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Vorrichtung zur thermoelektrischen Temperaturmessung an einem oder
mehreren in eine. Ofen bewegbaren oder sich bewegenden Gegenständen Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur thermoelektrischen Teuperaturmessung an einem oder
mehreren in einem Ofen bewegbaren oder sich bewegenden Gegenständen.
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Zur thermoelektrischen Messung von Temperaturen werden bekanntlich
u.a. Thermoelemente benutzt. Diese bestehen im wesentlichen aus zwei Drähten (z.B.
Thermopaar NiCr-Ni), die an ihrem einen Ende miteinander verschweißt und an den
anderen Enden gegebenenfalls mit Hilfe einer Ausgleichsleitung mit einem nach dem
vom pensationsprinzip arbeitenden Meß- bzw. Registrierinstrument verbunden sind.
Diese Verfahrensweise zur Messung der Temperatur ist zwar an sich bewegenden Teilen
in Öfen offener Bauart mit Hilfe von Schleppelementen möglich, jedoch nicht bei
solchen, die durch i.B. Schleusen nach außen hin abgeschlossen sind. Da nicht söhne
weiteres von der Oienraumtemperatur auf die Temperatur am bewegten Teil geschlossen
werden kann, ist es insbesondere bei empfindlichen Wärmebehandlungen unerläßlich,
die Temperatur direkt am bewegten Teil su messen. Dies gilt vor allem dann, wenn
es sich um kurzzeitige Aufenthalte in einem bestimmten Temperaturintervall sowie
unterschiedliche Größen und Gewichte der bewegten Teile handelt. Von Vorteil ist
dies aber auch bei Inbetriebnahme eines neuen Ofens oder Umstellung des jeweiligen
Häreebehandlungsprozesses auf veränderte Daten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Messung
der Temperatur an bewegbaren bzw. sich bewegenden Teilen ih einem geschlossenen
Oien zu schaffen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in einem z.B.
durch Schleusen geschlossenen Ofen eine beliebige Anzahl, die sich nach der Zahl
der zu bestiminden Teniperaturßstellen- an einem oder mehreren Teilen richtet, von
Vrhermomaterialien in Form von Draht, Stäben oder Schienen in der Zone des Ofens,
in der die Temperatur gemessen werden soll, in kichtubg des bewegten Teiles gespannt
bzw. angeordnet sind, wobei dieses Thermouaterial sowohl gegen das Ofengehäuse als
auch gogeneinander isoliert angebracht und entweder der positive oder
der
negative Schenkel nur einmal vorgesehen ist, während der Schenkel mit dem anderen
Potential in der Anzahl verlegt ist, die der Anzahl der Temperaturmeßstellen entspricht,
und zum Abgriff der Thermospannung ein Ende des verlegten Thermomaterials aus dem
Ofen isoliert herausgeführt und ggf. über Ausgleichsleitungen der nach dem Kompensationsprinzip
arbeitenden TemperaturmeX- bzw.
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-registriereinrichtung zugeführt ist, während die Messung der Temperatur
am bewegten oder bewegbaren Teil im geschlossenen Oien derart erfolgt, daß man aus
dem jeweils gewählten Thermomaterial die entsprechende Anzahl von Thermoelementpaaren
am Teil anbringt, den positiven oder negativen Schenkel des Thermoelementpaares
entsprechend dem im Ofen fest verlegten Thermomaterial, das nur einmal vorgesehen
wird, zusammenfaßt und die übrigen Schenkel - ebenso wie die Verbindung der anderen
Schenkel - einzeln und gegeneinander isoliert mit Spannungsüberträgern verbunden
werden, die aus dem gleichen Thermomaterial wie der jeweilige Schenkel bestehen.
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Dabei ist es von Bedeutung, daß ein hinreichender Kontakt zwischen
den Spannungsüberträgern und dem im Ofen fest verlegten Theriomaterial vorhanden
ist. Dies kann beispielsweise über Federdruck erreicht werden. Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, den Druck durch ein entsprechendes Gegengewicht über einen Kipphebel
aufzubringen. Für einen reibungslosen Einlauf des bewegten Teiles in die Meßstrecke
wird das dem bewegten Teil zugewandte Ende des im Ofenfest verlegten Thermomaterials
zweckmäßig kufenföruig ausgebildet.
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Da es sich bei der Erfindung vielfach um eine kontinuierliche Art
der Temperaturmessung handeln wird, kann gleichzeitig der Verlauf der vom Teil durchschrittenen
Temperaturen in Abhängigkeit von der Zeit ermittelt werden. Für den Fall, daß nicht
der gesamte durchschrittene Temperaturbereich von Interesse ist, besteht die Mbglichkeit,
die Messung nur in der Zone des Ofens durchzuführen, in der das bewegte Teil für
den jeweiligen Wärmebehandlungsfall interessante Temperaturintervalle durchschreitet.
Außerdem ergibt sich hierdurch eine Möglichkeit, durch Abfrage der Thermospannung
an einer diskreten Stelle die Durchlaufgeschwindigkeit des Teiles durch den Ofen
derart zu steuern, daß das Teil mit Sicherheit sich eine vorgegebene Zeit innerhalb
eines bestimmten Temperaturbereiches aufhält.
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Die Wahl des jeweiligen Thermomaterials hängt zum einen vom Temperaturbereich,
zum anderen von der Gasatmosphäre im Ofen und damit möglichen Reaktionen zwischen
Thermomaterial und Ofenatmosphäre ab, z.B. wird man normalerweise in einem mit einem
inerten Schutzgas gefüllten Ofen ein Thermoelementenpaar wie Cu-Konst., Fe-Konst.,
NiCr-Konst., Ag-Konst., NiCr-Ni, Chromel-Alumel, PtRh-Pt, Ptlth-EL 18, Pallaplat
oder auch 13 % PtRh-Pt je nach der angewendeten Temperatur benutzen.
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Bei anderen Ofenfüllungen, z.B. solchen aus Kohlenmonoxid, Kohlendioxid,
-sserstoff, trockener Luft, Stickstoff, Wasserdampf, Ammoniak, S02, S03, teilverbranntem
Stadtgas, gasförmigen Kohlenwasserstoffen, Schwefelwaserstoff oder Mischungen aus
diesen Gasen, wird man je nach den vorliegenden Bedingungen Thermoelementenpaare
aus den vorstehend erwähnten Möglichkeiten auswählen.
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Anwendungsmöglichkeiten bestehen beispielsweise bei Schutzgasglühungen
im Durchlaufbetrieb oder beim Löten, Sintern, Härten unter definierten Atmosphären,
die einen geschlossenen Ofenbautyp erfordern, wie beispielsweise unter Schutzgas
oder trockener Luft, vorzugsweise im Durchlauf- bzw. Taktverfahren.
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Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Zeichnungen
wiedergegeben.
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Es zeigen Figur 1 im senkrechten Längsschnitt einen Ofen mit den erfindungsgemäß
darin vorgesehenen Vorrichtungen, deren Ausschnitt A in Figur 2 vergrößert wiedergegeben
ist.
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Figur 3 die Möglichkeit der Spannungsübertragung nach den Figuren
1 und 2 im Querschnitt (linke Bildhälfte) und eine andere Möglichkeit mit einem
flächig gestalteten Übertragungselement (rechte Bildhälfte) Figur 4 in perspektivischer
Ansicht eine Möglichkeit der Spannungsübertragung mit gabelartigen Spannungsüberträgern,
wobei im weiteren Unterschied zu den Figuren i - 3 zwei Meßstellen am Gegenstand
vorgesehen sind.
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In Figur 1 ist mit i ein Durchlaufofen bezeichnet, der an den Stellen
2 und 3 nicht dargestellte Schleusen aufweist. Mit 4 ist eine Wärmeisolierung bezeichnet,
während mit 5 der Gasumwälzung dienende Lüfter beziffert sind. Der Gegenstand, an
dem die Temperatur gemessen werden soll, ist in allen Figuren mit 6 symbolisiert.
Die Figuren lassen erkennen, daß sich der Gegenstand 6 auf einem Schlitten 7 befindet-,
der, wie Figur 1 zeigt, auf einem nollengang bzw. Transportband 8 durch den Ofen
1 bewegbar ist.
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Die fest verlegten Thermoelementschenkel, die in den Darstellungen
nach den Figuren 1 und 2 in Bildebene hintereinander angeordnet sind, tragen das
Bezugszeichen 9 bzw. 9' (siehe Figur 3 und 4). In den Figuren 1 - 3 ist das jeweils
vorgesehene Thermopaar mit 10 bezeichnet, während gemäß Figur 4 ein zusätzliches
Thermopaar 11 vorhanden ist.
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Die Spannungsüberträger sind in allen Figuren mit 12 beziffert.
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In den Figuren 1 - 3 ist jeweils eine Meßstelle 13 vorgesehen, während
in Figur 4 zwei Meßstellen 13 und 13t vorhanden sind.
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Die Anzahl der Meßstellen ist beliebig groß.
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Die Funktion der Vorrichtung ist nun die folgende. Der Schlitten 7
mit dem Gegenstand 6 wird durch die Schleuse 3 in den Ofen 1 eingeführt und über
die Rollengänge bzw. das Transportband 8 durch den mit Schutzgas gefüllten Ofen
i bewegt. Dabei werden infolge ansteigender Temperaturen an den Meßstellen 13 bzw.
13' unterschiedliche Thermospannungen erzeugt, die über die Thermoleitungen 10 bzw.
11 und weiter über die Spannungsüberträger i2, die isoliert gegen den Schlitten
angeordnet sind, den Schienen bzw. Drähten 9 bzw. 9 zugeführt werden.
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Diese zwischen den Schienen bzw. Drähten herrschende Thermospannung
wird dann über die isolierte Austrittsstelle 14 (siehe Figur 1) mit Hilfe von Ausgleichs
leitungen einem nicht dargestellten, nach dem Kompensationsprinzip arbeitenden Registrier-
bzw. Anzeigegerät zugeführt.
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Die Figuren lassen weiterhin die verschiedenartigen Ausbildungen der
Spannungsüberträger 12 erkennen. Es besitzen diese gemäß den Figuren i, 2 und 3
(linke Bildhälfte) die Gestalt
von gegen den Schlitten 7 isolierten
Rollen, während sie nach Figur 3 (rechte Bildhälfte) als Platten gestaltet sind.
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Figur 4 zeigt dagegen, daß die Spannungsüberträger 12 eine gabelähnliche
Form haben können. Auch andere Variationen, beispielsweise Bügel, sind für die Ausbildung
der Spannungsüberträger möglich.
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Das Anpressen der Spannungsüberträger an die Thermoschienen bzw. Drähte
erfolgt gemäß den Figuren i - 3 über Kipphebel 15 und Gegengewicht 16, nach Figur
4 über Anpreßfedern 17, die sich auf einer isolierten Traverse 18 abstützen.