DE1773549A1

DE1773549A1 - Einrichtung zum Messen von Temperaturen in vorzugsweise hochviskosen Medien

Info

Publication number: DE1773549A1
Application number: DE19681773549
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl-Ing Goermar
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1968-06-01
Filing date: 1968-06-01
Publication date: 1971-10-14
Also published as: DE1773549B2; GB1272476A; US3559486A; CH492966A; FR2011888A1

Description

DYNAMIT NOBEL AKTIENGESELLSCHAFT 1773549 Troisdorf Bez. Köln

Einrichtung zum Messen von Temperaturen in vorzugsweise hochviskosen Medien

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen von Temperaturen in vorzugsweise hochviskosen Medien, beispielsweise in einer thermoplastischen Kunststoffschmelze, mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse, dessen eines Ende eine Befestigungsvorrichtung aufweist, und mit einem darin axial verschiebbar geführten und an dem befestigungsseitigen Gehäuseende herausragenden Tauchrohr, das an seinem freien Ende einen j beispielsweise als Thermoelement oder Halbleiter-Widerstandsthermometer ausgebildeten Temperaturfühler aufweist.

Derartige Einrichtungen haben den Zweck, die Temperaturverteilung in einem bestimmten Querschnitt eines strömenden Mediums in radialer Richtung bestimmen zu können,'um so die tatsächlichen Stofftemperaturen an die die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens

oder die Qualität des danach gefertigten Produktes bestimmende optimale Stofftemperatur durch geeignete Prozessführung anpassen zu können.

Für diesen Zweck sind in der Kunststoffverarbeitung Einrichtungen bekannt, bei denen ein beispielsweise zwischen·einer Extruder- ^ schnecke und einem nachgeschalteten Werkzeug angeordnetes ringzylindrisches Zwischenstück verwendet wird, das entweder auf einem seinen lichten Querschnitt überspannenden Steg mehrere Temperaturmessstellen trägt, oder statt dessen mehrere radial gerichtete, gerade oder hakenförmig gekrümmt ausgebildete und an ihrem Ende einen Temperaturfühler tragende Tauchrohre aufweist. Jedoch bedingen diese Einrichtungen zum einen wegen der bei den einzelnen Maschinentypen unterschiedlichen Anschlussmaße jeweils entsprechend unterschiedliche Zwischenstücke und zum anderen · für eine einigermassen genaue Bestimmung des Temperaturprofils, das beispielsweise bei einem Extruder Unterschiede von -&θ^ C und mehr aufweisen kann, eine entsprechend grosse Zahl von Messstellen,

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Es ist ferner von der Temperaturmessung in Abluftkanälen eine Einrichtung bekannt, bei der ein am einen Ende einen Temperaturfühler aufweisendes Tauchrohr innerhalb eines Rohrstutzens verschoben und in diesem mittels einer Klemmschraube gehalten werden kann, wobei der Rohrstutzen beispielsweise mittels eines an ihm ausgebildeten Flansches an der Kanalwand fest angebracht wird. Die Anwendung dieser Einrichtung ist jedoch auf Messungen beschränkt, bei denen die Medien unter relativ niedrigem Druck stehen, da die Klemmschraube zwecks Verschiebung des Tauchrohres innerhalb des Rohrstutzens gelöst und demzufolge der ganze auf dem Tauchrohr lastende Druck einzig und allein von dem die Einrichtung Bedienenden aufgenommen werden muss, so dass bei höheren Drücken die einwandfreie Verschiebbarkeit nicht mehr gewährleistet ist. - .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Messen von Temperaturen in vorzugsv/eise hochviskosen Medien zu schaffen, die auch noch bei höheren Drücken und Temperaturen die genaue Bestimmung eines radialen Temperaturprofiles mittels nur einer Meßstelle gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Tauehrohr gegen Drehbewegungen relativ zum Gehäuse gesichert und beispielsweise über ein Gewinde od. dgl. mit einer Einstellvorrichtung verbunden wird, die am anderen Gehäuseende drehbar, jedoch axial unverschieblich angeordnet ist.

Die erfindungsgemässe Ausbildung der beispielsweise mittels eines am Gehäuse vorgesehenen Aussengewindes oder Bajonettverschlusses an der Wand des SPrÖmungskanals befestigten Einrichtung gewährleistet, dass das Tauchrohr auch bei hohen Drücken, die beispielsweise bei der Kunststoffverarbeitung in Schneckenpressen bis zu 400 at und mehr betragen können, leicht und feinfühlig durch einfaches Verdrehen der Einstellvorrichtung verschoben werden kann. Die etwa als Handrad ausgebildete Einstellvorrichtung ist dabei mittels geeigneter Formschlussverbindungen gegen eine axiale , Verschiebung relativ zum Gehäuse gesichert, beispielsweise in der Weise, dass in das Gehäuse senkrecht zu dessen Längsachse eingesetzte Rundstifte tangential in eine an der Einstellvorrichtung

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ausgebildete Ringnut von halbkreisförmigem Querschnitt eingreifen oder dass eine von der Einstellvorrichtung und dem Gehäuse gemeinsam gebildete Ringnut kreisförmigen Querschnitts mit Kugeln gefüllt ist, die über eine beispielsweise mit einer Schraube verschliessbare im Gehäuse vorgesehene radiale Bohrung eingebracht werden. Zweckmässigerweise sollte dabei die beispielsweise mittels eines Gewindes oder auch mittels einer in eine Steuerkurve eingreifenden Nase vorgenommene Verbindung zwischen dem Tauchrohr und .der Einstellvorrichtung so ausgelegt sein, dass das Verbindungselement eine selbsthemmende Wirkung besitzt, so dass eine zusätzliche Sicherung der Einstellvorrichtung gegen unbeabsichtigtes Verdrehen infolge der auf das Tauchrohr ausgeübten Druckkräfte sich erübrigt.

Für die einwandfreie Funktion der Einrichtung ist es von erheblicher Bedeutung, dass das Tauchrohr mit möglichst kleinem Spiel im Gehäuse geführt wird, um so einerseits eine exakte leichtgängige Verschiebung und andererseits eine sichere Abdichtung gegenüber dem Medium, dessen Temperatur gemessen werden soll - im nachfolgenden kurz als "Betriebsmedium" bezeichnet - zu ermöglichen, wobei der letzteren Forderung umso leichter genügt werden kann, je höher die Zähigkeit des Betriebsmediums ist. Sofern die Einrichtung auch bei höheren Temperaturen Anwendung finden soll, muss bei der Auswahl der Materialien für die ineinander gleitenden Teile zudem beachtet werden,dass deren Wärmeausdehnung nicht zu unterschiedlich ist, um ein Verklemmen oder Verkanten des Tauchrohres infolge zu grosser Spieländerung zu vermeiden. Ausserdem ist von dem Material dieser Teile wie auch gegebenenfalls der übrigen Teile zu fordern, dass sie zum einen je nach den auftretenden Drücken und Temperaturen eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen und dass sie sich zum anderen, soweit sie mit dem Betriebsmedium in Berührung kommen oder kommen könnten, gegenüber diesem neutral verhalten.

Der als Thermoelement oder Halbleiter-Widerstandsthermometer ausgebildete Temperaturfühler wird mittels eines neutralen Klebers, Kittes, Lotes od. dgl. elektrisch und gegebenenfalls auch thermisch isoliert am freien, in das Betriebsmedium hineinragende

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Ende des Tauchrohres dicht und auch "bei höheren Temperaturen der mechanischen Beanspruchung standhaltend angeordnet, wobei die isolierten elektrischen Zuleitungen durch das Tauchrohr und durch einen am anderen Ende vorgesehenen eine entsprechende Durchbrechung aufweisenden Verschlusspfropfen oder -deckel hindurch zu einem Anzeigeinstrument geführt werden.

Eine wesentliche Voraussetzung für die axiale Verschiebbarkeit des Tauchrohres mittels der Einstellvorrichtung ist, dass das Tauchrohr innerhalb des Gehäuses gegen Verdrehen gesichert ist, was etwa in der Weise geschehen kann, dass das auf einem Teil seiner Länge mit einem von der Kreisform abweichenden, beispielsweise quadratischen, Querschnitt ausgebildete Tauchrohr in einem Gehäuse, das einen dazu korrespondierenden lichten Querschnitt aufweist, geführt ist. Vorteilhafter im Hinblick auf eine rationelle Fertigung ist es jedoch, wenn statt dessen in zweckmässiger Ausgestaltung der Erfindung das im wesentlichen kreiszylindrische Tauchrohr auf seiner Aussenflache mit einer, gegebenenfalls aber auch meheren gleichmässig über den Umfang verteilten Längsnuten versehen wird, in die eine an der Gehäuseinnenwand, gegebenenfalls lösbar, angeordnete Nase, beispielsweise ein Gewindestift, eingreift. Darüber hinaus ermöglicht es eine derartige Ausbildung aber auch, das Tauchrohr nach Herausschrauben des Gewindestiftes um bestimmte, durch den Nutenabstand festgelegte Winkel gegenüber dem Gehäuse zu verdrehen, was dann von Bedeutung ist, wenn der Temperaturfühler nicht innerhalb der Achse des Tauchrohres angeordnet ist.

Vielfach wird es sich aus Gründen der mechanischen Festigkeit oder auch der chemischen Neutralität als zweckmässig erweisen, das Tauchrohr aus Metall, beispielsweise ausSTahl, zu fertigen. Um auch in diesen Fällen durch Wärmeaustausch*bedingte Messfehler möglichst klein zu halten, ist es vorteilhaft, das Tauchrohr gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung aus zwei Teilen herzustellen, die miteinander unter Einschaltung eines Zwischenstückes geringer Wärmeleitfähigkeit durch Kleben, Schrauben od. dgl. verbunden werden.

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Ebenfalls im Sinne einer Erhöhung der Messgenauigkeit wirkt es sich aus, wenn das Tauchrohr in weiterer Ausgestaltung der Erfindung im Bereich des befestigungsseitigen Gehäuseendes im Durchmesser verringert wird und dort in einer Buchse mit geringem Spiel geführt wird. Abgesehen von der Verringerung der abgeführten Wärmemenge infolge einer Verkleinerung des wärmeleitenden Querschnittes bietet diese Massnahme noch den weiteren Vorteil, dass damit zum einen auch die mechanische Beanspruchung des Tauchrohres auf Biegung und Druck verringert wird und zum anderen auch der für die einwandfreie Verschiebbarkeit des Tauchrohres im Gehäuse unerlässliche Ringspalt im Durchmesser kleiner wird, was an sich bereits eine verbesserte Abdichtung gewährleistet, ausserdem aber die Möglichkeit noch kleinerer Spaltbreiten bei gleichen für die Verschiebung erforderlichen Kräften eröffnet. Um im letzteren Falle, d.h. bei sehr kleinem Spiel gegenüber der Buchse, unerwünschte Wärmebrücken zu vermeiden, kann die Buchse aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden.

Eine weitere Verbesserung der Messgenauigkeit lässt sich schliesslich noch dadurch erzielen, dass das Tauchrohr im Bereiche seines freien Endes hakenförmig gekrümmt ausgebildet wird, wobei die Anordnung so gewählt wird, dass der abgewinkelte Teil des Tauchrohres annähernd parallel zu den Stromlinien verläuft und der am äussersten Ende des Hakens angeordnete Temperaturfühler von dem Betriebsmedium als erstes angeströmt wird, so dass auch bei stark ausgeprägtem Temperaturprofil sich wenigstens der Temperaturfühler und ein daran ahsehliessender mehr oder weniger langer Teil des Hakens auf gleicher oder doch nahezu gleicher Temperatur befinden und demzufolge eine durch Wärmeleitung bedingte Verfälschung des Messergebnisses infolge des praktisch nicht vorhandenen Temperaturgefälles vermieden wird. Dabei sollte der mit den Stromlinien zusammenfallende Bereich des Hakens umso länger ausgebildet werden, je grosser die Temperaturunterschiede in dem Betriebsmedium sind, wobei als obere Grenze für die Hakenlänge zu beachten ist, dass das Tauchrohr noch durch die in der Kanalwand dafür vorgesehene Bohrung hindurchführbar sein muss.

Da die Abdichtung zwischen dem Gehäuse und der Kanalwand mittels sich mehr oder weniger stark zusammendrückender Dichtungsringe

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aus dafür geeignetem Material erfolgt, wird das Tauchrohr im Bereich der Einstellvorrichtung zweckmässigerweise mit einer die Richtung des Hakens anzeigenden Markierung versehen, um bei an der Kanalwand befestigtem bzw. in diese eingeschraubtem Gehäuse die tatsächliche Stellung des Hakens im Strömungskanal erkennen zu können, die dann gegebenenfalls - wie vorstehend bereits erläutert - nach Lösen des in der Gehäusewand vorgesehenen Gewindestiftes durch Verdrehen des Tauchrohres korrigiert werden kann.

Eine unbedingte Voraussetzung für reproduzierbare Messungen ist die eindeutige Zuordnung zwischen Liessstelle und MessgrÖsse, was einfach und dennoch sehr genau möglich ist, wenn das Tauchrohr und die Einstellvorrichtung mit einer die Eintauchtiefe des Temperaturfühlers, beispielsweise nach Art einer Mikrometerschraube, anzeigenden Markierung versehen werden.

Selbstverständlich ist das Verschieben des Tauchrohres im Kanalquerschnitt insbesondere dann mit der gebotenen Vorsicht vorzunehmen, wenn der Temperaturfühler in die Nähe der Kanalwand kommt, um ein Verbiegen oder eine Beschädigung des Fühlers durch gewaltsames Anpressen gegen die Kanalwand zu vermeiden. Dazu erweist es sich als zweckmässig, die jeweils zulässigen Endstellungen des Tauchrohres, die nach dem Einbau der Messvorrichtung leicht durch einmaliges vorsichtiges Verschieben des Tauchrohres über den ganzen Strömungsquerschnitt bestimmt werden können, der die Eintauchtiefe anzeigenden Markierung deutlich sichtbar zuzuordnen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und wird anhand dieses im folgenden noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Temperaturmesseinrichtung mit verschiebbarem hakenförmigen Tauchrohr und

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Strömungskanal mit darin eingeschraubter, in der Ansicht dargestellter Temperaturmesseinrichtung.

Gemäss Fig. 1 ist innerhalb des am einen Ende ein Aussengewinde 2 und am anderen Ende einen zum Ansetzen eines Einschraubwerkzeuges

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vorgesehenen Aussensechskant 3 aufweisenden im wesentlichen zylindrischen Gehäuses 1 ein zwei Teile 4 und 5 aufweisendes Tauchrohr von kreiszylindrisehem Querschnitt angeordnet, dessen hinteres Teil 4 so bemessen ist, dass es im Gehäuse 1 mit geringem Spiel geführt ist. Über ein Aussengewinde 6 ist das Teil 4 mit einer als Handrad ausgebildeten Einstellvorrichtung 7, die im Gehäuse 1 drehbar, jedoch infolge der tangential eingesetzten Rundstifte 8 axial unverschiebbar gelagert ist, verbunden und mittels dieser axial verschiebbar. Das gegenüber dem Teil 4 im Durchmesser verringerte Teil 5 ist mit dem ersteren über ein aus einer Mischung eines Duroplasten mit Asbest hergestelltes Zwischenstück 9 mittels Araldit, einem Zweikomponentenkleber auf Epoxydharzbasis, verbunden und am befestigungsseitigen Gehäuseende in einer aus dem gleichen Material hergestellten Buchse 10 geführt, die in ein mit dem Gehäuse ebenfalls durch Kleben ver- ' bundenes becherförmiges Gehäuse 11 eingesetzt und gegebenenfalls auch mit diesem verklebt ist. An dem aus dem Gehäuse 1 herausragenden Ende ist das Teil 5 hakenförmig abgebogen und an seiner äussersten Spitze mittels Araldit mit einem Thermoelement 12 versehen, dessen isolierte Zuleitungsdrähte durch das Innere des Tauchrohres und durch nicht gezeigte Durchbrechungen des am anderen Ende angeordneten Verschlussdeckels 13 zu einem ebenfalls nicht gezeigten Anzeigeinstrument geführt sind. Gleichfalls nicht dargestellt ist die auf dem Teil 4 angebrachte Markierung für die Bestimmung der Eintauchtiefe des Tauchrohres sowie die Markierung für die Angabe der Hakenrichtung, die entweder ebenfalls auf dem Teil 4 oder aber auch auf dem Verschlussdeckel 13, der dann in | das Teil 4 orientiert einzusetzen ist, angebracht sein kann, so dass man die Möglichkeit hat, den Haken gegenüber der Strömung des Betriebsmediums mehr oder weniger genau auszurichten, indem das Tauchrohr nach Lösen des im Gehäuse 1 radial angeordneten und in die in dem Teil 4 ausgebildeten Längsnuten 14 eingreifenden Gewindestiftes 15 um ein durch den Abstand der einzelnen Nuten 14 bestimmten T/inkel verdreht wird.

In der Fig. 2, in der für dieselben Teile wie in Fig. 1 auch dieselben Bezugszeichen verwendet wurden, ist das in der Ansicht gezeigte Gehäuse 1 mittels des Aussengewindes 2 unter Verwendung

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eines Dichtungsringes 16 in die in der Kanalwand 17 dafür vorgesehene Bohrung .eingeschraubt und das Tauchrohr so ausgerichtet, dass der Haken mit dem an der Spitze angeordneten Thermoelement 12 stromaufwärts zeigt.

Troisdorf, den 29.Mai 1968
Sc/Rs OZ.: 68071

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Claims

-Patentansprüche

1. Einrichtung zum Messen von Temperaturen in vorzugsweise hochviskosen Medien, beispielsweise in einer thermoplastischen Kunststoffschmelze, mit einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse, dessen eines Ende eine Befestigungsvorrichtung aufweist, und mit einem darin axial verschiebbar geführten und an dem befestigungsseitigen Gehäuseende herausragenden Tauchrohr, das an seinem freien Ende einen beispielsweise als Thermoelement oder Halbleiter-Widerstandsthermometer ausgebildeten Temperaturfühler aufweist," dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (4,5) gegen Drehbewegungen relativ zum Gehäuse (1) gesichert und beispielsweise über ein Gewinde (6) od. dgl. mit einer Einstellvorrichtung (7) verbunden ist, die am anderen Gehäuseende drehbar, jedoch axial unverschieblich ,angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im wesentlichen kreiszylindrische Tauchrohr (4,5) auf seiner Aussenflache mit einer, gegebenenfalls aber auch mehreren gleichmässig über den Umfang verteilten Längsnuten (14) versehen ist,- in die eine an der Gehäuse innenwand, gegebenenfalls lösbar, angeordnete Hase (15), beispielsweise ein Gewindestift, eingreift. '

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (4,5) aus zwei unter Verwendung eines Zwischenstückes (9) geringer Wärmeleitfähigkeit durch Kleben, Schrauben od. dgl. verbundenen Teilen (4,5) besteht.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (4_}5) im Bereich des befestigungsseitigen Gehäuseendes gegenüber dem Gehäuse (l) im Durchmesser verringert ist und dort in einer gegebenenfalls aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellten Buchse (10) mit geringem Spiel geführt ist.

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5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (4,5) im Bereich seines freien Endes hakenförmig gekrümmt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (4,5) im Bereich der Einstellvorrichtung (7) mit einer die Richtung des Hakens anzeigenden Markierung versehen ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (4,5) und die Einstellvorrichtung (7) mit einer die Eintauchtiefe des Temperaturfühlers (12), beispielsweise nach Art einer Mikrometerschraube, anzeigenden Markierung versehen sind.

Troisdorf,'den 29.Mai 1968
Sc/Rs OZ.: 68071

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