DE10133495C1

DE10133495C1 - Massetemperaturfühler zum Messen des Temperaturprofiles eines zähfließenden, unter Druck stehenden Mediums

Info

Publication number: DE10133495C1
Application number: DE10133495A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Loebach
Original assignee: TEMATEC LOEBACH GmbH
Current assignee: TEMATEC LOEBACH GmbH
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2021-07-11

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Massetemperaturfühler, insbesondere zum Messen des Temperaturprofils eines zähfließenden, unter Druck stehenden Mediums. Einen Massetemperaturfühler zu schaffen, der stabil und druckdicht ausgebildet ist, wird durch einen hohlen Schaft (10) erreicht, in dem ein Stößel (12) axial verschieblich gelagert ist, wobei am freien, aus dem Schaft (10) herausführbaren Ende des Stößels (12) ein Temperaturaufnehmer (32) vorgesehen ist, und durch eine im Schaft (10) angeordnete, hohlzylindrische Führung (22) und einen am Stößel (12) angeordneten Führungszylinder (24), wobei der Führungszylinder (24) passdicht und nahezu spielfrei in der Führung (22) geführt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Massetemperaturfühler zum Messen des Temperaturprofiles eines zähfließenden, unter Druck stehenden, eines flüssigen oder eines dampfförmigen Mediums gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Derartige Massetemperaturfühler messen Temperaturprofile beispielsweise in kunststoff- oder gummiverarbeitenden Maschinen, wobei der stark erhitzte und deshalb fließfähige Kunststoff bzw. das Gummi Drücken bis zu 1000 bar ausgesetzt ist. Aus diesem Grunde muss der Massetemperatur fühler entsprechend stabil ausgebildet sein, um Beschädigungen oder Verformungen zu vermeiden. Auch muss der Massetemperaturfühler entsprechend druckdicht ausgebildet sein, damit über die Messstelle kein Material aus der Maschine heraustritt.

Aus der DE 40 14 361 C2 ist ein Temperatursensor für Misch- und Knetmaschinen bekannt, der mit einem Einstellring an der Maschine angeschraubt wird. An diesem Einstellring ist über ein Gewinde ein Stößel drehbar gelagert angebracht, dessen Spitze bis ins Innere der Maschine hineinreicht. Durch entsprechendes Verdrehen des Stößels kann dieser in axialer Richtung verstellt werden und somit mehr oder weniger weit in die Maschine hineinragen. Dabei reicht der Stößel durch eine entsprechende Einbaubohrung in der Maschine hindurch, und durch den fertigungs bedingten Spalt kann Kunststoff oder Gummi in einen dahinterliegenden Totraum gelangen. In diesem Totraum erkaltet das Kunststoff oder der Gummi und verhindert so eine weitere axiale Verschiebung des Stößels. Ist dieser Zustand erreicht, so muss der Temperatursensor ausgebaut und die entsprechenden Stellen mühsam gereinigt werden.

Aus der DE-AS 11 45 824 ist eine Temperaturmesseinrichtung mit einem bewegbar angeordneten Thermofühler bekannt, bei dem Stößel axial verschieblich in einem hohlen Schaft gelagert ist und bei dem am freien Ende des Schaftes ein Temperaturaufnehmer vorgesehen ist. Dabei ist der Schaft mit entsprechenden Haltemitteln am zu vermessenden Objekt anbringbar. Bei diesem Massetemperaturfühler ist der Stößel als glatter, durchgehender Stift ausgebildet und liegt über die gesamte Länge des Schaftes an diesem an. Dabei ist es aus fertigungstechnischen Gründen nicht möglich den Stößel und den Schaft so auszubilden, dass zwischen Stößel und Schaft eine ausreichende Dichtigkeit erreicht wird. Folglich wird bei den hier anstehenden Drücken stets eine gewisse Menge des Mediums am Stößel vorbei durch den Schaft nach außen gedrückt. Dies führt insbesondere beim Erkalten des Mediums zu einem Verklemmen des Stößels im Schaft, so dass dieser anschließend nicht mehr bewegbar ist.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Massetemperaturfühler zu schaffen, der stabil und druckdicht ausgebildet ist.

Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Masse temperaturfühler mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen dieses Masse temperaturfühlers dargestellt.

Ein nach dieser technischen Lehre ausgebildeter Massetemperaturfühler hat den Vorteil, dass zwischen Stößel und Maschine ein zum Massetemperatur fühler gehörender Schaft vorhanden ist, wobei dieser Schaft im Wechsel spiel mit dem Stößel derart hergerichtet werden kann, dass zwischen Stößel und Schaft nahezu kein Spalt verbleibt, durch den etwaiger Kunststoff oder Gummi hindurchtreten kann. Es versteht sich, dass der Schaft beispielsweise über ein Gewinde ebenfalls druckdicht in einer entsprechenden Einbaubohrung der Maschine angebringbar ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass hierdurch der Stößel bis an die Innenseite der Maschinenwand geführt werden kann und somit ein Wider lager für die am Stößel auftretenden Kräfte bildet. Das heißt, dass durch dieses Widerlager die am ausgefahrenen Stößel auftretenden Kräfte und Biegemomente vergleichsweise gering sind, so dass der Stößel entsprechend schlank dimensioniert werden kann. Dies führt wiederum zu einem geringeren Strömungswiderstand im fließfähigen Medium, so dass von vorneherein keine starken Kräfte am Stößel angreifen.

Noch ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Massetemperaturfühlers besteht darin, dass im Führungszylinder mindestens eine umlaufende Nut vorgesehen ist, in der eine Dichtung, vorzugsweise ein gummielastischer O- Ring aus FFKM, eingelassen ist. Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, drei derartige Dichtungen beabstandet voneinander vorzusehen.

Diese Dichtungen verschließen den ohnehin schon auf ein Minimum reduzierten Spalt zwischen Stößel und Schaft nochmals deutlich, so dass auch bei einem Druck von 1000 bar nahezu kein Material aus dem Inneren der Maschine durch den Massetemperaturfühler hinaustreten kann.

Es versteht sich, dass der erfindungsgemäße Massetemperaturfühler auch zur Ermittlung von Temperaturprofilen in Rohren einsetzbar ist, in den flüssige oder gasförmige Medien fliessen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Führung mindestens 20 mm, vorzugsweise 50 mm zu erstrecken, um ein Verkanten des Stößel in der Führung zu vermeiden.

Die Beschichtung der Oberfläche der O-Ring Dichtung mit Graphit-Molykote erleichtert dessen Gleiteigenschaften.

Zur Erzielung einer annähernd spielfreien Führung des Führungszylinders in der Führung können die jeweiligen Oberflächen passdicht oder drallfrei geschliffen werden. Auf diese Art werden toleranzarme Oberflächen geschaffen, die ein nahezu spielfreies Bewegen des Stößels im Schaft erreichen. Gleiches gilt für entsprechend gehärtete Oberflächen. Durch ein Verhärten der Oberflächen wird außerdem eine höhere Lebensdauer des Massetemperaturfühlers erreicht, weil hierdurch das Auftreten von Schleifspuren oder Riefen verringert wird.

In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform sind der Stößel und/oder der Schaft zweiteilig ausgeführt, wobei die Führung und der Führungs zylinder aus einem hochlegierten Stahl gebildet sind, während die jeweiligen Oberteile aus Edelstahl gebildet sind. In einer vorteilhaften Ausführungs form sind die Führung und/oder der Führungszylinder TIN- oder Hartmetall- beschichtet. Durch eine derartige, zweiteilige Ausbildung des Schaftes und des Stößels kann der Einsatz von teurem hochlegierten Stahl auf das Wesentliche begrenzt werden, so dass die Herstellungskosten in einem vertretbaren Rahmen bleiben. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das schlecht wärmeleitende Edelstahl ein Auskühlen des Führungszylinders verlangsamt, so dass im Stößel nur ein geringer Temperaturabfall eintritt, was die Qualität der Temperaturmessungen positiv beeinflusst.

Letzteres wird verstärkt erreicht, wenn der Schaft zumindest teilweise von einer Thermoisolierung umgeben ist. Der Temperaturabfall kann durch Anbringung einer Heizung am Schaft vollständig verhindert werden, da in diesem Fall der Schaft stets auf dieselbe Temperatur wie das zu messende Medium gebracht werden kann.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist am Stößel ein Führungsring vorgesehen, der im Schaft gegengelagert ist. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch der Stößel eine zweite Lagerung gegenüber dem Schaft erfährt, so dass ein Verkanten des Stößel vermieden wird. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diesen Führungsring ebenfalls mit einer oder zwei O-Ring Dichtungen am Schaft zu lagern, um eine weiter verbesserte Abdichtung zu erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel des Massetemperaturfühlers ergibt sich aus der beigefügten Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Massetemperatur fühlers, wobei der Stößel vollständig eingefahren ist;

Fig. 2 den Massetemperaturfühler gemäß Fig. 1, geschnitten entlang Linie II-II in Fig. 1, jedoch ohne Heizung;

Fig. 3 den Massetemperaturfühler gemäß Fig. 2, jedoch mit vollständig ausgefahrenem Stößel.

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Massetemperaturfühler umfasst einen im Querschnitt runden oder O-förmigen, hohlzylindrischen Schaft 10, in dem ein ebenfalls hohlzylindrischer Stößel 12 axial verschieblich gehalten ist. Dabei kann der Stößel 12 über eine Verstelleinrichtung 14 durch Drehen der Mutter 16 relativ zum Schaft 10 axial verschoben werden, wobei die momentane Position des Stößels 12 über die Skala 18 ablesbar ist. Auf der Außenseite des Schaftes 10 ist ein Gewinde 20 vorgesehen, mit dem der Massetemperaturführer in ein entsprechendes, in einer Einbauöffnung einer entsprechenden Maschine eingelassenes Gewinde einschraubar ist. Über dieses Gewinde 20 wird der Massetemperaturfühler an der zu vermessenden Maschine druckdicht gehalten. Dabei sind die Einbaubohrungen und der Schaft 10 in der Regel so ausgelegt, dass der Schaft nicht an der Innenwandung der Maschine vorbei ins Innere gelangt, um den in der Maschine befindlichen Materialfluss nicht zu stören.

Sowohl der Schaft 10, als auch der Stößel 12 sind zweiteilig ausgeführt, wobei am messseitigen Ende des Schaftes 10 eine hohlzylindrische Führung 22 ausgebildet ist, in der ein entsprechender, am messseitigen Ende des Stößel 12 ausgebildeter Führungszylinder 24 passdicht und nahezu spielfrei geführt wird. Um eine derart passdichte Führung zu erreichen, ist der Schaft 10 im Bereich der Führung 22 und der Stößel 12 im Bereich des Führungszylinders 24 aus einem hochlegierten Stahl, insbesondere aus HSS gebildet, wobei die innenseitigen Oberflächen der Führung 22 und die aussenseitigen Oberflächen des Führungszylinders 24 gehärtet und drallfrei geschliffen sind. Derart behandelte Oberflächen können dann toleranzarm auf das gewünschte Maß bearbeitet werden, so dass der Stößel 12 nahezu spielfrei im Schaft 10 geführt ist.

In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform sind diese Oberflächen mit TIN oder mit einem Hartmetall beschichtet.

Zur weiteren Abdichtung des Spaltes zwischen Schaft 10 und Stößel 12 sind im Führungszylinder 24 drei umlaufende Nuten 26 eingearbeitet, in denen je eine gummielastische Dichtung 28, im vorliegenden Fall ein O-Ring aus FFKM eingelassen ist. Dabei ist die Dichtung 28 so dimensioniert, dass sie leicht über die Nut 26 hinaussteht und vorgespannt an der Führung 22 anliegt. Die Dichtung 28 ist aussenseitig mit Graphit-Molykote versehen. Diese durch das gummielastische Material erzeugte Vorspannung drückt die Dichtung 28 bündig gegen die Führung 22 und dichtet den Spalt zwischen Schaft 10 und Stößel 12 zuverlässig ab und weist dennoch gute Gleiteigenschaften auf.

Beim sich aus der Führung 22 und einem Oberteil 29 zusammensetzenden Schaft 10 und beim sich aus dem Führungszylinder 24 und einem Oberteil 30 zusammensetzenden Stößel 12 sind die am messseitigen Ende ange ordnete Führung 22 und der Führungszylinder 24 aus einem hochlegierten Stahl gebildet, während die jeweiligen Oberteile 29, 30 aus Edelstahl gebildet ist. Dabei sind Führung 22 und Oberteil 29 bzw. Führungszylinder 24 des Schaftes 10 und Oberteil 30 des Stößels 12 sind miteinander ver schweißt 31, wobei der Edelstahl einen deutlich schlechteren Wärmeleitko effizient innehat, als der hochlegierte Stahl. Hierdurch wird ein zu schnelles Abfließen der Wärme von der Messspitze verhindert, so dass innerhalb des Massetemperaturfühlers nur ein geringer Temperaturgradient vorherrscht.

Im Inneren des Stößels 12 ist ein Fe-CuNi "L" oder "J" oder ein NiCr-Ni "K" Thermoelement eingelassen, welches in einen am Stößel 12 angelöteten Temperaturaufnehmer 32 endet. Der Temperaturaufnehmer 32 ist aus einem sehr gut wärmeleitenden Metall gebildet. Alternativ kann auch ein Widerstandsthermometer Pt 100 eingesetzt werden.

Entfernt vom Führungszylinder 24 ist am distalen Ende des Stößels 12 ein Führungsring 36 angebracht, auf dessen Außenfläche zwei umlaufende Nuten 38 eingelassen sind. In diese Nuten sind entsprechende O-Ring Dichtungen 40 eingesetzt, wobei der Führungsring 36 mit seinen Dichtungen 40 an der Innenseite des Schaftes 10 anliegt, um so den Stößel 12 ein zweites Mal am Schaft 10 zu lagern. Die Innenseite des Schaftes 10 ist in diesem Bereich vollständig plan ausgeführt, so dass der Führungsring 36 gegenüber dem Schaft 10 axial verschieblich ist. Hierdurch ist der Stößel 12 an zwei Stellen gelagert und kann nicht verkanten. Analog zu den O-Ring Dichtungen 28 des Führungszylinders 24 sind auch die O-Ring Dichtungen 40 des Führungsringes 36 aus FFKM und mit Graphit-Molykote überzogen.

An dem aus der Maschine herausragenden Teil des Schaftes 10 ist eine vorzugsweise elektrische Heizung 34 angebracht, mit der der Schaft 10 auf dieselbe Temperatur wie das zu messende Medium erwärmt werden kann. Hierdurch wird ein Temperaturabfall innerhalb des Massetemperaturfühlers vermieden, so dass die gemessenen Temperaturen auch den tatsächlich vorhandenen Temperaturen im Medium entsprechen. Es versteht sich, dass eine solche Heizung 34 zum Betrieb des Massetemperaturfühlers nicht zwingend erforderlich ist und nur in besonderen Fällen eingesetzt wird.

Bezugszeichenliste

10

Schaft

12

Stößel

14

Verstelleinrichtung

16

Mutter

18

Skala

20

Gewinde

22

Führung

24

Führungszylinder

26

Nut

28

Dichtung

29

Oberteil

30

Oberteil

31

verschweißt

32

Temperaturaufnahme

34

Heizung

36

Führungsring

38

Nut

40

Dichtung

Claims

1. Massetemperaturfühler zum Messen des Temperaturprofiles eines zähfließenden, unter Druck stehenden Mediums, mit einem hohlen Schaft (10), in dem ein Stößel (12) axial verschieblich gelagert ist, wobei am freien, aus dem Schaft (10) herausführbaren Ende des Stößels (12) ein Temperaturaufnehmer (32) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch
eine im Schaft (10) angeordnete, hohlzylindrische Führung (22) und durch einen am Stößel (12) angeordneten Führungszylinder (24),
wobei der Führungszylinder (24) passdicht und nahezu spielfrei in der Führung (22) geführt ist
und durch mindestens eine im Führungszylinder (24) umlaufende Nut (26) in der eine Dichtung (28) eingelassen ist.

2. Massetemperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Führung (22) über eine axiale Länge von mindestens 20 mm, vorzugsweise 50 mm, erstreckt.

3. Massetemperaturfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (28) als gummielastischer O-Ring, insbesondere aus FFKM, ausgebildet ist.

4. Massetemperaturfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (28) mit Graphite-Molykote versehen ist.

5. Massetemperaturfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (10) aus der Führung (22) und einem Oberteil (29) und/oder der Stößel (12) aus dem Führungszylinders (24) und einem Oberteil (30) zusammengesetzt ist.

6. Massetemperaturfühler Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (22) innen und/oder der Führungszylinder (24) außen passdicht und/oder drallfrei geschliffen ist.

7. Massetemperaturfühler nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (22) innen und/oder der Führungszylinder (24) außen oberflächengehärtet ist.

8. Massetemperaturfühler nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (22) innen und/oder der Führungszylinder (24) außen mit TIN- oder Hartmetall beschichtet ist.

9. Massetemperaturfühler nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet dass die Führung (22) des Schaftes (10) und/oder der Führungszylinder (24) des Stößel (12) aus einem hochlegierten Stahl gebildet ist und dass die Oberteile (29, 30) des Schaftes (10) und/oder des Stößels (12) ansonsten aus Edelstahl gebildet ist.

10. Massetemperaturfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (10) zumindest teilweise von einer Thermo-Isolierung umgeben ist.

11. Massetemperaturfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Schaft (10) eine Heizung (34) vorgesehen ist.

12. Massetemperaturfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen am distalen Ende des Stößels (12) vorgesehenen Führungsring (36), der im Schaft (10) axialverschieblich gehalten ist.

13. Massetemperaturfühler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Führungsring (36) mindestens eine umlaufende Nut (38) vorgsehen ist, in der eine Dichtung (40) eingelassen ist.

14. Massetemperaturfühler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (40) als gummielastischer O-Ring, insbesondere aus FFKM, ausgebildet ist.

15. Massetemperaturfühler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (40) mit Graphite-Molykote versehen ist.