DE2158039A1

DE2158039A1 - Pyrometrische Messvorrichtung

Info

Publication number: DE2158039A1
Application number: DE19712158039
Authority: DE
Inventors: Richard E Columbus Ohio Steele (V St A)
Original assignee: EDWARD ORTON JR CERAMIC FOUNDA
Current assignee: EDWARD ORTON JR CERAMIC FOUNDA
Priority date: 1970-12-10
Filing date: 1971-11-23
Publication date: 1972-06-22
Also published as: JPS5226159B1; US3724272A; FR2117839A1; DE2158039C3; DE2158039B2; FR2117839B1; GB1316714A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine schmelzbare, pyrometrische Vorrichtung zur Messung eines Betrages von Wärme, die während eines Behandlungsprozesses angewendet worden ist„ Speziell handelt es sich um eine pyrometrieehe Vorrichtung, die dieselbe Funktion hat, wie sie für pyrometrieehe Kegel vorgesehen ist. Solche Vorrichtungen werden als Seger-Kegel bezeichnet und im folgenden soll hier auch diese Beasichnung^ allgemein verstanden,verwendet werden,

Es ist seit langem bekannt, mit Seger-Kegeln den Betrag einer während eines Behandlungsprozesses zugeführten Wärmemenge zu messen. Anwendung finden Seger-Kegel insbesondere bei dem Brennen von keramischem Material in einem Brennofen« Seger-Kegel bestehen aus verschiedenem ausgewähltem Keramiktnaterial und schmelzen und deformieren sich abhängig von der jeweiligen Zusammensetzung, sobald sie einem vorgegebenen Betrag'

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von Wanne ausgesetzt worden sind» Im allgemeinen haben diese Kegel die Form eines länglichen, dreieckigen Pyramidenstumpfes, wie z„ B₀ in den US-Patentschriften 2_e129„912, 2_O181.619, 2_oi8i_e6i8 und 2.27^.343 gezeigt ist. Diese Kegel sind für aufrechte Stellung bestimmt und deformieren sich während der Wärmebehandlung, indem sie sich nach unten biegen» Diese Deformation gibt eine sichtbare Anzeige für den Betrag der während, der Behandlung zugeführten Hitze.

Bs ist ein Vorteil der Seger-Kegel, daß sie nicht nur auf die Temperatur, sondern auch auf die Dauer der !Einwirkung ansprechen. Zum Beispiel ist im allgemeinen der Temperaturwert, bei dem sich ein Seger-Kegel vorgegebener Zusammensetzung deformiert, größer, wenn das Aufheizen mit einer höheren Geschwindigkeit erfolgt und die Dauer der Hitzeeinwirkung entsprechend kurzer ist. Diese kombinierte Auswirkung von Temperatur und Dauer wird im allgemeinen als Betrag der zugeführten Hitze bezeichnet. Da keramisches Material bei sexner Herstellung auch auf den Betrag der angewendeten Hitze anspricht, haben sich derartige als Seger-Kegel allgemein bezeichnete pyrometrieehe Messvorrichtungen gut eingeführt, um die zugeführte Hitzemenge während des Brennens zu messen.

Bei allen vorbekannten Seger-Kegeln waren stets äußere Mittel erforderlich, um den Kegel während der Einwirkung der Hitze in seiner aufrechten Stellung zu halten« Derartige äußere Mittel umfassten im allgemeinen eine Platte, auf der der Kegel dadurch befestigt war, daß er mit seinem unteren Ende in einen Schlitz oder in eine Nute, die sich in der Oberfläche der Platte befindet, eingreift. Diese Art der Halterung eines Seger-Kegels ist jedoch nicht zufriedenstellend, weil sie von Abweichungen in der Aufstellung des Kegels abhängig ist und es notwendig ist, das Aufstellen des Kegels von einer besonders geschulten Person vorzunehmen. Veränderte Aufstellung des Kegels führt zu

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Änderungen in der Art der Deformation des Kegels und datier zu Unbeständigkeit im Erscheinungsbild des Kegels. Die am meisten auftretenden Stellungsveränderungen der Kegel sind Unterschiede in der -wirksamen Höhe des Kegels und des Winkels der Neigung.

Als wirksame Höhe des Kegels und entsprechender Gebilde wird die senkrechte Entfernung zwischen dem Mittelpunkt, um den sich der Kegel infolge Hitzeeinwirkung biegt, und der horizontalen Ebene gewertet, in der das geometrische Zentrum der oberen Fläche des Kegelstumpfes liegt, wenn der Kegel bzw. die Vorrichtung zum Gebrauch aufrecht aufgestellt ist. Der Winkel der Neigung des Kegels bzw. einer entsprechenden Vorrichtung ist definiert als der Winkel zwischen der Längsachse desjenigen Teils des Kegels, der vorgesehen ist, sich durch die Hitzeeinwirkung zu biegen und einer horizontalen Linie, die durch den Schnittpunkt dieser Längsachse mit der Grundfläche des Kegels hindurch geht, wenn der Kegel zur Verwendung aufrecht steht. Dabei wird der Winkel in der vorgesehenen Neigungsrichtung gerechnet.

Bei der bisherigen Art der Aufstellung von Seger-Kegeln hat sich allgemein ein Problem ergeben, das durch Unterschiede in der Zusammensetzung des Materials der Kegel und durch die vorgesehenen Mittel zur Halterung des Kegels, z· B. der oben erwähnten Platte, verursacht ist» Zum Beispiel kann die durch die Hitze verursachte und in ihrem Ausmaß von der Zusammensetzung abhängige Schrumpfung des Kegels Abmessungsunterschiede zu den zu seiner Halterung vorgesehenen Mitteln ergeben. Sofern die Schrumpfung des Kegels größer ist als die Schrumpfung der Halterungsmittel, kann der Kegel locker werden und sich dadurch die effektive Höhe und der Winkel der Neigung des Kegels während des Aufheizens verändern. Wenn die Schrumpfung des Kegels geringer ist als die Schrumpfung der Halterungsmittel, üben diese auf das untere Ende des Kegels eine Kraft aus, die während der Erhitzung

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die Deformation des Kegels beeinflusste

In der US-Patentschrift 3.533.291 des Anmelders ist "bereits eine Verbesserung für die Halterung von Seger-Kegeln vorgeschlagen worden, mit der die vorangehend beschriebenen Probleme weitgehend gelöst sind. Bei diesem Vorschlag sind jedoch noch äußere Mittel vorgesehen, mit denen der Kegel gehalten wird, wobei der Kegel bereits clu-rch den Hersteller 4er Halterungsmittel auf diesen befestigt worden ist.

Der Erfindung ist mithin die Aufgabe zugrunde gelegt, die oben erwähnten Schwierigkeiten zu beseitigen, die sich in Zusammenhang mit der Aufstellung eines Seger-Kegels bzw. einer entsprechenden pyrometrieeheη Vorrichtung ergeben. Dabei soll die erfindungsgemäße Lösung preislich günstig sein.

Diese Aufgabe wird durch eine pyrometrische Messvorrichtung, hier auch als Seger-Kegel bezeichnet, gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Oberteil und ein Unterteil vorgesehen sind, die zusammen ein Stück sind oder zu einem Stück zusammengesetzt sind, wobei das Unterteil eine Grundfläche hat, auf der dieses die Vorrichtung bzw. den Kegel bildende Stück steht und bei dem für das Oberteil vorgesehen ist, sich unter Hitzeeinwirkung zu biegen, daß das Oberteil eine zur Grundfläche geneigte Längsachse hat, so daß das Oberteil bei vorgegebener Erwärmung schmilzt und sich unter Verformung nach unten biegt und daß die Lage des Massenschwerpunktes so ausgewählt ist, daß das Lot vom Schwerpunkt vor, während und nach der Verformung stets auf die Grundfläche trifft«,

Entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre befindet sich der Massenschwerpunkt jederzeit über der Grundfläche, so daß die Vorrichtung bzw. der Kegel von allein steht und keine äußeren Mittel zu seiner Halterung benötigt, und zwar auch während und nach erfolgter Deformation, Eine wie vorangehend beschriebene Platte kann gemäß der erfindungsgemäßen Lösung eingespart werden,

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Darüber hinaus sind durch die Erfindung die mit den äußeren Halterungsmitteln verbundenen Schwierigkeiten behoben. Die Vorrichtung bzw₀ der Kegel nach der Erfindung kann leicht und reproduzierbar in der gewünschten Stellung aufgestellt werden, indem sie bzw, er lediglich mit seiner Grundfläche auf einer ebenen Oberfläche aufgestellt wird, die z. B. der Boden des Brennofens ist_o

Ein weiterer Vorteil, der durch die Erfindung erreicht wird, ist, daß äußere Mittel zur Halterung des Kegels eingespart werden können.

¥e.itere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Figuren und der Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung nach der Erfindung, sowie aus den Unteransprüchen hervor.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform.

Fig. 2 zeigt eine andere perspektivische Ansicht der Ausführungsform nach Fig. 1 , w>
gedreht dargestellt ist.

rungsform nach Fig. 1, wobei die Vorrichtung um 180

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 1.

Fig. k zeigt eine Aufsicht der Ausführungsform nach Fig. 1.

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 1, wobei die Art der Biegung infolge einer Hitzeeinwirkung ersichtlich ist.

Fig. 6 zeigt eine Aufsicht der Ausführungsform nach Fig. 1, aus der die Biegung gemäß Fig. 5 von oben zu sehen ist.

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7 gibt in zerlegter Dareteilungsweise ein Bild davon, wie die Ausführungsform nach Fig. 1 zusammengesetzt ist.· ^: ' . ■■--

Fig. 8 gibt in zerlegter Darstellung eine andere Art der Zusammensetzung einer AusführungsEOrm nach Fig. Ί wieder.

Fig. 9 zeigt in perspektivischer Ansicht eine zweite Ausführungsform nach der Erfindung und

Fig.10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform nach der Erfindung.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform einer schmelzbaren pyrometrieeheη Messvorrichtung nach der Erfindung, die im folgenden als Seger-Kegel bezeichnet wird, ist in den Figuren 1 bis 6 dargestellt. Dieser erfindungsgemäße Seger-Kegel ist mit 10 bezeichnet. Er besteht aus einem oberen Teilstück 12, das vorgesehen ist, sich unter Hitzeeinwirkung zu biegen, und aus einem Unterteil 14. Das Teilstück 12 hat die Form eines dreieckigen Pyramidenstumpfes mit den Seitenflächen 11, 13 und 15. Das Teilstück Ik hat ebenfalls die Form eines dreikantigen Pyramidenstumpfes mit den Seitenflächen 17» und 21. Das obere Teilstück 12 ist langer als das Unterteil 14. Die Seitenflächen 11 und 13 sind jeweils koplanar mit den Seitenflächen I7 und I9. Die Teilstücke 12 und 14 sind an der Querschnittsfläche des Seger-Kegels 10 miteinander verbunden, wobei diese Fläche die Kante 16 hat, in der sich die Flächen 15 und 21 schneiden.

Das Unterteil 14 weist die Grundfläche 20 auf, auf der der Seger-Kegel 10 bei Gebrauch steht. Die Grundfläche 20 ist so ausgeführt, daß der Seger-Kegel auf einer planen Oberfläche aufgestellt werden kann, z. B. auf der Bodenfläche eines Brennofens.

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Die Längsachse 18 des Oberteiles 12 geht durch das geometrische Zentrum der oberen und der unteren Oberflachedieses Teilstüekes 12 hindurch« Die Achse 18 ist gegenüber der Senk-

hei rechten geneigt* wenn der Seger-Kegel 10, so "wie/Gebrauch., int aufrechter Stellung stellt. Entsprechend dieser Neigung der AcB.se 18- biegt sich dieses Oberteil nach unten, sobald es durch. Einwirkung von Hitze ausreichend weich geworden ist ο Das Oberteil 12 biegt sich dabei über die Kante i6_f wie dies in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist* Die Kante 16 definiert auf diese ¥eise den Mittelpunkt, um den sich, das Oberteil 12 biegt. Die Seitenfläclie 15 des Oberteiles 12_r die zusammen mit der Fläche 21 des Teilstückes l4 die Kante 16 bildet, ist die Biegefläche des erfindungsgemäßen Seger—Kegels 10« Durch die Einwirkung der Hitze werden alle Bereiche des Oberteiles 12 in verschiedenem Maße deformierte

Die wirksame Höhe des erfindungsgemäßen Seger-Kegels 10 ist der vertikale Abstand zwischen der Kante 16 und der waagerechten Ebene, die durch das geometrische Zentrum der oberen Oberfläche des Teilstückes 12 hindurchgeht, wenn der Kegel aufgestellt ist. Diese erfindungsgemäße Höhe wird durch die Abmessung h in Fig. 3 angegeben. Der Neigungswinkel der Biegung des Teilstüekes 12 ist der Winkel zwischen der Längsachse 18 und einer Linie 22, die durch den Schnittpunkt der Achse 18 mit der Grundfläche 20 hindurchgeht_β Der ¥inkel ist in der gewünschten Richtung der Biegung des Teilstückes' 12 gerechnet» Ein solcher ¥inkel ist in den Figuren 2 und 3 durch den Buchstaben a angegeben.

Bevor eine Deformation des erfindungsgemäßen Seger-Kegels eintritt, befindet sich der mit CM bezeichnete Massenschwerpunkt des Kegels direkt oberhalb der Grundfläche 20, wie dies aus Fig. 3 hervorgeht. In ähnlicher Stellung liegt der Massenschwerpunkt auch nach erfolgter Deformation direkt über der Grundfläche 20, wie dies aus der Fig« 5 hervorgeht.

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Während der Deformation verlagert sich der Massenschwerpunkt aus der in Fig. 3 gezeigten Lage in die in Fig. 5 gezeigte Lage. Das Lot vom Massenschwerpunkt geht stets durch, die Grundfläche 20 bei allen normalen Stellungen der Biegung des Oberteiles 12. Dementsprechend kann der erfindungsgemäße Seger-Kegel 10 frei stehen und fällt weder vor, während, nach nach erfolgter Deformation um.

Der erfindungsgemäße Seger-Kegel 10 kann in einem Stück hergestellt sein, indem das für den Kegel ausgewählte keramische Material in Form einer plastifizieren Mischung in die gewünschte Form gepresst wird. Der erfindungsgemäße Seger-P Kegel kann aber auch durch Verdichten relativ trockenen granulierten Materials geformt werden, wie dies in der US-Patentschrift 3.541„856 beschrieben ist.

Andere Herstellungsweisen sind, aus den Figuren 7 und 8 zu ersehen. In Fig. 7 ist gezeigt, in welcher Weise der erfindungsgemäße Seger-Kegel durch Anfügen eines Vorderteiles Zk an dem unteren Ende der Biegefläche eines wie üblichen Seger-Kegels 26 gebildet ist. Das Vorderteil Zk ist hier in der Form eines Keiles dargestellt. Es kann aber auch die Form eines dreieckigen oder rechteckigen Prismas, eines Teilstückes eines Zylinders oder eines anderen Vielflächners ^ haben. Das Vorderteil Zk ist an dem Kegel 26 mittels eines dafür geeigneten Klebstoffes angefügt. Dieses Vorderteil kann aus derselben oder aus einer abweichenden Zusammensetzung wie der Kegel bestehen.

Entsprechend einer weiteren in Fig. 8 gezeigten Alternative kann der erfindungsgemäße Seger-Kegel 10 auch durch Zusammenfügen der Teilstücke 12 und Ik zusammengesetzt sein. Die Teiistücke sind mit dafür geeignetem Klebmittel verbunden und können aus demselben oder aus verschiedenen Zusammensetzungen bestehen.

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Das Oberteil 12 und das Unterteil "\k sind in den Formen von Pyramidenstümpfen mit dreieckiger Grundfläche dargestellt worden. Unter- und Oberteil können aber auch andere Formen haben, z. B. diejenige von Pyramidenstümpfen mit rechteckiger Grundfläche oder von Kegelstümpfen. Eine Ausführungsform der letztgenannten Art ist in der Fig. 9 dargestellt, und mit 30 bezeichnet. Die Ausführungsform 30 eines erfindungsgemäßen Seger-Kegels hat das Oberteil 32 und das Unterteil 34, Das zur Biegung vorgesehene Oberteil und das Unterteil können verschiedene Formen haben, z. B. kann das Oberteil die Form eines Parallelepipeds und das Unterteil die Form eines rechteckigen Pyramidenstumpfes haben. Des weiteren brauchen die Seitenflächen des Oberteiles nicht mit den entsprechenden Seitenflächen des Unterteiles koplanar zu sein.

Eine weitere und etwas abweichende Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Seger-Kegels ist in Fig. 10 gezeigt und mit 40 bezeichnet. Br besteht aus einem ersten Teilstück 42 und einem zweiten Teilstück 44. Die Teilstücke 42 und 44 haben identische Form und die Gestalt von rechteckigen Pyramidenstümpfen. Beide Teilstücke sind im Bereich ihrer Basis miteinander zu einer Einheit verbunden. Zwischen 42 und 44 kann noch eine Eckversteifung 46 vorgesehen sein, die sich

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im Bereich der Verbindungsstelle befindet und die/so gebildete und aus der Figur 10 hervorgehende Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Seger-Kegels verstärkt.

Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform kann sowohl das Teilstück 42 als auch das Teilstück kk zur Biegung vorgesehenes Oberteil als auch Unterteil sein. Ein Vorteil dieses mit kO bezeichneten Segerkegels ist, daß das Unterteil dieselben Abmessungen hat, wie das Oberteil. Auf diese Weise wird erreicht, daß das sich biegende Oberteil niemals mit der Oberfläche in Kontakt kommt und an dieser Oberfläche anhaften kann, auf der diese Ausführungsform bei Gebrauch

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aufgestellt worden ist. Da diese Ausführungsform auch, in der Längsrichtung überall gleiche Abmessungen hat, kann sie in einem Stück durch Strangpressen hergestellt werden. Sie kann ebenso auch durch Pressen und Verdichten wie oben erwähnt hergestellt sein.

Vorzugsweise ist die Grundfläche eines erfindungsgemäßen Seger-Kegels mit einem hochfeuerfesten Material beschichtet. Auf diese Weise wird erreicht, daß kein Anhaften auf der Oberfläche, auf der der Kegel aufgestellt worden ist, während der Hitzebehandlung eintritt. Es kann aber auch die ^ Bodenfläche des Brennofens mit einer solchen Beschichtung aus feuerfestem Material versehen sein, so daß die oben angegebene Beschichtung der Grundfläche entbehrlich ist.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß eine nach der Brfindupng ausgebildete pyrometrieehe Vorrichtung, hier als Seger-Kegäl bezeichnet, keine äußeren Mittel benötigt, um während der Hitzebehandlung zu stehen. Die oben erwähnten Schwierigkeiten mit der Aufstellung sind beseitigt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so ausgebildet, daß sie für die Verwendung leicht so aufgestellt werden kann, daß die effektive Höhe und, der Neigungswinkel für alle ähnlichen Ausführungen einheitlich sind. Demkufolge ist die Deformations- ψ charakteristik der Vorrichtung reproduzierbar.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausführung werden auf den Seger-Kegel nach der Erfindung keine ^Kräfte durch äußere Halterungen während der Hitzeeinwirkung ausgeübt, die die Deformationscharakteristik beeinflussen könnten.

Die Erfindung umfasst auch weitere im Rahmen des Brfindungsgedankens liegende Ausführungsformen.

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Claims

PATBNTANS PRUC HE

{ 1 .J Schmelzbare pyrometrische Messvorrichtung (Seger-Kggel), dadurch, gekennzeichnet, daß ein Oberteil (12) und ein Unterteil (14) vorgesehen sind, die zusammen ein Stück sind oder zu einem Stück zusammengesetzt sind, wobei das Unterteil eine Grundfläche (20) hat, auf der dieses die Vorrichtung (1O,3O,4O) bildende Stück aufzustellen ist und bei der das Oberteil vorgesehen ist, sich zu biegen, daß das Oberteil eine zur Grundfläche geneigte Längsachse (18) hat, so daß sich das bei vorgegebener Erwärmung schmelzende Oberteil unter Verformung nach unten biegt und daß die Lage des Massenschwerpunktes der Vorrichtung so ausgewählt ist, daß das Lot vom Schwerpunkt vor, während und nach der Verformung stets auf die Grundfläche trifft.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Oberteil und Unterteil die Form von Pyramidenstümpfen mit dreieckigem Querschnitt haben.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Oberteil und Unterteil die Form von Kegelstümpfen haben.

h. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Oberteil und Unterteil die Form von Vielflächnern identischer Form und Abmessungen haben. (Fig. 1Q)-

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Stück besteht*

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Stück der Vorrichtung durch Anfügung eines Vorderteiles (zk) am unteren Ende des

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pyrometrieehen Kegels (26) gebildet ist,

7· Vorrichtung nach. Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorderteil keilförmig ist.

8, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß Oberteil und Unterteil einzelne Stücke sind, die zusammengefügt sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die materialmäßigen Zusammensetzungen von Unterteil und Oberteil voneinander verschieden sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9t dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche (2θ) mit einem hochfeuerfesten Material beschichtet ist.

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