DE102012201501A1

DE102012201501A1 - Vorrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Schmelze

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Publication number: DE102012201501A1
Application number: DE102012201501A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2032-02-03
Also published as: DE102012201501A9; DE102012201501B4; WO2013113507A3; WO2013113507A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Bestimmung der Temperatur einer Schmelze (6), insbesondere einer Metallschmelze, aufweisend ein Leiterelement (2) zur Leitung optischer Signale, insbesondere zur Leitung von Licht, eine Messeinrichtung, die ein Detektorelement (3) und ein Auswertungselement (5) umfasst, sowie eine Halteeinrichtung (4), wobei mittels des Detektorelements (3) die optischen Signale erfassbar und Signale an das Auswertungselement (5) leitbar sind, wobei das Leiterelement (2) in einer Messposition vollständig oberhalb in unmittelbarer Nähe eines Flüssigkeitsspiegels (8) der Schmelze (6) oder teilweise mit einem der Schmelze (6) zugewandten Eintauchabschnitt unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (8) der Schmelze (2) positioniert ist und mittels des Leiterelements (2) die optischen Signale ausgehend von der Schmelze (6) in Richtung des Detektorelements (3) leitbar sind, wobei das Leiterelement (2) aus einem lang gestreckten Körper gebildet ist. Um eine Vorrichtung (1) bereitzustellen, die sich durch besonders einfache Handhabbarkeit und geringe Betriebskosten auszeichnet sowie ferner auch in Bereichen stark erhöhter Temperatur, beispielsweise in einem Hochofen, einsetzbar ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Leiterelement (2) zumindest in einem der Schmelze (6) zugewandten Endabschnitt, vorzugsweise vollständig, mit einer solchen Biegesteifigkeit auszustatten, dass allein mittels des Leiterelements (2) eine auf der Schmelze (6) befindliche Schlacke (9) durchstoßbar und/oder zumindest der der Schmelze (6) zugewandte Endabschnitt des Leiterelements (2) allein in die Schmelze (6) eintauchbar ist.

Description

Einleitung
Die Erfindung betrifft ein Leiterelement zur Leitung optischer Signale, insbesondere zur Leitung von Licht, von einer Schmelze, insbesondere einer Metallschmelze, in Richtung einer Messeinrichtung, mit der eine Temperatur der Schmelze bestimmbar ist, wobei das Leiterelement aus einem lang gestreckten Körper gebildet ist.
Des Weiteren offenbart die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Schmelze, insbesondere einer Metallschmelze, aufweisend ein Leiterelement zur Leitung optischer Signale, insbesondere zur Leitung von Licht, eine Messeinrichtung, die ein Detektorelement und ein Auswertungselement umfasst, sowie eine Halteeinrichtung, wobei mittels des Detektorelements die optischen Signale erfassbar und Signale an das Auswertungselement leitbar sind, wobei das Leiterelement in einer Messposition vollständig oberhalb in unmittelbarer Nähe eines Flüssigkeitsspiegels der Schmelze oder teilweise mit einem der Schmelze zugewandten Eintauchabschnitt unterhalb des Flüssigkeitsspiegels der Schmelze positioniert ist und mittels des Leiterelements die optischen Signale ausgehend von der Schmelze in Richtung des Detektorelements leitbar sind, wobei das Leiterelement aus einem lang gestreckten Körper gebildet ist.
Abschließend behandelt die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur einer Schmelze, insbesondere einer Metallschmelze, mittels eines Leiterelements zur Leitung optischer Signale, insbesondere zur Leitung von Licht, einer Messeinrichtung, die ein Detektorelement und ein Auswertungselement umfasst, sowie einer Halteeinrichtung, wobei das Detektorelement und das Leiterelement an der Halteeinrichtung angeordnet sind, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte:

a) Das Leiterelement wird entweder vollständig oberhalb in unmittelbarer Nähe eines Flüssigkeitsspiegels der Schmelze oder teilweise unterhalb des Flüssigkeitsspiegels der Schmelze positioniert.
b) Von der Schmelze ausgehende optische Signale werden mittels des Leiterelements in Richtung des Detektorelements geleitet.
c) Mittels des Detektorelements werden die von dem Leiterelement geleiteten optischen Signale, die von einem Abstrahlbereich des Leiterelements abstrahlen, erfasst und es werden Signale an das Auswertungselement weitergeleitet.
d) Mittels des Auswertungselements werden die von dem Detektorelement weitergeleiteten Signale ausgewertet und eine Temperatur der Schmelze bestimmt.

Stand der Technik
Die Messung der Temperatur einer Schmelze ist in der Praxis von besonderer Bedeutung. Beispielsweise im Bereich des Stranggießens ist die Temperatur einer der entscheidenden Parameter hinsichtlich der Eigenschaften des Metalls und der Funktionstüchtigkeit der eingebundenen Walzen. Während eine zu hohe Temperatur der Schmelze dazu führen kann, dass die Erstarrung nicht ausreichend voran schreitet und eine Durchbruchgefahr besteht, birgt eine zu niedrige Temperatur das Risiko der Beschädigung der Walzen, da das Material zu schnell erstarrt und die Walzen entsprechend hohe Druckkräfte aufbringen müssen.
Eine besonders gängige Vorrichtung, die für derartige Temperaturmessungen eingesetzt wird, basiert auf der so genannten Thermoelektrizität, die die Wechselwirkung zwischen den physikalischen Größen Temperatur und Spannung beschreibt. So entsteht in einem Stromkreis aus zwei verschiedenen elektrischen Leitern, die an zwei Kontaktstellen miteinander verbunden sind, bei einer Temperaturdifferenz zwischen den Kontaktstellen eine elektrische Spannung. Durch Messung dieser Spannung kann schließlich auf die anliegende Temperaturdifferenz geschlossen werden. Dieses Prinzip der Temperaturmessung macht sich beispielsweise die DE 35 28 161 C1 zunutze. Diese beschreibt ein Thermoelement aus einem so genannte „Thermopaar“, also einer Kombination aus zwei verschiedenen elektrischen Leitern aus unterschiedlichen Materialien, die – umhüllt von einem Schutzrohr – in eine Schmelze eingetaucht werden. Typisch für das Thermopaar ist die Kombination von Platin und Platinrhodium. Eine grundlegende Erläuterung des Verfahrens geht außerdem aus der DE 1 200 905 A hervor.
Die Verwendung von Platin als Material für einen Messdraht geht ferner aus der GB 2 223 100 A hervor, wobei hier der Draht aus lediglich einem Material besteht, an den eine externe Spannung angelegt wird. In Abhängigkeit des elektrischen Widerstands, den der elektrische Leiter (Draht) aufweist, kann auf die Temperatur des Drahtes geschlossen werden, da die elektrische Leitfähigkeit eines Materials von dessen Temperatur abhängig ist. Der Draht wird hierfür in ein Glasrohr eingesetzt und zusammen mit dem Glasrohr in die Schmelze eingetaucht. Eine ähnliche Vorrichtung ist der DE 100 15 481 C1 entnehmbar.
Beide vorgenannten Verfahren haben den Nachteil, dass die Kosten für die jeweiligen Vorrichtungen besonders hoch sind. Dies liegt insbesondere an der Verwendung des Platins, welches besonders hohe Materialkosten verursacht.
Alternativ zu den vorgenannten elektrischen Messverfahren wird zunehmend ein optisches Messverfahren der eingangs beschriebenen Art genutzt, wobei ein Leiterelement sowie eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zum Einsatz kommen. Beispielsweise die DE 103 31 124 B3 zeigt eine Vorrichtung, die eine optische Faser aufweist, mittels derer optische Signale aus einer Schmelze abgreifbar, mittels eines Detektorelements erfassbar und an ein Auswertungselement leitbar sind. Die gezeigte Vorrichtung ist gleichzeitig als Probennehmer zum Entnehmen einer Probe der Schmelze verwendbar, wobei ein Hüllkörper die optische Faser umschließt, ohne jedoch die Faser zu berühren, das heißt, dass eine innere Mantelfläche des Hüllkörpers nicht in direktem Kontakt mit der Faser steht. Gemäß der vorgenannten Schrift soll die optische Faser in einem Eintauchabschnitt frei liegen und in die Schmelze eingeführt werden. Ein übriger Teil der Faser, also insbesondere der Teil, der nicht in die Schmelze eingetaucht wird, kann eine Beschichtung aufweisen, beispielsweise Kunststoff.
Die gezeigte Vorrichtung weist den Nachteil auf, dass das Eintauchen der optischen Faser in eine dichte beziehungsweise „zähflüssige“ Schmelze oder aber eine Schmelze, die auf einer Oberseite mit einer (zähen) Schlackeschicht bedeckt ist, aufgrund fehlender Eigenstabilität nicht möglich ist. Ferner kann die Vorrichtung nicht für Schmelzen mit hohen Temperaturen verwendet werden, da die optische Faser vollständig ungeschützt ist und hohen Temperaturen nicht standzuhalten vermag. Somit würde die Faser im Zuge der Durchstoßung einer Schlacke – sofern dies überhaupt gelingen würde – bereits stark beschädigt und kann nicht in zuverlässiger Weise lange genug in der Schmelze verweilen, so dass eine akkurate Messung durchgeführt werden könnte.
Eine weitere Vorrichtung zur optischen Temperaturbestimmung einer Schmelze zeigt die DE 10 2005 061 675 B3 , wobei die Vorrichtung zur Bestimmung der Temperatur der Schmelze fest an einem Behälter für die Schmelze angeordnet ist. Die in dieser Schrift gezeigte Vorrichtung ist insbesondere zur kontinuierlichen Messung der Temperatur in dem Behälter geeignet, wobei eine optische Faser fortwährend durch eine Öffnung an einer Unterseite des Behälters in die darin befindliche Schmelze „geblasen“ wird. Das von der Schmelze abstrahlende Licht wird von der optischen Faser aufgenommen und in Richtung eines Detektorelements geleitet. Der geringe Widerstand der optischen Faser gegen die hohe Temperatur der Schmelze macht ein fortwährendes Nachführen der Faser erforderlich, wobei der Aufbau der Vorrichtung im Hinblick auf die gasbetriebene Nachführung der Faser sehr aufwendig und fehleranfällig ist. Ein weiterer Nachteil ist die Notwendigkeit, dass ständig Gas in die Schmelze eingeblasen werden muss. Dies ist zum einen aufwendig und zum anderen ergeben sich hierdurch Wechselwirkungen, die den Behälter beschädigen können.
Eine weitere Vorrichtung zur Bestimmung der Temperatur einer Schmelze mittels einer optischen Faser ist der DE 10 2010 020 715 A1 entnehmbar. Diese zeigt eine von einem Schutzkörper eingefasste optische Faser, wobei der Schutzkörper aus einem lichtdurchlässigen Material, typischerweise Glas, besteht. Im Unterschied zur oben erwähnten DE 103 31 124 B3 ist der die optische Faser umgebende Körper an einem unteren Ende geschlossen, so dass die optische Faser räumlich vollständig von einer Umgebung getrennt ist, wobei die optische Faser für die Durchführung einer Messung mit einem unteren Ende bis an ein Bodenelement des Schutzkörpers geführt wird. Der Schutzkörper wird schließlich im Zuge einer Temperaturmessung in die jeweilige Schmelze eingetaucht beziehungsweise die Schmelze wird mittels eines Entnahmebehälters um einen Endabschnitt des Schutzkörpers angeordnet. Aufgrund der Lichtdurchlässigkeit des Schutzkörpers können die optischen Signale von der optischen Faser aufgenommen und abgeleitet werden.
Letztgenannte Vorrichtung weist insbesondere den Nachteil auf, dass bei jeder Messung nicht nur die optische Faser, sondern darüber hinaus auch der Schutzkörper und ein zugehöriges Trägerrohr ausgewechselt werden muss, so dass die Betriebskosten unter Verwendung dieser Vorrichtung hoch sind. Das Trägerrohr, das ebenfalls vor den hohen Temperaturen der Schmelze geschützt ist, verursacht zudem einen verfälschenden Schmutzeintrag in die Schmelze, da die zu dessen Schutz vorgesehene Schicht aus Pappe in der Schmelze verbrennt und Rückstände zurücklässt.
Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein zugehöriges Verfahren bereitzustellen, welches sich durch besonders einfache Handhabbarkeit und geringe Betriebskosten auszeichnet. Ferner sollte die Vorrichtung auch in Bereichen stark erhöhter Temperatur einsetzbar sein, beispielsweise in einem Hochofen.
Lösung
Die zugrunde liegende Aufgabe wird ausgehend von einem Leiterelement der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Leiterelement zumindest in einem der Schmelze zugewandten Endabschnitt, vorzugsweise vollständig, eine solche Biegesteifigkeit aufweist, dass allein mittels des Leiterelements eine auf der Schmelze befindliche Schlacke durchstoßbar und/oder zumindest der der Schmelze zugewandte Endabschnitt des Leiterelements allein in die Schmelze eintauchbar ist.
Unter optischen Signalen im Sinne dieser Anmeldung werden allgemein Photonen („Lichtteilchen“) verstanden, wobei das optische Signal in seiner Eigenschaft als elektromagnetische Welle nicht auf einen bestimmten Frequenzbereich, insbesondere nicht auf den für das menschliche Auge sichtbaren Frequenzbereich, eingeschränkt ist. Vielmehr ist im Hinblick auf die gewünschte Anwendung des Leiterelements im Rahmen einer Bestimmung einer Temperatur insbesondere Licht im Frequenzbereich von 0,1 μm bis 10 μm mittels des Leiterelements leitbar.
Unter dem Begriff der Steifigkeit wird die Eigenschaft eines Körpers verstanden, die einen Zusammenhang zwischen einer auf den Körper wirkenden Kraft oder eines auf den Körper wirkenden Drehmoments und der daraus resultierenden Verformung des Körpers beschreibt. Umso steifer ein Körper ist, desto geringer ist dessen Verformung unter „Last“. Die so genannte Dehnsteifigkeit beschreibt den Zusammenhang zwischen Kraft und Verformung und die Biegesteifigkeit schließlich den Zusammenhang zwischen Drehmoment und Verformung, wobei unter Wirkung einer Kraft der Körper gedehnt beziehungsweise gestaucht wird und unter Wirkung eines Drehmoments der Körper gekrümmt wird. Die Biegesteifigkeit (EI) errechnet sich zum Produkt aus dem Elastizitätsmodul (E) des Materials, aus dem der jeweilige Körper gebildet ist, und dem Flächenträgheitsmoment (I) des Körpers, das von der Geometrie desselben abhängt. Während der Elastizitätsmodul eine Materialkonstante ist, kann die Biegesteifigkeit eines Körpers maßgebend durch die Wahl des Materials und durch die Wahl einer geeigneten Querschnittsgeometrie des Körpers beeinflusst werden. Umso höher die Biegesteifigkeit eines Körpers ist, desto geringer ist dessen Verformung („Krümmung“) unter Einwirkung eines Biegemoments.
Ferner ist die Neigung zum so genannten „Knicken“ maßgeblich durch die Biegesteifigkeit eines Körpers beeinflusst. Somit hängt die so genannte „kritische Last“, unter der ein Körper ausknickt, proportional mit der Biegesteifigkeit zusammen, wobei unter der kritischen Last eine Normalkraft in axiale Richtung des Körpers verstanden wird. Umso höher die Biegesteifigkeit eines Körpers ist, desto höher die die kritische Last und umso geringer ist die Knickneigung des Körpers.
Aus diesem Zusammenhang wird klar, dass eine gewisse Biegesteifigkeit notwendig ist, damit ein Körper unter einer gewissen Normalkraft nicht durch Knicken versagt. Im vorliegenden Fall bedeutet dies konkret, dass das Leiterelement, welches allein und insbesondere ohne aussteifende Elemente in eine Schmelze einführbar sein soll, eine gewisse Mindest-Biegesteifigkeit aufweisen muss, damit eine typischerweise auf einer Schmelze befindliche Schlacke durchstoßen werden kann und/oder das Leiterelement eigenständig in die Schmelze eintauchen kann beziehungsweise dies zumindest mit einem der Schmelze zugewandten Endabschnitt zu tun vermag. Dies hängt damit zusammen, dass insbesondere eine Schlacke – und gleichermaßen die eigentliche Schmelze – eine gewisse Zähigkeit aufweisen, so dass das Leiterelement gewissermaßen in die Schmelze „eingedrückt“ werden muss, also mit einer Normalkraft beaufschlagt werden muss, damit die Schlacke durchstoßen und/oder das Leiterelement allein in die Schmelze eingetaucht werden kann. Die Biegesteifigkeit des Leiterelements muss schließlich so gewählt werden, dass die jeweils auf das Leiterelement wirkende Normalkraft, die benötigt wird, um die Schlacke zu durchstoßen und/oder das Leiterelement allein in die Schmelze einzutauchen, stets unterhalb der kritischen Last liegt und somit ein Knicken des Leiterelements nicht eintritt.
Dabei soll das Leiterelement geeignet sein, die auf der Schmelze befindliche Schlacke allein zu durchstoßen und/oder allein in die Schmelze einzutauchen. Unter „allein“ ist hierbei zu verstehen, dass das Leiterelement nicht mittels aussteifender Elemente, wie beispielsweise einer Ummantelung oder aussteifenden Streben, verstärkt ist, sondern der gesamte Körper, der zur Leitung der optischen Signale geeignet ist, eigenständig und ohne zusätzliche Maßnahmen die notwendige Biegesteifigkeit aufweisen soll, um die Schlacke zu durchstoßen und/oder in die Schmelze einzutauchen, wobei diese Eigenschaft der erforderlichen Biegesteifigkeit zumindest in einem der Schmelze zugewandten Endabschnitt des Leiterelements verwirklicht sein soll.
Somit könnte ein ausreichend dick gefasstes Glasfaserbündel durchaus eine ausreichende Biegesteifigkeit aufweisen, um eine Schlacke zu durchstoßen und in eine Schmelze eingetaucht zu werden. Ein solches Bündel ist im Sinne dieser Anmeldung jedoch als eine Ansammlung einer Vielzahl einzelner Leiterelemente zur Leitung optischer Signale zu verstehen. Jede der Glasfasern für sich allein genommen würde jedoch aufgrund ihres typischerweise sehr kleinen Querschnitts nicht eine ausreichende Biegesteifigkeit aufweisen, um allein eine Schlacke durchstoßen zu können und/oder in eine Schmelze eingetaucht zu werden. Eine einzelne Glasfaser oder „optische Faser“ soll folglich nicht unter den Wortlaut des Anspruchs 1 fallen, da sie nicht die beschriebene Biegesteifigkeit aufweist. Sollte eine Vielzahl von Glasfasern beziehungsweise Leiterelementen beispielsweise durch Verschmelzen oder durch eine sonstige Art einer kraftschlüssigen Verbindung zusammengefügt werden, so dass die einzelnen Glasfasern mechanisch als eine Einheit wirken, wird diese Einheit ab dem Zeitpunkt der Verbindung als einzelnes Leiterelement im Sinne dieser Anmeldung verstanden. Sollte eine ausreichende Biegesteifigkeit eines solchen Leiterelements zum Durchstoßen einer Schlacke und/oder Eintauchen in eine Schmelze auf diese Weise erzeugt werden, soll dies mit von der Erfindung umfasst sein.
Gleichermaßen fällt eine Glas„faser“, die derart ausgebildet ist, dass sie für sich allein genommen die notwendige Biegesteifigkeit aufweist, ebenfalls in den Wortlaut des Anspruchs 1, wobei die notwendige Biegesteifigkeit allein durch das Leiterelement und beispielsweise nicht durch ein so genanntes „Coating“, das heißt eine Beschichtung, erreicht werden soll.
Der Vorteil der Ausbildung eines Leiterelements auf die vorstehend beschriebene Art und Weise liegt darin, dass neben dem Leiterelement keine weiteren Teile und/oder Elemente notwendig sind, um eine Schlacke einer Schmelze zu durchstoßen und/oder in eine Schmelze einzutauchen. Ein derartiges Leiterelement vereint somit die Möglichkeit der Übertragung optischer Signale sowie die mechanische Voraussetzung für dessen Verwendung insbesondere im Bereich der Temperaturmessung einer Schmelze. Nach dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es hingegen stets notwendig, die jeweiligen Leiterelemente zu ummanteln, mittels weiterer Körper zu umschließen oder auf sonstige Art und Weise zu schützen und/oder zu verstärken. Die Verwendung eines Leiterelements zur Leitung optischer Signale von einer Schmelze kann mittels des erfindungsgemäßen Leiterelements besonders vereinfacht werden. Insbesondere ist zusätzlicher Aufwand zur Aussteifung des Leiterelements nicht notwendig.
Zusätzlich zur Biegesteifigkeit ist ein weiterer wichtiger Parameter für die die Bestimmung der kritischen Last die so genannte „Knicklänge“, die als Abstand zwischen zwei Wendepunkten der Knickbiegelinie definiert ist. Es leuchtet sofort ein, dass eine Neigung zum Knicken umso größer ist, desto länger der jeweilige Körper ist. Eine Möglichkeit, die Biegesteifigkeit eines Körpers möglichst klein wählen zu können und dennoch ausreichend Biegesteifigkeit gemäß Anspruch 1 vorzusehen, kann folglich darin bestehen, die Knicklänge des Leiterelements zu reduzieren.
Eine Eigenschaft, die Rückschlüsse sowohl auf die Biegesteifigkeit als auch auf die Länge des Körpers mit Einschränkungen zulässt, ist die so genannte Schlankheit, die die Länge eines Körpers ins Verhältnis zu dessen Querschnitt setzt. Somit knickt ein schlanker Körper, das heißt ein Körper, bei dem das Verhältnis von dessen Länge zu dessen Querschnitt besonders groß ist, typischerweise schneller, das heißt bei einer geringeren kritischen Last, als ein gedrungener Körper. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sollte das Leiterelement daher so ausgestaltet sein, dass ein Quotient aus einer in axiale Richtung des Leiterelements gemessenen (freien) Länge des Leiterelements und einer minimalen, senkrecht zu der axialen Richtung gemessenen Breite des Leiterelements maximal 250, vorzugsweise maximal 100, weiter vorzugsweise maximal 50, beträgt. Das heißt, dass die maximale Schlankheit des Leiterelements auf das angegebene Maß beschränkt werden sollte, um eine Knickneigung des Leiterelements zu beschränken. Unter „maximaler Schlankheit“ wird die größte am Querschnitt errechenbare Schlankheit verstanden. Somit weist beispielsweise ein rechteckiger Querschnitt zwei unterschiedliche Schlankheiten auf, je nachdem ob die Länge des Leiterelements mit der langen oder der kurzen Seite des Querschnitts ins Verhältnis gesetzt wird.
Ferner sollte das Leiterelement so ausgebildet sein, dass eine Querschnittsfläche des Leiterelements zumindest in dem der Schmelze zugewandten Endabschnitt mindestens 10 mm², vorzugsweise mindestens 50 mm², weiter vorzugsweise mindestes 100 mm², beträgt. Als Querschnittsfläche wird hier die Fläche des Querschnitts verstanden, die durch das Material des Leiterelements gebildet ist. Am Beispiel eines Rechteckquerschnitts entspräche die Querschnittsfläche also dem Produkt der Kantenlängen a x b und am Beispiel eines Rohrquerschnitts der Fläche des Kreisrings, der aus dem Material gebildet ist, also π × (r_a ² – r_i ²) mit r_a = Außenradius und r_i = Innenradius des Kreisrings.
Eine Mindest-Querschnittsfläche des Leiterelements ist sinnvoll, um das Leiterelement mit einer thermischen Kapazität auszustatten. Konkret bedeutet dies, dass ein „dicker“ Querschnitt verhältnismäßig lang einer hohen Temperatur, wie sie beispielsweise in einer Metallschmelze zu erwarten ist, zerstörungsfrei standhält, während ein eher filigraner Querschnitt, beispielsweise ein solcher einer einzelnen Glasfaser, zügig über seine gesamte Querschnittsfläche über ein kritisches Maß aufgeheizt und schließlich zerstört wird. Mittels einer Querschnittsfläche mit genanntem Mindestmaß kann eine gewisse „Überlebensdauer“ des Leiterelements unter hohen Temperaturen sichergestellt werden. Ferner leuchtet ein, dass bei Einhaltung des genannten Mindestquerschnitts das Kriterium der ausreichenden Biegesteifigkeit gemäß Anspruch 1 besonders einfach eingehalten werden kann.
Konkret sind als Leiterelement in geometrischer Hinsicht jegliche Formen von Stäben, Stangen, Rohren und dergleichen denkbar, wobei diese Aufzählung lediglich beispielhaft ist. Das Leiterelement muss insbesondere zur Leitung optischer Signale geeignet sein, das heißt, dass ein geeignetes Material verwendet werden muss. Hier ist insbesondere die Nutzung von Quarzglas empfehlenswert, andere Materialien, die das Kriterium der Lichtleitung erfüllen, sind jedoch ebenso denkbar.
Besonders vorteilhaft ist schließlich ein solches Leiterelement, welches zumindest in dem der Schmelze zugewandten Endabschnitt ein Hohlkörper, vorzugsweise ein Quarzglasrohr, ist. Die Wahl der Geometrie des Leiterelements zu einem Hohlkörper bedeutet, dass möglichst viel Material in einem gewissen Abstand zu einer Mittelachse des Leiterelements angeordnet wird. Auf diese Weise kann bereits unter Verwendung geringer Materialmengen und Querschnitte eine hohe Biegesteifigkeit, da der Abstand des vorhandenen Materials von den Hauptachsen des Systems quadratisch in das Flächenträgheitsmoment des Querschnitts einfließt. Eine Ausbildung in Form eines Quarzglasrohres wird hier als optimal angesehen, da das Quarzglasrohr

• zur Leitung optischer Signale geeignet ist (Glas),
• als Rohr einen symmetrischen Querschnitt aufweist,
• als Rohr einen Hohlkörper bildet, bei dem das Material möglichst in einem Abstand um die Mittelachse des Hohlkörpers angeordnet ist,
• das Quarzglas hohen Temperaturen standzuhalten vermag und
• besonders einfach verfügbar und günstig herstellbar ist.

Ein Quarzglasrohr eignet sich sehr gut für die Leitung von Licht. Auf das Rohr treffende Photonen treten dabei in die Wandung des Rohres ein und werden nach dem Prinzip der Totalreflektion in der Wandung gehalten und somit ausgehend von der Schmelze in dem Quarzglasrohr geleitet. Die Funktionsweise hinsichtlich der Leiteigenschaften für optische Signale ist insofern den Eigenschaften einer Glasfaser ähnlich. Gleichermaßen könnte für diesen Zweck auch ein Vollquerschnitt aus Quarzglas genutzt werden, jedoch ist dieser weniger wirtschaftlich als ein Hohlkörper beziehungsweise Rohrquerschnitt, da ein größerer Materialeinsatz erforderlich ist, um eine gewünschte Biegesteifigkeit zu erzeugen. Ferner sind gängige Produktionsverfahren für Körper aus Glas besonders für Hohlkörper optimiert, so dass deren Herstellung erheblich leichter fällt. Auf einen weiteren besonderen Vorteil der Ausbildung des Leiterelements in Form eines Hohlkörpers wird später im Hinblick auf eine Nutzung eines hohlkörperförmigen Leiterelements als Probennehmer gesondert eingegangen.
Die Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß ferner dadurch gelöst, dass das Leiterelement zumindest in einem der Schmelze zugewandten Endabschnitt, vorzugsweise vollständig, eine solche Biegesteifigkeit aufweist, dass allein mittels des Leiterelements eine auf der Schmelze befindliche Schlacke durchstoßbar und/oder zumindest der der Schmelze zugewandte Endabschnitt des Leiterelements allein in die Schmelze eintauchbar ist.
Unter einer „unmittelbaren Nähe“ des Leiterelements zum Flüssigkeitsspiegel der Schmelze wird hierbei verstanden, dass das Leiterelement zumindest so nah an die Schmelze herangeführt werden muss, dass von der Schmelze emittierte Strahlung (Photonen) in das Leiterelement eintreten kann, um von diesem in Richtung des Detektorelements geleitet werden zu können. Hierzu ist es bei Schmelzen, die von einer Schlacke bedeckt sind, zumindest notwendig, das Leiterelement in die Schlacke einzuführen, wozu es erfindungsgemäß aufgrund seiner Biegesteifigkeit geeignet ist.
Das Detektorelement hat die Funktion, die optischen Signale, die es von dem Leiterelement erfasst, zu bearbeiten, wobei diese Bearbeitung beispielsweise in der reinen Bündelung der optischen Signale und deren Weiterleitung an das Auswertungselement oder aber in der Erfassung der optischen Signale und deren Umwandlung in elektrische Signale bestehen kann. Letztendlich hat das Detektorelement lediglich die Aufgabe, die von dem Leiterelement aus der Schmelze abgegriffenen Signale zu erfassen und Signale – unabhängig ob optischer, elektrischer oder sonstiger Natur – an das Auswertungselement weiterzuleiten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist die bereits genannten Vorteile auf. Somit ist aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Leiterelements eine besonders einfache Bestimmung der Temperatur möglich. Insbesondere ist das zu der Vorrichtung gehörende Leiterelement besonders günstig herstellbar, da es keiner zusätzlichen Schutz- oder Aussteifungselemente bedarf, um die Schlacke zu durchstoßen und/oder in die Schmelze eingetaucht zu werden. Durch das Eintauchen des Leiterelements in die Schmelze können die von dieser abgestrahlten optischen Signale mittels des Leiterelements aufgenommen und in Richtung des Detektorelements geleitet werden.
Das Leiterelement kann mehrteilig aufgebaut sein, wobei in einem solchen Fall zumindest ein der Schmelze zugewandter Endabschnitt des Leiterelements die geforderte Biegesteifigkeit aufweisen soll. Ein Abschnitt des Leiterelements beispielsweise, der nicht in die Schmelze eingetaucht wird, kann demnach durchaus eine geringere Biegesteifigkeit aufweisen, da dieser für das Durchstoßen der Schlacke und/oder das Eintauchen in die Schmelze nicht verwendet wird. Ein der Schmelze abgewandter Teil des Leiterelements kann somit beispielsweise als Glasfaser ausgebildet sein, die lediglich die optischen Signale, die von dem biegefesten Teil aus der Schmelze heraus geleitet werden, „übernimmt“ und in Richtung des Detektorelements weiterleitet. Bei einer solchen Glasfaser würde es sich somit um eine so genannte extrinsischen Teil des Leiterelements handeln, während der biegesteife, der Schmelze zugewandte Endabschnitt des Leiterelements intrinsisch wäre.
Dabei ist insbesondere ein solches Leiterelement vorteilhaft, bei dem ein Quotient aus einer in axiale Richtung des Leiterelements gemessenen Länge des Leiterelements und einer minimalen, senkrecht zu der axialen Richtung des Leiterelements gemessenen Breite des Leiterelements maximal 250, vorzugsweise maximal 100, weiter vorzugsweise maximal 50, beträgt. Dieser Quotient kann als so genannte „Schlankheit“ des Leiterelements aufgefasst werden. Die Länge des Leiterelements wird dabei als „freitragende Länge“ aufgefasst, die typischerweise ausgehend von einer Lagerung des Leiterelements an der Halteeinrichtung aus bis zu dessen der Schmelze zugewandtem Ende des Leiterelements reicht, wobei das Leiterelement mit einem Ende an einer erfindungsgemäßen Vorrichtung typischerweise mittels einer Einspannung befestigt ist und auf diese Weise durch Festlegung aller sechs Freiheitsgrade statisch bestimmt im Raum gelagert ist. Auf diese Weise können auf das Leiterelement wirkende Kräfte und Momente an die Lagerung abgetragen werden. Durch die Beschränkung der Schlankheit wird – wie vorstehend bereits erläutert – die Neigung des Leiterelements zum Knicken beschränkt.
Ferner ist eine solche Vorrichtung besonders vorteilhaft, deren Leiterelement eine Querschnittsfläche aufweist, die – zumindest in dem der Schmelze zugewandten Endabschnitt – mindestens 10 mm², vorzugsweise mindestens 50 mm², weiter vorzugsweise mindestes 100 mm², beträgt. Die Vorteile eines solchen Leiterelements sind vorstehend bereits erläutert worden, wobei insbesondere die thermische Kapazität des Leiterelements im Vordergrund steht.
Vorzugsweise sollte das Leiterelement zumindest in einem der Schmelze zugewandten Endabschnitt als Hohlkörper, vorzugsweise als zylindrischer Hohlkörper, weiter vorzugsweise als Quarzglasrohr, ausgeführt sein. Die Vorzüge eines solchen Leiterelements, sind vorstehend bereits aufgeführt worden. Das Quarzglasrohr dient somit selbst mittels seiner Wandung zur Leitung der optischen Signale, wobei eine Erfassung der Signale mittels eines Detektorelements besonders einfach erfolgen kann, sofern das Quarzglasrohr an einem der Schmelze abgewandten Ende flach abgeschnitten ist, so dass ein Endquerschnitt des Quarzglasrohres als Kreisring ausgebildet ist. Die optischen Signale, die in der Wand mittels der Totalreflektion transportiert werden, treten dann an diesem Endquerschnitt beziehungsweise der Stirnfläche des Quarzglasrohres aus, so dass die Stirnfläche gewissermaßen als Abstrahlfläche für die aus der Schmelze abgegriffenen optischen Signale wirkt. Diese können schließlich – ausgehend von der Abstrahlfläche – besonders einfach mittels des Detektorelements erfasst werden.
Der Hohlkörper sollte vorzugsweise einen Innendurchmesser zwischen 1 mm und 50 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 20 mm, weiter vorzugsweise zwischen 3 mm und 10 mm, aufweisen. In diesen Grenzen ist je nach Anwendungsfall eine ausreichende Biegesteifigkeit des Leiterelements beziehungsweise des Hohlkörpers erreichbar, wobei eine Wandung des Hohlkörpers eine Dicke von mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mindestens 0,75 mm, weiter vorzugsweise mindestens 1,0 mm, aufweisen sollte. Eine Dicke der Wandung in diesem Bereich ist sinnvoll, so dass der Hohlkörper mechanischen Einflüssen, wie beispielsweise Stößen, widerstehen kann und so eine gewisse praxisrelevante Robustheit aufweist.
In einer möglichen Ausführungsvariante der Vorrichtung ist der Hohlkörper an einem der Schmelze zugewandten Ende verschlossen, vorzugsweise mittels eines halbsphärischen Bodenteils. Alternativ kann der Verschluss des der Schmelze zugewandten Endes auch spitz beziehungsweise in Form eines Kegels ausgeführt sein. Eine solche Geometrie ist besonders einfach herstellbar und ermöglicht ein besonders leichtes Einführen des Hohlkörpers in die Schmelze beziehungsweise eine besonders einfache Durchstoßung der gegebenenfalls darauf befindlichen Schlacke. Sofern der Hohlkörper ausschließlich die Funktion der Leitung der optischen Signale ausübt, kann das Verschließen desselben vorteilhaft sein, damit keine Schmelze in den Innenraum des Hohlkörpers eindringt. Dies wäre insofern von Nachteil, als dass die Wandung des Hohlkörpers bei Beaufschlagung mit heißer Schmelze sowohl von der Innen- als auch von der Außenseite her deutlich schneller aufgeheizt wird und eine Überlebensdauer des Hohlkörpers – gerade in Schmelzen hoher Temperatur – kürzer ausfällt, als wenn die Schmelze lediglich von der Außenseite der Wandung an selbiger anstehen würde.
Alternativ kann es jedoch gerade sinnvoll sein, einen an einem der Schmelze zugewandten Ende geöffneten Hohlkörper zu verwenden, damit Schmelze in den „Hohlraum“ beziehungsweise den Innenraum des Hohlkörpers eindringen kann. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Leiterelement in Form des Hohlkörpers neben der Funktion der Leitung der optischen Signale ferner als Probennehmer fungieren soll. Durch das Öffnen des Hohlkörpers an dessen unterem Ende wird im Zuge einer Temperaturmessung Schmelze in den Hohlkörper eintreten. Sobald der Hohlkörper aus der Schmelze entnommen wird, da beispielsweise die Temperaturmessung abgeschlossen ist, kann direkt der in dem Hohlraum des Hohlkörpers befindliche Teil der Schmelze mit dem Hohlkörper zusammen entnommen werden. Somit weist das Leiterelement in Form des Hohlkörpers zwei Funktionen auf. Aufgrund der besonders einfachen Herstellung eines geöffneten Hohlkörpers kann es jedoch ebenso sinnvoll sein, einen solchen zu verwenden, obwohl eine Nutzung als Probennehmer nicht gewünscht ist.
Bei der Verwendung eines an der Unterseite geöffneten Hohlkörpers kann es notwendig sein, diesen an dem geöffneten unteren Ende mit einer zerstörbaren Schutzabdeckung zu versehen. Diese soll insbesondere davor schützen, dass im Zuge der Durchstoßung einer auf der Schmelze befindlichen Schlacke selbige in den Hohlkörper eintritt. Die Schutzabdeckung könnte beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie bei einer bestimmten Umgebungstemperatur nur für eine kurze Zeitspanne erhalten bleibt und in der Umgebung der Schmelze alsbald zerstört wird beziehungsweise schmilzt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass ausschließlich Schmelze in den Hohlkörper eintritt.
Dieser Eintritt kann beispielsweise dadurch begünstigt werden, dass in dem Hohlkörper ein Unterdruck aufgebracht wird, so dass die Schmelze gewissermaßen in den Hohlkörper gesogen wird.
Sollte das Leiterelement direkt in seiner Funktion als Probennehmer verwendet werden, ist es sinnvoll, ein Stopperelement in dem Hohlkörper anzuordnen, das einen umlaufenden äußeren Rand aufweist, der an eine innere Mantelfläche des Hohlkörpers angeschlossen ist. Dieses Stopperelement dient dazu, einen „Aufstieg“ der Schmelze in dem Hohlkörper zu begrenzen. Das Stopperelement kann beispielsweise aus einem Keramikplättchen gebildet sein, wobei das Stopperelement so ausgebildet sein sollte, dass ein Austausch von Luft von einer Unterseite zu einer Oberseite des Stopperelements und umgekehrt möglich ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist das der Schmelze abgewandte Ende des Leiterelements lösbar an dem der Schmelze zugewandten Endbereich der Halteeinrichtung befestigbar oder befestigt, wobei das Leiterelement vorzugsweise mittels eines Schnellverschlusses an der Halteeinrichtung befestigbar oder befestigt ist. Wenngleich das erfindungsgemäße Leiterelement aufgrund seiner typischerweise gegenüber herkömmlichen Leiterelementen vergrößerten Querschnittsfläche der thermischen Belastung einer Schmelze deutlich besser standzuhalten vermag als die herkömmlichen Leiterelemente, kann es doch notwendig werden, das Leiterelement regelmäßig zu wechseln. Dies ist insbesondere beim Einsatz der Vorrichtung im Bereich von Hochöfen zur Bestimmung der Temperatur einer Metallschmelze der Fall, wobei derartige Schmelzen Temperaturen bis 1800 °C aufweisen können. Trotz einer erhöhten thermischen Trägheit nimmt gerade in solchen Einsatzbereichen das Leiterelement bei jeder Verwendung Schaden, so dass ein regelmäßiger Wechsel desselben notwendig sein kann. Mittels eines Schnellverschlusses kann ein Wechsel eines benutzten Leiterelements gegen ein neues besonders einfach und schnell vollzogen werden. Lange Ausfallzeiten aufgrund aufwendiger Montagen entfallen entsprechend. Als Schnellverschluss ist beispielsweise ein Steckadapter denkbar, andere Arten von Schnellverschlüssen sind jedoch nicht ausgeschlossen, wobei zur Verwendung eines Schnellverschlusses typischerweise kein externes Werkzeug benötigt wird.
Eine weiterhin vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Detektorelement in einem der Schmelze zugewandten Endbereich der Halteeinrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Detektorelement die optischen Signale, die von dem gleichfalls an dem der Schmelze zugewandten Endbereich der Halteeinrichtung angeordneten Leiterelement emittiert beziehungsweise abgestrahlt werden, besonders einfach aufnehmen und im folgenden Signale an das Auswertungselement weiterleiten.
In diesem Zusammenhang ist es besonders von Vorteil, wenn ein Abstand von einer Detektoroberfläche des Detektorelements bis zu einem Abstrahlbereich des Leiterelements, von dem die optischen Signale ausgehen, die von dem Detektorelement erfassbar sind, kleiner als 60 cm, vorzugsweise kleiner als 40 cm, weiter vorzugsweise kleiner als 20 cm, ist. Nachdem das Leiterelement die optischen Signale von der Schmelze aufgenommen hat, wobei es typischerweise zumindest mit einem Eintauchabschnitt in die Schmelze eingetaucht wird oder in unmittelbarer Nähe des Flüssigkeitsspiegels der Schmelze angeordnet ist, werden diese optischen Signale in dem Leiterelement in Richtung des Detektorelements „aus der Schmelze heraus“ transportiert. Am Beispiel des Leiterelements in Form eines Quarzglasrohres geschieht dies mittels der Leitung der optischen Signale in dessen Wandung, wobei die optischen Signale aufgrund der Totalreflektion am Übergang der Medien Glas und Luft in der Wandung „gefangen“ bleiben. An einer oberen Stirnfläche treten die optischen Signale schließlich aus dem Leiterelement aus. Diese Stirnfläche bildet den genannten Abstrahlbereich.
Das Detektorelement dient nun dazu, die von dem Abstrahlbereich ausgehenden Signale zu erfassen. Typischerweise sind derartige Detektorelement mit einer Optik („Detektoroberfläche“) ausgestattet, die eingehende optische Signale mittels einer (Sammel-)Linse auf einen weiteren Lichtleiter konzentrieren und diese anschließend an das Auswertungselement geleitet werden. Der Vorgang des Erfassens der vom Abstrahlbereich emittierten Strahlung wird dabei umso schwieriger, desto weiter die Detektoroberfläche von dem Abstrahlbereich entfernt ist, da die optischen Signale mit zunehmender Entfernung von dem Abstrahlbereich in ihrer Intensität abnehmen. Die Positionierung der Detektoroberfläche in der genannten Entfernung zum Abstrahlbereich des Leiterelements ist daher zu bevorzugen. Gleichzeitig sollte der Abstand von der Detektoroberfläche zum Abstrahlbereich des Leiterelements nicht zu klein gewählt werden, um das Detektorelement möglichst von den hohen Temperaturen der Schmelze fernzuhalten. Insbesondere sollte das Detektorelement einer Temperatur von maximal 300 °C, vorzugsweise maximal 200 °C, weiter vorzugsweise maximal 100 °C, ausgesetzt werden. Ein Abstand des Detektorelements von der Schmelze einer in der Messposition befindlichen Vorrichtung sollte generell mindestens 10 cm, vorzugsweise mindestens 30 cm, weiter vorzugsweise mindestens 50 cm, betragen.
Zur Erhöhung der Distanz zwischen der Schmelze und dem Detektorelement ist es gleichermaßen möglich, die von dem Leiterelement an dessen der Schmelze abgewandten Stirnfläche abgestrahlten optischen Signale mittels einer Umlenkeinrichtung, die mindestens eine spiegelnde Fläche aufweist, umzulenken. Eine solche Umlenkeinrichtung kann beispielsweise in der Art eines Periskops ausgeführt werden.
Wenngleich das Leiterelement allein beziehungsweise für sich allein genommen dazu geeignet ist, die Schlacke einer Schmelze zu durchstoßen und/oder in eine Schmelze einzutauchen, so kann es dennoch sinnvoll sein, das Leiterelement mit einem Schutzkörper einzufassen. Dies kann insbesondere für die Verwendung des Leiterelements in Schmelzen besonders hoher Temperatur sinnvoll sein, damit zur Messung der Temperatur der Schmelze ausreichend Zeit zur Verfügung steht.
Neben der Messung der Temperatur kann eine längere Verweilzeit des Leiterelements auch für einen weiteren Anwendungsfall von besonderem Interesse sein. Somit weist die Vorrichtung in einer vorteilhaften Ausgestaltung ein Emitterelement zur Emission einer Strahlung auf, insbesondere ein Laser zur Emission von Licht, mittels dessen die Strahlung in Richtung der Schmelze emittierbar ist, wobei von der Schmelze ausgehende optische Signale, die als Folge der emittierten Strahlung auftreten, mittels eines Detektorelements erfassbar sind. Mittels einer auf diese Weise ausgestatteten Vorrichtung kann neben der Bestimmung der Temperatur der Schmelze ferner eine chemische Zusammensetzung derselben bestimmt werden. Hierfür kommt das Verfahren der so genannten Laser-Emissionspektroskopie zum Einsatz.
Dabei wird mittels eines Lasers Strahlung emittiert, die im Folgenden auf das zu analysierende Material („Probe“) – hier also die Schmelze – trifft. Dabei wird die Probe aufgrund natürlicher Absorption erhitzt und teilweise verdampft und gleichermaßen werden chemische Verbindungen aufgelöst und Atome „angeregt“, das heißt, dass ein Elektron eines jeweiligen Atoms gemäß dem Bohrschen Atommodell ausgehend von einem Grundzustand auf eine „höheren Schale“, also ein erhöhtes Energieniveau, gehoben werden. Da dieser Zustand nicht stabil ist, fällt das Elektron alsbald von dem erhöhten Energieniveau auf das ursprüngliche Niveau, den so genannten Grundzustand, zurück. Dabei wird eine diskrete Energie in der gleichen Menge, die vorher für die Anhebung des Energieniveaus des Elektrons erforderlich war, in Form eines Photons freigesetzt. Durch Erfassung der Energie dieses Photons kann schließlich ein Rückschluss darauf gezogen werden, in welchem Atom der beschriebene Prozess stattgefunden hat, womit der Nachweis erbracht ist, dass das entsprechende Atom anwesend ist.
Das Detektorelement, mittels dessen diese Photonen erfasst werden, kann optimalerweise dasselbe Detektorelement sein, welches bereits zur Erfassung der Photonen im Zuge der Temperaturmessung genutzt wird. Vorzugsweise sollte die von dem Emitterelement emittierte Strahlung durch das Leiterelement in Richtung der Schmelze und gleichermaßen die von der Schmelze aufgrund der Anregung durch das Emitterelement emittierte Strahlung wiederum durch das Leiterelement in Richtung des Detektorelements geleitet werden. Das Leiterelement dient also ganz generell zur Leitung optischer Signale, sowohl in Richtung der Schmelze als auch „aus der Schmelze heraus“. Mittels der Leitung der Laserstrahlung durch das Leiterelement in Richtung der Schmelze kann insbesondere eine Störung in der Übertragung – beispielsweise durch in der Luft vorhandene Partikel (Qualm, Dampf) vermieden werden.
In einer möglichen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist selbige tragbar ausgeführt. Insbesondere weist die Halteeinrichtung einen Tragegriff auf, der vorzugsweise an einem der Schmelze abgewandten Ende der Halteeinrichtung angeordnet ist. Mittels eines solchen Tragegriffs ist es für einen Anwender der Vorrichtung besonders einfach, die Vorrichtung zu verwenden. Insbesondere fällt es dem Anwender mittels der Halteeinrichtung leicht, das an dem der Schmelze zugewandten Ende der Halteeinrichtung angeordnete Leiterelement ruhig und ohne große körperliche Anstrengung aus einer für den Anwender sicheren Entfernung in die Schmelze einzuführen und so die optischen Signale aus der Schmelze abzugreifen. Vorteilhafterweise sollte das Auswertungselement an einem der Schmelze abgewandten Ende der Halteeinrichtung angeordnet sein und auf diese Weise vor hohen Temperaturen in der Nähe der Schmelze geschützt sein. Generell ist eine Position des Auswertungselements relativ zu der Schmelze nicht von Bedeutung, da die Leitung der vom Auswertungselement auszuwertenden Signale über eine größere Distanz – beispielsweise mittels einer Glasfaser – besonders einfach ist.
Alternativ zu einer handgeführten Vorrichtung kann insbesondere die Verwendung eines Bewegungsautomaten von Interesse sein, der die Bestimmung der Temperatur mittels der Vorrichtung automatisiert durchführt. Unter Verwendung eines Schnellverschlusses zum Anschluss des Leiterelements an die Halteeinrichtung kann ein solcher Bewegungsautomat sogar ohne großen maschinellen Aufwand selbst einen Austausch des Leiterelements vorsehen, sofern letzteres für weitere Messungen nicht länger geeignet ist.
Die zugrunde liegende Aufgabe wird ferner ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass allein mittels des Leiterelements eine auf der Schmelze befindliche Schlacke durchstoßen und/oder zumindest ein der Schmelze zugewandter Endabschnitt des Leiterelements allein in die Schmelze eingetaucht wird. Mittels des erfindungsgemäßen Leiterelements sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dieses Verfahren besonders einfach durchführbar. Die Vorzüge dieses erfindungsgemäßen Verfahrens sind vorstehend bereits ausführlich dargelegt worden.
Das Verfahren ist dann besonders vorteilhaft, wenn an mehreren Stellen des Abstrahlbereichs des Leiterelements abstrahlende optische Signale nacheinander oder gleichzeitig erfasst werden. Auf diese Weise können im Zuge einer Messung, das heißt im Zuge einer einmaligen Verwendung des Leiterelements, mehrere Messwerte ermittelt werden und auf diese Art und Weise ein statistisches Mittel über die einzelnen Messewerte gebildet werden. Dies führt zu einer zunehmenden Verlässlichkeit der Aussage über die aktuell vorherrschende Temperatur der Schmelze. Die Verwendung eines zylindrischen Hohlkörpers als Leiterelement ist in diesem Zusammenhang besonders sinnvoll, da die kreisringförmige Abstrahlfläche typischerweise eine ausreichende Querschnittsfläche aufweist, so dass an mehreren Stellen die optischen Signale erfasst werden können.
Besonders vorteilhaft ist ferner ein solches Verfahren, bei dem zusätzlich oder alternativ zur Bestimmung der Temperatur der Schmelze ferner eine chemische Zusammensetzung der Schmelze bestimmt wird, wobei

a) mittels eines Emitterelements, insbesondere eines Lasers, Strahlung, insbesondere Licht, in Richtung der Schmelze emittiert wird,
b) mittels eines Detektorelements von der Schmelze ausgehende, als Folge der Strahlung auftretende optische Signale erfasst werden,
c) von dem Detektorelement Signale an ein Auswertungselement geleitet werden und
d) mittels des Auswertungselements die chemische Zusammensetzung der Schmelze bestimmt wird.

Auf diese Weise kann die Vorrichtung gleichzeitig zur Bestimmung der Temperatur der Schmelze, als auch zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung derselben genutzt werden. Das zugrunde liegende Prinzip wurde vorstehend bereits erläutert. Das Verfahren ist dann besonders vorteilhaft, wenn die von dem Emitterelement emittierte Strahlung mittels des Leiterelements in Richtung der Schmelze geleitet wird und ebenso die von der Schmelze emittierte Strahlung mittels des Leiterelements wieder zurück in Richtung des Detektorelements geleitet wird.
Ferner ist ein solches Verfahren besonders von Vorteil, bei dem mittels des Leiterelements eine Probe aus der Schmelze entnommen wird, wobei das Leiterelement ein Hohlkörper, vorzugsweise ein zylindrischer Hohlkörper, weiter vorzugsweise ein Quarzglasrohr ist, das an einem der Schmelze zugewandten Ende geöffnet ist, wobei

a) ein der Schmelze zugewandter Eintauchabschnitt des Hohlkörpers in die Schmelze eingetaucht wird,
b) ein Teil der Schmelze in den Hohlkörper geleitet wird und
c) der Eintauchabschnitt des Hohlkörpers zusammen mit dem Teil der Schmelze aus der Schmelze entnommen wird.

Dieses Verfahren ist insbesondere mittels eines hohlkörperförmigen Leiterelements besonders einfach durchführbar. Die Entnahme einer Probe der Schmelze ist besonders einfach durchführbar, indem ein Unterdruck in dem Hohlkörper erzeugt wird und die Schmelze auf diese Weise in den Hohlkörper „gesogen“ wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann somit unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bis zu drei Funktionen gleichzeitig aufweisen. Diese lauten wie folgt:

• Bestimmung der Temperatur der Schmelze
• Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der Schmelze
• Entnahme einer Probe der Schmelze

Für sämtliche drei Funktionen der Vorrichtung ist das erfindungsgemäße Leiterelement besonders vorteilhaft und gegenüber dem Stand der Technik sowohl in der Anwendung einfacher als auch in der Herstellung günstiger.
Ausführungsbeispiele
Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Leiterelement sind nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargstellt sind, näher erläutert.
Es zeigen:
1: Eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
2: Ein Detail eines erfindungsgemäßen geschlossenen Leiterelements,
3: Ein Detail eines erfindungsgemäßen geöffneten Leiterelements und
4: Ein Detail eines Abstrahlbereichs eines Leiterelements.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die in 1 dargestellt ist, umfasst ein erfindungsgemäßes Leiterelement 2, ein Detektorelement 3, eine Halteeinrichtung 4 und ein Auswertungselement 5. Die Vorrichtung 1 soll dazu genutzt werden, die Temperatur einer Schmelze 6 zu bestimmen, die sich einem Behälter 7 befindet. Oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels 8 der Schmelze 6 befindet sich eine Schlacke 9.
Das Leiterelement 2 ist an einem der Schmelze 6 zugewandten Ende der Halteeinrichtung 4 angeordnet. Bei dem Leiterelement 2 handelt es sich hier um ein Quarzglasrohr, das an einem der Schmelze zugewandten Ende mittels eines halbsphärischen Bodenteils 10 verschlossen ist. Das Leiterelement 2 ist mittels eines Schnellverschlusses 11 an dem der Schmelze zugewandten Ende der Halteeinrichtung 4 befestigt. Eine freie Länge 12 des Leiterelements 2, die sich von einem mittels des Schnellverschlusses 11 gebildeten Auflager bis zu dem Bodenteil 10 des Leiterelements 2 erstreckt, beträgt hier 50 cm. Das Leiterelement 2 ist hohl, wobei dessen Wandung 13 im Querschnitt betrachtet eine Form eines Kreisrings aufweist. Ein Innendurchmesser 14 des Leiterelements beträgt hier 10 mm, während eine Dicke 15 der Wandung 13 des Leiterelements 2 ca. 1,0 mm beträgt. Somit ergibt sich eine Querschnittsfläche des Leiterelements 2 von ca. π × (12² – 10²) ≈ 138 mm² und eine Schlankheit von 500/(1 + 10 + 1) ≈ 42. Alternativ ist es selbstverständlich ebenso möglich, das Leiterelement 2 mit einem rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auszubilden. Auch eine Ausbildung als Vollquerschnitt ist ohne weiteres denkbar. Ein Flächenträgheitsmoment des kreisringförmigen Querschnitts berechnet sich hier zu I_yy = A/4 × (r_a ² + r_i ²) = 138/4 × (12² + 10²) ≈ 8430 mm⁴. Mit einem angenommenen Elastizitätsmodul von Glas von ca. E = 70.000 N/mm² ergibt sich somit eine Biegesteifigkeit von EI = 70.000 × 8430 = 590.100.000 Nmm² ≈ 59 × 10⁷ Nmm². Eine kritische Last, unter der das Leiterelement ausknicken würde, ergibt sich entsprechend zu F_k = (π² × EI)/l_s ², wobei eine so genannte Knicklänge l_s aufgrund des statischen Systems des Leiterelements 2 (Kragträger) hier zu dem doppelten der freien Länge 12 angesetzt werden muss, also zu 2 × 50 = 100 cm = 1000 mm. Damit ergibt sich die kritische Last zu F_k = (π² × 59 × 10⁷) / 1000² ≈ 5.820 N = 5,8 kN. Ein Durchstoßen der Schlacke 9, die sich auf der Schmelze 6 befindet, bedarf einer erheblich geringeren Kraft, so dass das Leiterelement 2 ohne Weiteres dazu geeignet ist, die Schlacke 9 allein, also ohne weitere aussteifende und/oder verstärkende Bauteile, zu durchstoßen und in die Schmelze 6 einzutauchen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Leiterelement 2 außerhalb der Schmelze 6 angeordnet. Eine Bestimmung der Temperatur der Schmelze 6 findet entsprechend in dem in 1 gezeigten Moment nicht statt. Sobald allerdings das Leiterelement 2 in die Schmelze 6 eingetaucht wird, werden von der Schmelze 6 emittierte optische Signale in Form von Licht („Wärmestrahlung“) in die Wandung 13 des Leiterelements 2 eintreten. Dies ist insbesondere in 2 dargestellt, wobei in 2 exemplarisch ein Strahlengang 16 eines Lichtstrahls gezeigt ist. An einem der Schmelze 6 abgewandten Ende des Leiterelements 2 ist selbiges flach abgeschnitten und geöffnet (vgl. 4). An diesem Ende weist das Leiterelement 2 einen Abstrahlbereich 17 auf, der durch eine endseitige Stirnfläche des Leiterelements 2 gebildet ist. Die in der Wandung 13 des Leiterelements 2 geleiteten optischen Signale treten an dieser Stirnfläche des Leiterelements 2 aus.
Das Detektorelement 3 ist dazu geeignet, die von der Abstrahlbereich 17 des Leiterelements 2 ausgehenden optischen Signale zu erfassen. Dies ist insbesondere in 4 dargestellt. Das hier gezeigte Detektorelement 3 weist eine Detektoroberfläche 18 in Form einer Sammellinse auf, die von dem Abstrahlbereich 17 des Leiterelements 2 ausgehende optische Signale bündelt und an eine optische Faser 19, typischerweise eine Glasfaser, übergibt, wobei es sich bei diese Faser 19 um eine extrinsische Faser handelt. Die Darstellung gemäß 4 ist gegenüber einer Optik eines handelsüblichen Detektorelements 3 stark vereinfacht. Typischerweise weist eine solche Optik vielmehr ein Linsensystem als eine einzelne Linse auf. Das Detektorelement 3 dient also gewissermaßen einer Signalbearbeitung, indem es die von dem Leiterelement 2 ausgehenden optischen Signale erfasst und in Form von optischen Signalen weiterleitet. Eine Umwandlung – beispielsweise in elektrische Signale – ist ebenfalls denkbar, wird im gezeigten Beispiel allerdings nicht durchgeführt. Ein Abstand 20 zwischen dem Abstrahlbereich 17 des Leiterelements 2 und der Detektoroberfläche 18 des Detektorelements 3 ist hier zu 25 cm gewählt (vgl. 1 und 4). Das Detektorelement 3 ist entsprechend in einem der Schmelze 6 zugewandten Endbereich der Halteeinrichtung 4 angeordnet.
Ausgehend von dem Detektorelement 3 werden Signale in Richtung des Auswertungselements 5 geleitet. Im gezeigten Beispiel erfolgt dies mittels der optischen Faser 19. Das Auswertungselement 5 ist an einem der Schmelze 6 abgewandten Ende der Halteeinrichtung 4 angeordnet. Es dient dazu, die von dem Detektorelement 3 übermittelten Signale auszuwerten und eine Temperatur der Schmelze zu bestimmen.
Die Halteeinrichtung 4 ist tragbar. Sie weist eine Länge von 2,0 m auf und ist aus einem Metallrohr gebildet, welches einen Durchmesser von ¾’’ aufweist. An einem der Schmelze 6 abgewandten Ende der Halteeinrichtung 4 ist ein Tragegriff 21 angeordnet, mit dem die Halteeinrichtung 4 getragen werden kann. Insbesondere ist es mittels des Tragegriffs 21 für einen Anwender besonders einfach, die Halteeinrichtung 4 präzise zu führen und eine Temperaturmessung sicher durchzuführen.
Wie bereits erwähnt wurde, ist das in 2 dargestellte Leiterelement 2 mittels des Bodenteils 10 an einem der Schmelze zugewandten Ende verschlossen. Auf diese Weise kann das Leiterelement 2 besonders einfach durch die Schlacke 9 gestoßen und in die Schmelze 6 eingetaucht werden, ohne dass sowohl Schmelze 6 als auch Schlacke 9 in einen Innenraum 22 des Leiterelements 2 eintreten können. Dies ist insbesondere dahingehend von Vorteil, als dass das Leiterelement 2 auf diese Weise lediglich von einem Außenbereich her mit einem heißen Medium beaufschlagt wird und es somit vermag, einer hohen thermischen Belastung der Schmelze 6 verhältnismäßig lange standzuhalten. Selbst solche Messungen, die eine Zeitspanne von ca. 10 Sekunden benötigen, können mittels eines solchen Leiterelements 2 besonders einfach durchgeführt werden.
In 3 ist ein alternatives erfindungsgemäßes Leiterelement 2’ dargestellt, welches an dem der Schmelze 6 zugewandten Ende geöffnet ist. Derartige Leiterelemente 2’ sind typischerweise im Bereich einer unterseitigen Eintrittsöffnung 23 mit einem nicht dargestellten Schutzelement temporär abgedichtet. Ein derartiges Schutzelement kann beispielsweise aus einem dünnen Metallblech gebildet sein. Es erfüllt lediglich die Funktion, dass im Zuge der Durchstoßung der Schlacke 9 mittels des Leiterelements 2’ selbige nicht in den Innenraum 22 des Leiterelements 2’ eintreten kann. Innerhalb einer kurzen Aufenthaltsdauer des Schutzelements in der Schmelze 6 löst sich selbiges auf und gibt die Eintrittsöffnung 23 frei, so dass Schmelze in den Innenraum 22 des Leiterelements 2’ eintreten kann.
Das Leiterelement 2’ kann neben der bereits erläuterten Funktion der Leitung optischer Signale ferner zur Entnahme einer Probe der Schmelze genutzt werden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass in dem Innenraum 22 des Leiterelements 2’ ein Unterdruck aufgebaut wird, der dazu führt, dass ein Teil der Schmelze 6 in das Leiterelement 2’ gesogen wird. In einem Abstand 24 von der Eintrittsöffnung 23 ist ein Stopperelement 25 angeordnet. Dies dient dazu, ein Aufsteigen der Schmelze 6 in dem Leiterelement 2’ über ein gewünschtes Maß hinaus zu verhindern. Das Stopperelement 25 ist typischerweise so ausgebildet, dass es einen Durchtritt von Luft von einer Oberseite 26 des Stopperelements 25 zu dessen Unterseite 27 und umgekehrt zulässt, jedoch ein Durchtritt von Schmelze 6 in derselben Art nicht möglich ist. Es ist in dem Leiterelement 2 gehalten, indem ein äußerer Rand des Stopperelements 25 an eine innere Mantelfläche der Wandung 13 anschließt. Eine Verbindung zwischen dem äußeren Rand des Stopperelements 25 und der Mantelfläche des Leiterelements 2 muss dabei nicht zwingend vollständig umlaufend sein.
Im Zuge eines Herausziehens des Leiterelements 2’ aus der Schmelze 6 wird folglich der in dem Leiterelement 2’ befindliche Teil der Schmelze 6 mit aus der Schmelze 6 entnommen. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Leiterelement 2’ als Probennehmer genutzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2, 2’: Leiterelement
3: Detektorelement
4: Halteeinrichtung
5: Auswertungselement
6: Schmelze
7: Behälter
8: Flüssigkeitsspiegel
9: Schlacke
10: Bodenteil
11: Schnellverschluss
12: Länge
13: Wandung
14: Innendurchmesser
15: Dicke
16: Strahlengang
17: Abstrahlbereich
18: Detektoroberfläche
19: Faser
20: Abstand
21: Tragegriff
22: Innenraum
23: Eintrittsöffnung
24: Abstand
25: Stopperelement
26: Oberseite
27: Unterseite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3528161 C1 [0005]
DE 1200905 A [0005]
GB 2223100 A [0006]
DE 10015481 C1 [0006]
De 10331124 B4 [0008]
DE 102005061675 B3 [0010]
DE 102010020715 A1 [0011]
DE 10331124 B3 [0011]

Claims

Leiterelement (2) zur Leitung optischer Signale, insbesondere zur Leitung von Licht, von einer Schmelze (6), insbesondere einer Metallschmelze, in Richtung einer Messeinrichtung, mit der eine Temperatur der Schmelze (6) bestimmbar ist, wobei das Leiterelement (2) aus einem lang gestreckten Körper gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterelement (2) zumindest in einem der Schmelze (6) zugewandten Endabschnitt, vorzugsweise vollständig, eine solche Biegesteifigkeit aufweist, dass allein mittels des Leiterelements (2) eine auf der Schmelze (6) befindliche Schlacke (9) durchstoßbar und/oder zumindest der der Schmelze (6) zugewandte Endabschnitt des Leiterelements (2) allein in die Schmelze (6) eintauchbar ist.
Leiterelement (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Quotient aus einer in axiale Richtung des Leiterelements (2) gemessenen Länge (12) des Leiterelements (2) und einer minimalen, senkrecht zu der axialen Richtung gemessenen Breite des Leiterelements (2) maximal 250, vorzugsweise maximal 100, weiter vorzugsweise maximal 50, beträgt.
Leiterelement (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche des Leiterelements (2) zumindest in dem der Schmelze (6) zugewandten Endabschnitt mindestens 10 mm², vorzugsweise mindestens 50 mm², weiter vorzugsweise mindestes 100 mm², beträgt.
Leiterelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterelement (2) zumindest in dem der Schmelze (6) zugewandten Endabschnitt ein Hohlkörper, vorzugsweise ein Quarzglasrohr, ist.
Vorrichtung (1) zur Bestimmung der Temperatur einer Schmelze (6), insbesondere einer Metallschmelze, aufweisend ein Leiterelement (2) zur Leitung optischer Signale, insbesondere zur Leitung von Licht, eine Messeinrichtung, die ein Detektorelement (3) und ein Auswertungselement (5) umfasst, sowie eine Halteeinrichtung (4), wobei mittels des Detektorelements (3) die optischen Signale erfassbar und Signale an das Auswertungselement (5) leitbar sind, wobei das Leiterelement (2) in einer Messposition vollständig oberhalb in unmittelbarer Nähe eines Flüssigkeitsspiegels (8) der Schmelze (6) oder teilweise mit einem der Schmelze (6) zugewandten Eintauchabschnitt unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (8) der Schmelze (2) positioniert ist und mittels des Leiterelements (2) die optischen Signale ausgehend von der Schmelze (6) in Richtung des Detektorelements (3) leitbar sind, wobei das Leiterelement (2) aus einem lang gestreckten Körper gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterelement (2) zumindest in einem der Schmelze (6) zugewandten Endabschnitt, vorzugsweise vollständig, eine solche Biegesteifigkeit aufweist, dass allein mittels des Leiterelements (2) eine auf der Schmelze (6) befindliche Schlacke (9) durchstoßbar und/oder zumindest der der Schmelze (6) zugewandte Endabschnitt des Leiterelements (2) allein in die Schmelze (6) eintauchbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Quotient aus einer in axiale Richtung des Leiterelements (2) gemessenen Länge (12) des Leiterelements (2) und einer minimalen, senkrecht zu der axialen Richtung des Leiterelements (2) gemessenen Breite des Leiterelements (2) maximal 250, vorzugsweise maximal 100, weiter vorzugsweise maximal 50, beträgt. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche des Leiterelements (2) zumindest in dem der Schmelze (6) zugewandten Endabschnitt mindestens 10 mm², vorzugsweise mindestens 50 mm², weiter vorzugsweise mindestes 100 mm², beträgt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterelement (2) zumindest in einem der Schmelze (6) zugewandten Endabschnitt ein Hohlkörper, vorzugsweise ein zylindrischer Hohlkörper, weiter vorzugsweise ein Quarzglasrohr, ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser (14) des Hohlkörpers zwischen 1 mm und 50 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 20 mm, weiter vorzugsweise zwischen 3 mm und 10 mm, beträgt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung (13) des Hohlkörpers eine Dicke (15) von mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mindestens 0,75 mm, weiter vorzugsweise mindestens 1,0 mm, aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper an einem der Schmelze (6) zugewandten Ende verschlossen ist, vorzugsweise mittels eines halbsphärischen oder kegelförmigen Bodenteils (10) verschlossen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper an einem der Schmelze (6) zugewandten Ende geöffnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein in dem Hohlkörper angeordnetes Stopperelement (25), das einen umlaufenden äußeren Rand aufweist, der an eine innere Mantelfläche des Hohlkörpers angeschlossen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 13, gekennzeichnet durch das der Schmelze (6) abgewandte Ende des Leiterelements (2) lösbar an dem der Schmelze (6) zugewandten Endbereich der Halteeinrichtung (4) befestigbar oder befestigt ist, wobei das Leiterelement (2) vorzugsweise mittels eines Schnellverschlusses (11) an der Halteeinrichtung (4) befestigbar oder befestigt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektorelement (3) in einem der Schmelze (6) zugewandten Endbereich der Halteeinrichtung (4) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (20) von einer Detektoroberfläche (18) des Detektorelements (3) bis zu einem Abstrahlbereich (17) des Leiterelements (2), von dem die optischen Signale ausgehen, die von dem Detektorelement (3) erfassbar sind, kleiner als 60 cm, vorzugsweise kleiner als 40 cm, weiter vorzugsweise kleiner als 20 cm, ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterelement (2) mit mindestens einem Schutzkörper eingefasst ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertungselement (5) an einem der Schmelze (6) abgewandten Ende der Halteeinrichtung (4) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) tragbar ausgeführt ist, insbesondere die Halteeinrichtung (4) einen Tragegriff (21) aufweist, der vorzugsweise an einem der Schmelze (6) abgewandten Ende der Halteeinrichtung (4) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 19, gekennzeichnet durch ein Emitterelement zur Emission einer Strahlung, insbesondere ein Laser zur Emission von Licht, in Richtung der Schmelze (6), wobei von der Schmelze ausgehende optische Signale, die als Folge der emittierten Strahlung auftreten, mittels eines Detektorelements erfassbar sind, wobei die von der Schmelze (6) ausgehenden optischen Signale vorzugsweise mittels des Leiterelements (2) in Richtung des Detektorelements leitbar sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Emitterelement ausgehende Strahlung mittels des Leiterelements (2) in Richtung der Schmelze (6) leitbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 21, gekennzeichnet durch eine Umlenkeinrichtung, die mindestens eine spiegelnde Fläche aufweist, mittels derer von einem Abstrahlbereich (17) des Leiterelements (2) abstrahlende optische Signale umlenkbar sind.
Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur einer Schmelze (6), insbesondere einer Metallschmelze, mittels eines Leiterelements (2) zur Leitung optischer Signale, insbesondere zur Leitung von Licht, einer Messeinrichtung, die ein Detektorelement (3) und ein Auswertungselement (5) umfasst, sowie einer Halteeinrichtung (4), wobei das Detektorelement (3) und das Leiterelement (2) an der Halteeinrichtung (4) angeordnet sind, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte: a) Das Leiterelement (2) wird entweder vollständig oberhalb in unmittelbarer Nähe eines Flüssigkeitsspiegels (8) der Schmelze (6) oder teilweise mit einem der Schmelze (6) zugewandten Eintauchabschnitt unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (8) der Schmelze (6) positioniert. b) Von der Schmelze (6) ausgehende optische Signale werden mittels des Leiterelements (2) in Richtung des Detektorelements (3) geleitet. c) Mittels des Detektorelements (3) werden die von dem Leiterelement (2) geleiteten optischen Signale, die von einem Abstrahlbereich (17) des Leiterelements (2) abstrahlen, erfasst und es werden Signale an das Auswertungselement (5) weitergeleitet. d) Mittels des Auswertungselements (5) werden die von dem Detektorelement (3) weitergeleiteten Signale ausgewertet und eine Temperatur der Schmelze (6) bestimmt. gekennzeichnet durch den folgenden Verfahrensschritt: e) Allein mittels des Leiterelements (2) wird eine auf der Schmelze (6) befindliche Schlacke (9) durchstoßen und/oder zumindest ein der Schmelze (6) zugewandter Endabschnitt des Leiterelements (2) allein in die Schmelze (6) eingetaucht.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander oder gleichzeitig an mehreren Stellen des Abstrahlbereichs (17) des Leiterelements (2) abstrahlende optische Signale erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich oder alternativ zur Bestimmung der Temperatur der Schmelze (6) ferner eine chemische Zusammensetzung der Schmelze bestimmt wird, wobei a) mittels eines Emitterelements, insbesondere eines Lasers, Strahlung, insbesondere Licht, in Richtung der Schmelze (6) emittiert wird, b) mittels eines Detektorelements von der Schmelze (6) ausgehende, als Folge der Strahlung auftretende optische Signale erfasst werden, c) von dem Detektorelement Signale an ein Auswertungselement geleitet werden und d) mittels des Auswertungselements die chemische Zusammensetzung der Schmelze (6) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Emitterelement ausgehende Strahlung mittels des Leiterelements (2) in Richtung der Schmelze geleitet wird und vorzugsweise ferner die von der Schmelze (6) ausgehenden, als Folge der Strahlung auftretenden optischen Signale mittels des Leiterelements (2) in Richtung des Detektorelements geleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Leiterelements (2) eine Probe aus der Schmelze (6) entnommen wird, wobei das Leiterelement (2) ein Hohlkörper, vorzugsweise ein zylindrischer Hohlkörper, weiter vorzugsweise ein Quarzglasrohr ist, das an einem der Schmelze (6) zugewandten Ende geöffnet ist, wobei a) ein der Schmelze (6) zugewandter Eintauchabschnitt des Hohlkörpers in die Schmelze (6) eingetaucht wird, b) ein Teil der Schmelze (6) in den Hohlkörper geleitet wird und c) der Eintauchabschnitt des Hohlkörpers zusammen mit dem Teil der Schmelze (6) aus der Schmelze (6) entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze (6) in den Hohlkörper geleitet wird, indem ein Unterdruck in dem Hohlkörper erzeugt wird.