druckempfindlichen Fläche (8) bei der Messung ein mindestens 10 eine Flüssigkeit (10) aufweisender Fluidpfropfen (10,11), vorgeschaltet ist, der aus mindestens zwei unterschiedlichen Fluiden (10 bzw. 11) besteht, wobei ferner eine Temperiereinrichtung (9, 9’, 23) für den Fluidpfropfen (10,11) vorgesehen ist, und wobei gegebenenfalls ein Temperatursensor (19) zur Messung einer der Temperatur des Fluides (11) entsprechenden Temperatur und zur Abgabe eines entsprechenden Ausgangssigna-15 les vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidpfropfen (10,11) im Betrieb unmittelbar und ohne Zwischenmaterial an dasjenige heiße Material anschließt, dessen Druck zu messen ist, insbesondere unter Vermeidung einer Membrane, und statt dessen der Fluidpfropfen (10.11) mindestens ein gasförmiges Fluid zwischen dem zu messenden Material und 20 einem weiteren, insbesondere flüssigen, Fluid aufweist, wobei die Temperiereinrichtung für eine Temperierung derartigen Ausmaßes ausgebildet ist, dass eine Dampfdiffusion zwischen den Fluiden des Fluipfropfens unterbunden ist und der so mit dem gasförmigen Fluid versehene Fluidpfropfen (10,11) die Funktion der Druckübertragung zum Sensor (7), der Wärmeisolation zum Sensor (7) und die Funktion einer Dampfsperre zwischen 25 dem zu messenden Material und dem Sensor (7) erfüllt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidpfropfen (10.11) zumindest zum Teil in einem aufwärts gerichteten Rohr (5, 6) untergebracht ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein flüssiger Teil (10) des Fluidpfropfens (10,11) im aufwärts gerichteten Ast eines U-Rohres (6) untergebracht ist.
4. 4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich-35 net, dass die Temperiereinrichtung eine Heizeinrichtung (9, 9’) mindestens zum Teil an der dem zu messenden Material zugeordneten Seite des Rohres (5, 6) selbst zugeordnet ist. 12 12 • · 9 · • · » · · 4 ·· ·«
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung eine Kühleinrichtung (9,9’) umfasst, die mindestens zum Teil der dem Drucksensor (7) zugeordneten Seite des Rohres (5,6) zugeordnet ist. 5
6. 6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (9,9’, 23) in mindestens zwei Zonen unterschiedlicher Temperatur unterteilt ist.
7. 7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass mindestens ein Fluid (10) des Fluidpfropfens (10,11) aus einem Material gebildet ist, welches sich bei einer unter der Betriebstemperatur des zu messenden Materiales liegenden Temperatur flüssig ist, gegebenenfalls aber bei einer tieferen Temperatur, wie Raumtemperatur, fest. 15
8. 8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Fluid (10) aus einem Material gebildet ist, dessen Dampfdruck bei Betriebstemperatur um wenigstens eine Größenordnung geringer ist als der des zu messenden Materiales. 20
9. 9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Fluid (10,11) aus einem nicht-toxischen Material gebildet ist.
10. 10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- 25 net, dass das sich verflüssigende Material (10) Gallium aufweist.
11. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidpfropfen (10,11) wenigstens ein Fluid (11) aus einem Inertmaterial aufweist und vorzugsweise das Gas ein im wesentlichen inertes Gas, bevorzugt ein Edelgas, insbe- 30 sondere Argon, ist.
12. 12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Temperatursensors (19) einem Rechner (20) zur Errechnung eines temperaturkompensierten Druckwertes zuführbar ist. 35
13. 13. Verwendung einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Messung des Druckes von Magnesium. • ·· · ·♦ · « ·· · * ·· · ♦ · ··· · * __ : :: ., :: ;; ;13
14. 14. Verwendung einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Messung des Druckes von Zink.
15. 15. Verwendung einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Messung des Druckes von Kupfer.
16. 16. Verwendung einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Messung des Druckes eines flüssigen, unter einem Druck zu vergießenden Metalles, 10
17. 17. Verwendung nach Anspruch 16 für die Messung des Druckes eines flüssigen, unter Niederdruck zu vergießenden Metalles.