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Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Anordnung
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zur Temperaturmessung an einem Behälter für verfahrenstechnische Zwecke
(insbes. für die Durchführung von chemischen Reaktionen), - wobei der metallische
Behälter eine innere Emailschicht von etwa 1 mm bis zu einigen mm Dicke aufweist
und ein Thermoelement in den Behälter eingebaut ist, welches Leiterbauteile aus
verschiedenen Metallen und zumindest eine Schweißstelle aufweist. In der Praxis
verwendet man den Ausdruck Thermoelement auch für ein Teilstück dieses Leiterkreises,
z. B. zwei Leiterbauteile, die durch eine Schweißstelle vereinigt sind. - Ein Thermoelement
ist bekanntlich ein Leiterkreis aus zwei oder mehreren verschiedenen Metallen oder
auch halbleitenden Materialien deren Verbindungsstellen auf voneinander verschiedene
Temperaturen gebracht werden und die dann infolge des sogenannten Seebeck-Effektes
im Leiterkreis eine Thermospannung bzw.
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einen Thermostrom liefern. Bei der gattungsgemäßen Anordnung ist im
allgemeinen eine dieser Lötstellen des Thermoelementes in den Behälter eingebaut,
während die andere, dem Thermokreis angehörende, sich außerhalb des Behälters so
befindet, daß sich eine Temperaturdifferenz einstellt. Die Charakteristik eines
Thermoelementes hängt von den unterschiedlichen Potentialen der Elektronenleitungsbänder
in den verschiedenen Metallen und damit auch von der "Schärfe" der Trennung der
Metalle an der Verbindungsstelle ab. Es versteht sich, daß ein Behälter eine Mehrzahl
von solchen Anordnungen aufweisen kann, je nachdem an welchen Stellen und an welcher
Verteilung die Temperaturmessung durchgeführt werden soll. Der Begriff Behälter
umfaßt den Behältermantel mit Boden und Decke, aber auch mit dem Behälter integrierte
Einbauteile.
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Bei der aus der Praxis bekannten gattungsgemäßen Anordnung ist das
Thermoelement mit Hilfe einer Hülse oder dergleichen in den Behälter eingebaut,
welche Hülse durch eine Bohrung im Behälter mantel bzw. im Behälterdeckel in den
Behälter eingeführt ist.
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Das ist aufwendig und auch in meßtechnischer Hinsicht nachteilig,
weil einerseits die Hülse notwendigerweise wärmedämmend wirkt und eine störende
Totzeit in die Messung einführt, weil aber andererseits die Hülse die Strömungsverhältnisse
und damit die Temperaturverteilung im Innern des Behälters stört. Freiliegend können
Thermoelemente in solche Behälter im allgemeinen wegen der Aggressivität des im
Behälter verfahrenstechnisch zu behandelnden Gutes nicht eingebracht werden. Bei
der bekannten gattungsgemäßen Anordnung ist folglich die Integration des Thermoelementes
mit dem Behälter nur unvollständig, worauf letzten Endes die beschriebenen meßtechnischen
Nachteile beruhen Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer
gattungsgemäßen Anordnung das Thermoelement mit dem Behälter vollständig so zu integrieren,
daß auch die beschriebenen meßtechnischen Probleme beseitigt sind und die Totzeit
auf ein Minimum reduziert ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Leiterbauteile
eine Laserstrahl-Schweißstelle aufweisen, die, ebenso wie die Leiterbauteile selbst,
dünner ist, als der Dicke der Emailschicht entspricht, und daß das Thermoelement
beim Einbrennen der Emailschicht vollständig in die Emailschicht eingebettet ist.
Es versteht sich, daß die zum Thermokreis gehörenden, mit der Emailschicht verbundenen
Leiterkreisteile durch die
Emailschicht und durch den Behälterwerkstoff
isoliert geführt werden, bevor die Verbindung zur üblichen Ausgleichsleitung hergestellt
wird. Die isolierte Führung oder Durchführung erfolgt z. B. durch im Email eingebettete
Keramikröhrchen und Bohrungen in der Behälterwand. Nach bevorzugter Ausführungsform
der Erfindung sind die Leiterbauteile als Folienstreifen ausgeführt, die in der
Folienebene mit Hilfe eines Laserstrahls miteinander verschweißt sind, wobei die
Folienstreifen mit ihrer Folienebene parallel zum Behältermantel in die Emailschicht
eingebettet sind. Die Leiterbauteile können aber auch als Drähte ausgeführt sein,
die dünn sind im Verhältnis zur Dicke der Emailschicht. - Die Erfindung nutzt die
Tatsache, daß mit Hilfe eines Laserstrahls sehr scharfe, in der Dicke über die Dicke
der Leiterelemente praktisch nicht vorstehende Laserstrahl-Schweißstellen hergestellt
werden können, so daß das Thermoelement mit seiner Laserstrahl-Schweißstelle in
eine Emailschicht vollständig eingebettet werden kann, - während bisher bei Thermoelementen
die Schweißstellen über die Dicke der Leiterbauteile vorstehende, verdickte Knoten
darstellen, und würde man ein solches Thermoelement in eine Emailschicht einbetten,
so würde die Emailschicht im Bereich der Schweißstelle erhaben vorstehen. Ein solcher
Vorsprung erfährt vorzeitigen Verschleiß und durch vorzeitigen Verschleiß könnte
die Schweißstelle des eingebetteten Thermoelementes freigelegt werden, - womit die
Funktion des Thermoelementes insgesamt zerstört ist. Demgegenüber lehrt die Erfindung,
daß die Emailschicht überall und auch im Bereich des Thermoelementes und der Laserstrahl-Schweißstelle
des Thermoelementes praktisch überall gleiche Dicke aufweist.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung muß das Thermoelement in die Emailschicht
beim Einbrennen der Emailschicht eingebettet werden. Es kann dahingestellt bleiben,
ob dabei Leiterbauteile oder eine Laserstrahl-Schweißstelle auch einmal zerstört
werden können. Tatsächlich ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Leiterbauteilen für das Thermoelement mäanderfömig
mit einer Vielzahl von Laserstrahl-Schweißstellen oder sternförmig mit einer gemeinsamen
Laserstrahl-Schweißstelle miteinander verschweißt sind, welche Leiterbauteile alle
in die Emailschicht eingebettet sind, und daß an die einzelnen Leiterbauteile zu
einem Thermokreis führbare Anschlußleiter angeschweißt sind, die - im Bedarfsfall
- wahlweise an den Thermokreis anschließbar sind.
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Arbeitet man so , so kann selbst dann, wenn ein Leiterbauteil oder
eine Schweißstelle beim Einbrennen zerstört sein sollte mit der erfindungsgemäßen
Anordnung gearbeitet werden, da andere Leiterbauteile und deren Laserstrahl-Schweißstellen
aus statistischen Gründen den Einbrennvorgang ohne weiteres überstehen und folglich
für die Durchführung der Temperaturmessungen zur Verfügung stehen.
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Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei der erfindungsgemäßen
Anordnung die Leiterbauteile des Thermoelementes mit dem Behälter vollständig integriert
sind, weil sie in die Emailschicht des Behälters eingebettet sind. Im Rahmen der
Erfindu- liegt es, den Behälter über seine gesamte innere Oberfläche mit Thermoelementen
zu versehen, deren Meßstellen von zugeordneten Meßschaltung abgefragt werden, so
daß sehr genaue
Temperaturüberwachungen des gesamten Behälters mit
Feststellung von Temperaturgradienten zwischen unterschiedlichen Behälterbereichen
durchgeführt werden können.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.
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Es zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 einen Querschnitt durch
einen Behälter mit erfindungsgemäßer Anordnung, ausschnittsweise, Fig. 2 eine Ansicht
des Gegenstandes der Fig. 1 aus Richtung des Pfeiles A, Fig. 3 eine andere Ausführungsform
von mehreren miteinander vereinigten Leiterbauteilen und Fig. 4 eine weitere Ausführungsform.
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Die in der Figur dargestellte Anordnung dient zur Temperaturmessung
an einem Behälter 1 der für verfahrenstechnische Zwecke, beispielsweise zur Durchführung
von chemischen Reaktionen, bestimmt ist. Der metallische Behälter 1 besitzt eine
innere Emailschicht 2 von etwa einem mm bis zu einigen mm Dicke d. Ein Thermoelement
3 ist mit seinen wesentlichen Bauteilen in den Behälter 1 eingebaut. Es weist Leiterbauteile
4 aus verschiedenen Metallen und zumindest eine Laserstrahl-Schweißstelle 5 auf.
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Diese ist ebenso wie die Leiterbauteile 4 selbst wesentlich dünner
als der Dicke d der Emailschicht 2 entspricht. Das Thermo, element 3 ist mit den
beschriebenen Leiterbauteilen 4 beim Einbrennen der Emailschicht 2 vollständig in
die Emailschicht 2 eingebettet. - In der Fig. 1 sind die Leiterbauteile 4 und die
Laserstrahl-Schweißstelle 5 aus darstellungstechnischen Gründen dicker gezeichnet,
als es dem natürlichen Verhältnissen entspricht.
Die Emailschicht
2 besitzt überall und auch im Bereich der eingebetteten Leiterbauteile 4 mit ihren
Laserstrahl-Schweißstellen 5 die gleiche Dicke d. Es versteht sich, daß zum Thermokreis
gehörende Anschlußleiter 6 nach außen geführt sind, was in Fig. 1 bei 7 angedeutet
wurde. Dabei kann in den Bohrungen 8 des Behälters 1 mit keramischer Isolierung
9 gearbeitet werden.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 sind die Leiterbauteile
4 aus Folienstreifen ausgeführt, die in der Folienebene mit Hilfe eines Laserstrahls
miteinander verschweißt sind. Die Folienstreifen 4 sind mit ihrer Folienebene parallel
zur Behälterwand in die Emailschicht 2 eingebettet, wie sich insbes.
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aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 2 ergibt.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 sinddie Leiterbauteile
als Drähte 4 ausgeführt, die einschließlich der Laserstrahl-Schweißstellen 5 dünn
sind im Verhältnis zur Dicke d der Emailschicht 2. In allen Ausführungsformen des
AusfUhrungsbeispiels ist eine Mehrzahl von Leiterbauteilen 4 vereinigt, wobei die
Leiterbauteile 4 mäanderförmig (Fig. 1 und 2), sternförmig (Fig. 3) oder auch netzförmig
(Fig. 4) miteinander verschweißt sind. Alle Leiterbauteile 4 und alle Laserstrahl-Schweißstellen
5 sind in die Emailschicht 2 eingebettet. Die einzelnen Leiterbauteile 4 besitzen
zu einem Thermokreis führbare Anschlußleiter 6 die ebenfalls per Laserstrahl angeschweißt
sind. Im Bedarfsfall können diese Anschlußleiter 6 wahlweise an den zugeordneten
Thermokreis der Meßvorrichtung angeschlossen werden.