DE10251077B4

DE10251077B4 - Wassergekühlte Sondenaufnahme, Meßsondenhalter und Abschlußelement für Schmelzspiegelniveaumeßgeräte

Info

Publication number: DE10251077B4
Application number: DE2002151077
Authority: DE
Inventors: Rudolf Greber; Wolfgang Haberkorn; Theo Meierhöfer
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2002-11-02
Filing date: 2002-11-02
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2022-11-03
Also published as: DE10251077A1

Abstract

Wassergekühlte Sondenaufnahme (2) für Meßsondenhalter für Schmelzspiegelniveaumeßgeräte in einer Glaswanne mit einem Kanal zur Aufnahme eine Sondenkabels, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkabelkanal (4) mit einem partiell luftdurchlässigen Abschluß-Element (7) abschließt, in das eine Sonde (6) eingebracht werden kann und mit dem eine mantelförmige Spülluftströmung um die Sonde (6) herum erzeugbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine wassergekühlte Sondenaufnahme für Meßsondenhalter für Schmelzspiegelniveaumeßgeräte in einer Glaswanne mit einem Kanal zur Aufnahme eines Sondenkabels. Ferner betrifft die Erfindung einen Meßsondenhalter für Schmelzspiegelniveaumeßgeräte mit einer Sondenaufnahme und darin ange schlossen einer Sondenkabelzuführung, wobei die Sondenaufnahme einen Sondenkabelkanal als Fortsetzung der Sondenkabelzuführung aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Abschlußelement für Sondenaufnahmen für Meßsondenhalter für Schmelzspiegelniveaumeßgeräte.

Mit der Hilfe von Schmelzspiegelniveaumeßgeräten werden Niveauänderungen bzw. Abweichungen von einer bestimmten Sollhöhe der Schmelze in Glas- oder Basaltschmelzwannen oder Öfen gemessen. In der Regel werden spezielle Sonden verwendet, um die Niveauänderungen berührungslos zu messen.

Die Sonde wird mit Hilfe eines Meßsondenhalters über den Schmel zenpegel bewegt oder gehalten. Ein typischer Meßsondenhalter weist eine starre längliche Komponente auf, an der eine Sondenaufnahme befestigt ist. Außerdem weist ein typischer Meßsondenhalter eine Zuführung für das Sondenkabel auf, die in oder an der starren Kompo nente entlang verläuft und in der Sondenaufnahme mündet. Die Länge der Halterkomponente ist an die Abmessungen der Wanne bzw. des Ofens angepasst. Die Sondenaufnahme weist einen Sondenkabelkanal als Fortsetzung der Sondenkabelzuführung auf.

Es existieren Meßsondenhalter ohne Wasserkühlung und Meßsondenhalter mit Wasserkühlung. Die Sondenaufnahme kann bei bis zu 400°C eingesetzt werden. Das bedeutet, daß bei entsprechender Sondenlänge bei bis zu 1600°C Schmelzspiegeltemperatur gemessen werden könnte. Dies funktioniert jedoch nicht bei geschlossenen Glaswannen. Für die Messungen beispielsweise des Glasstandes in Läuter- oder Arbeitswannen werden wassergekühlte Meßsondenhalter eingesetzt.

Schmelzspiegel-Niveau-Messungen können durch das Auftreten von ionisierten Gasen in der Nähe der Sonde verfälscht werden. Ionisierte Gase können durch Flammenionisation entstehen. Um die ionisierten Gase von der Sonde fernzuhalten, hat man bisher versucht, von außen Spülluft in den Bereich der Meßstelle einzubringen. Es hat sich aber herausgestellt, dass die in den Wannenraum einströmende Luft die Temperatur negativ beeinflusst, was bei den Schmelzen zu einer Qualitätsminderung führen kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Meßsondenhalter bereitzustellen, der möglichst exakte Messungen erlaubt, ohne die Schmelze selbst negativ zu beeinflussen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Sondenaufnahme gemäß Anspruch 1. Ferner wird diese Aufgabe durch einen Meßsondenhalter gemäß Anspruch 5 sowie ein Abschlußelement gemäß Anspruch 8 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die ohnehin vorhandenen Elemente Sondenkabelzuführung und Sondenkabelkanal als Spülluftzuleitung genutzt werden können.

Das die Sondenaufnahme abschließende Abschlußelement dient einerseits dazu, die Sonde aufzunehmen und andererseits die Luftzufuhr zu dosieren. Indem die Luftströmung sehr gezielt eingebracht wird, sind schon geringe Mengen Spülluft ausreichend, um die Sonde vor Ionisationsstörungen zu schützen. Daher kommt es zu keiner messbaren Beeinflussung der Temperatur im Meßbereich.

Das Abschlußelement kann verschiedentlich ausgeführt sein. Beispielsweise kann es aus weichem porösem Material sein, in das die Sonde eingesteckt wird. Vorzugsweise besteht das Abschlußelement aus Vollmaterial mit Durchbrechungen. Durch die Anordnung der Durchbrechungen kann der Luftstrom in die gewünschte Richtung gelenkt werden. Das Abschlußelement kann auch sieb- oder düsenartig gestaltet sein.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, in dem Abschlußelement ein Mittel zur Halterung der Sonde vorzusehen. Indem die Sonde in dem Abschlußelement gehaltert ist, kann gewährleistet werden, dass die Spülluft unmittelbar an der Meßspitze zugeführt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform verbreitert sich der Sondenkabelkanal vor dem Abschlußelement. Durch die Verbreiterung verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit am Ausströmort der Spülluft. In Fällen von sehr plötzlicher sehr großer Verbreiterung kann sogar ein gewisser Kühlungseffekt durch die plötzliche Expansion erreicht werden, der die Sonde und die Sondenaufnahme ein wenig kühlt.

Besonders bevorzugt sind Meßsondenhalter, die einen Kühlwasservorlauf und einen Kühlwasserrücklauf aufweisen, die jeweils an die Sondenaufnahme angeschlossen sind. Mit ihnen kann das Schmelzspiegelniveau von hochtemperierten Schmelzen ermittelt werden. Bei derartigen Meßsondenhaltern hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Sondenkabelzuführung entweder im Kühlwasservorlauf oder im Kühlwasserrücklauf anzuordnen. Dies ist einerseits Platz sparend. Andererseits wird die Sondenkabelzuführung vor der großen Hitze in Wannen- bzw. Schmelzspiegelnähe geschützt.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen
1a einen erfindungsgemäßen Meßsondenhalter im Schnitt;
1b eine Draufsicht auf Sondenaufnahme mit Abschlußelement des erfindungsgemäßen Meßsondenhalters aus 1a;
1c eine Schnittdarstellung der Sondenaufnahme mit Abschlußelement des erfindungsgemäßen Meßsondenhalters aus 1a;
2a eine Glasstandmessung mit einem herkömmlichen Meßsondenhalter;
2b eine Glasstandmessung mit einem erfindungsgemäßen Meßsondenhalter;
3a eine Glasstandmessung mit einem herkömmlichen Meßsondenhalter und
3b eine Glasstandmessung mit einem erfindungsgemäßen Meßsondenhalter.
1a zeigt einen Meßsondenhalter 1 mit einer Sondenaufnahme 2, die mit einer Sondenkabelzuführung 3 verbunden ist, die einen Innendurchmesser von ca. 2,5 mm aufweist. Die Sondenkabelzuführung 3 mündet in den Sondenkabelkanal 4, der in der Sondenaufnahme 2 verläuft. In der Sondenkabelzuführung 3 und dem Sondenkabelkanal 4 befindet sich ein Sondenkabel 5, das mit der Meß-Sonde 6 einer Platin-Meßspitze, verbunden ist.
An die Sondenaufnahme 2 sind ein Kühlwasservorlauf 8 und ein Kühlwasserrücklauf 9 angeschlossen. Sie sind als stärre Rohre ausgebildet, um die Sondenaufnahme 2 an der Meßstelle knapp über dem Glasschmelzspiegel platzieren zu können. Im Kühlwasservorlauf 8 verläuft die Sondenkabelzuführung 3.
Die Platin-Meßspitze (6) ist in einem Abschlußelement 7 gehaltert. Das Abschlußelement 7 ist in 1b im eingebauten Zustand in Draufsicht und in 1c als Schnittdargestellt. Es ist aus Aluminiumoxidkeramik, um den hohen Temperaturen in unmittelbarer Nähe des Glasschmelzspiegels 10 standzuhalten. Das Abschlusselement weist eine Distanzhülse 17 auf, die auch aus Alumiuniumoxidkeramik ist. Über einen Silikonring 16 und einen Sicherungsring 15 aus Edelstahl ist das Abschlusselement 7 in der Sondenaufnahme 2 befestigt.
Das Abschlußelement 7 weist eine Haltebohrung 14 mit einem Durchmesser von 2 mm auf, in die die Platin-Meßspitze (6) eingeschoben werden kann. Außerdem weist das Abschlußelement 7 Schlitze 12 auf, die sternförmig um die Haltebohrung 14 für die Platin-Meßspitze (6) angeordnet sind. Die Haltebohrung 14 ist derart dimensioniert, daß die eingeschobene Platin-Meßspitze (6) fest eingespannt ist, so daß sie stabil mit der Sondenaufnahme 2 und damit dem Meßsondenhalter 1 befestigt ist.
An der Sondenkabelzuführung 3 befindet sich ein Spülluftanschluss 11. Die Sondenkabelzuführung 3 und der Sondenkabelkanal 4 weisen über im wesentlichen die gesamte Strecke einen Innendurchmesser von 2,5 mm auf. Dies ist ausreichend, um sowohl Platz für das Sondenkabel 5 zu bieten als auch eine hinreichende Luftzirkulation darinnen zu ermöglichen.
Die Spülluft wird mit einem nichtdargestellten Druckminderer auf den minimal notwendigen Druck reduziert, damit die ionisierten Gase von der Platin-Meßspitze (6) ferngehalten werden, ohne daß die Spülluft sich durch Temperaturminderung negativ auf die Glasschmelze auswirkt.
Im Bereich des Abschlußelementes 7 verbreitert sich der Sondenkabelkanal 4 um ein Vielfaches, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit der Spülluft vor dem Ausströmen durch die sternförmig angeordneten Schlitze 12 des Abschlußelementes 7 verringert wird.
Insgesamt wird gewährleistet, dass die Spülluft mantelförmig um die Platin-Meßspitze (6) strömt und diese vor Störungen durch ionisierte Gase schützt. Dabei ist die Spülluft derart dosiert, dass zwar die Ionisationsstörungen wirksam unterdrückt werden, die Temperatur im Messbereich aber nicht negativ beeinflusst wird.
Wie sich dies auf das Meßverhalten der Sonde auswirkt ist in den 2a, b und 3a, b zuerkennen. Die 2a und 3a zeigen Glasstandsmessungen, die vom 21.1.2002 bis zum 27.3.2002 mit einer herkömmlichen Anordnung durchgeführt wurden und die Figuren 2b und 3b zeigen Glasstandsmessungen, die vom 27.3.2002 bis zum 16.4.2002 mit erfindungsgemäßen Meßsondenhaltern durchgeführt wurden. In einer Glaswanne wurde der Schmelzspiegel kontinuierlich an 2 Meßstellen gleichzeitig gemessen. Dabei wurde an vier Messstellen mit einer Sonde im Regelbetrieb gearbeitet (2a, b), während die jeweils zweite Sonde an der anderen Messstelle als Kontrollmessung ungeregelt dazu parallel betrieben wurde (3a, b).
Aufgetragen sind die Abweichungen vom Soll-Schmelzspiegel in Millimetern. Bereiche von Messungen mit Schwankung im 10tel bis 100tel Millimeterbereich werden bei den herkömmlichen Anordnungen immer wieder durch sehr hohe Ausschläge im Millimeter- bis Zehnmillimeterbereich unterbrochen (2a, 3a), die durch Flammenionisation in der Nähe der Platin-Meßspitze hervorgerufen werden. Eine Regelung des Schmelzspiegels muß eigentlich im 10tel Millimeterbereich arbeiten. Dies ist mit den herkömmlichen Meßsondenhaltern nicht möglich.
Ab dem 27.3.2002 wurden die Messungen mit erfindungsgemäßen Meßsondenhaltern durchgeführt. Es treten zwar immer noch zwischendurch plötzliche Schwankungen auf (2b, 3b: 8.-11.4.2002). Diese Schwankungen bewegen sich aber im 10tel bis 1 Millimeterbereich. Sie sind viel seltener als bei herkömmlichen Meßsondenhaltern und nur von nur punktueller Dauer im Gegensatz zu Störungen bei herkömmlichen Meßsondenhaltern, die über Stunden und Tage gehen können. Außerdem stimmen diese plötzlichen Schwankungen an beiden Meßsonden dem Datum und der Höhe nach überein, was auf eine tatsächliche Störung des Schmelzpegels schließen lässt. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Meßsondenhaltern wird eine Regelungsgenauigkeit von unter 0,5 mm erreicht.

Claims

Wassergekühlte Sondenaufnahme (2) für Meßsondenhalter für Schmelzspiegelniveaumeßgeräte in einer Glaswanne mit einem Kanal zur Aufnahme eine Sondenkabels, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkabelkanal (4) mit einem partiell luftdurchlässigen Abschluß-Element (7) abschließt, in das eine Sonde (6) eingebracht werden kann und mit dem eine mantelförmige Spülluftströmung um die Sonde (6) herum erzeugbar ist.
Wassergekühlte Sondenaufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschluß-Element (7) aus Vollmatenal (13) mit Durchbrechungen (12) besteht.
Wassergekühlte Sondenaufnahme nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschluß-Element (7) ein Mittel (14) zur Halterung der Sonde (6) aufweist.
Wassergekühlte Sondenaufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkabelkanal (4) sich vor dem Abschluß-Element (7) verbreitert.
Meßsondenhalter für Schmelzspiegelniveaumessgeräte mit einer Sondenaufnahme gemäß einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 4 und daran angeschlossen einer Sondenkabelzuführung, wobei die Sondenaufnahme einen Sondenkabelkanal als Fortsetzung der Sondenkabelzuführung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sondenkabelzuführung (3) oder der Sondenkabelkanal (4) einen Spülluftanschluss (11) aufweist und der Sondenkabelkanal (4) mit einem partiell luftdurchlässigen Element (7) abschließt, in das eine Sonde (6) eingebracht werden kann.
Meßsondenhalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an die Sondenaufnahme (2) ein Kühlwasservorlauf (8) und ein Kühlwasserrücklauf (9) angeschlossen sind.
Meßsondenhalter nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenkabelzuführung (3) im Kühlwasservorlauf (8) oder im Kühlwasserrücklauf (9) angeordnet ist.
Abschlußelement (7) für Sondenaufnahmen (2) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 für Meßsondenhalter (1) für Schmelzspiegelniveaumeßgeräte, das partiell luftdurchlässig ist und in das eine Sonde (6) eingebracht werden kann.
Abschlußelement (7) nach Anspruch 8, das aus Vollmaterial (13) mit Durchbrechungen (12) besteht.
Abschlußelement (7) nach Anspruch 8 oder 9, das ein Mittel (14) zur Halterung der Sonde (6) aufweist.