DE4440070A1 - Sensoreinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1. Sensoren dieser Art werden bei hohen Temperaturen und/oder dort eingesetzt, wo elektrisch leitende bzw. aggressive Medien zu kontrollieren sind, so zum Beispiel flüssige Metallschmelzen im Nichteisenmetallguß.

Aus der DE-OS-22 02 242 ist ein Kontaktfühler bekannt, der als ein Thermofühler in der Druckkammer einer Druckgießma­ schine angeordnet ist. Verbal erwähnt sind ebenfalls Wider­ standsthermometer, Thermoelemente u. dgl. Die Wirkung dieser Kontaktfühler kann jedoch nur durch "Inaugenscheinnahme" festgestellt werden.

Weiterentwickelte Sensorkonstruktionen dieser Art wurden z. B. in der DE-OS-36 36 936 vorgeschlagen. Eine verbesserte Ausführung ist in der DE-A-38 03 270 offenbart. Die Verbes­ serung bezieht sich insbesondere auf die Erhöhung der Stand­ zeit solcher Sensorkonstruktionen. Hierbei durchquert ein Elektrodenpaar einen Isolierkörper aus Keramik, der wiederum in einem Fassungskörper eingeschlossen ist. Der Isolierkörper weist wenigstens zwei voneinander räumlich getrennte, jeweils einer Elektrode zugeordnete Isolierungen auf. Bereits aus der DE-U-84 22 336 ist es bekannt, einen Kontaktstift in Lager­ stücken aus Zr-Oxid zu lagern, um die Gießphasen beim Druckgießen abhängig vom Metallstand in der Form zu steuern. Die Elektroden zur Temperaturmessung bestehen in bekannter Weise aus unterschiedlichen Werkstoffen wie Ni und NiCr. Eine ähnliche, integrale Sensoranordnung zeigt auch die DE-A- 36 44 533.

Der wesentliche Nachteil dieser üblichen Elektrodenwerkstoffe besteht nun darin, daß sie in direktem Kontakt mit der Alu­ miniumschmelze z. B. beim Druckgießen eutektische Al-Ni- Verbindungen bilden, deren Schmelzpunkt unter dem des Alumi­ niums liegt, so daß die Elektroden abschmelzen. An sich verträgt auf Dauer kein bekannter Werkstoff ein Eintauchen in eine Aluminiumschmelze. Auch die Thermospannung ist unter derartigen Bedingungen zeitabhängig. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß die Elektrodenwerkstoffe einen höhe­ ren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen als die Keramik des Isolierkörpers. Dies führt zu Spannungsrissen im Isolier­ körper.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die aufgezeigten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine dahingehend verbesserte Sensoreinheit zur Temperatur- und Metallfrontmessung in der Kavität einer Metalldruckguß­ maschine bzw. allgemein beim Nichteisenmetallguß zu ent­ wickeln. Diese Aufgabe wird in überraschender Weise durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zwar er­ scheint es auf den ersten Blick naheliegend, geeignetere Werkstoffe aus den entsprechenden Zweistoffsystemen zu entnehmen, jedoch ermöglicht eine solche Vorgehensweise nur wahrscheinliche Aussagen zur Bildung von intermetallischen Phasen. Es ist jedoch nicht möglich, aus derartigen Diagram­ men Angaben zum zeitlichen Verlauf chemischer Wechselwir­ kungen von Metallschmelze und Elektrodenwerkstoff zu erhal­ ten. Insbesondere vermitteln diese Diagramme auch keine An­ regung zur Verwendung von Werkstoffen zur Temperaturmessung. Die in Versuchen ermittelten Sensorwerkstoffe Ta, Nb, W, Zr, Ti, Mo und V gelten bisher als unüblich für eine solche Verwendung. Zudem sind sie mit den heutigen Verfahren nicht wirtschaftlich als Draht herstellbar.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles. In der Zeichnung zeigen die

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Sensorfläche der erfin­ dungsgemäßen Sensoreinheit zur Metallfrontdetek­ tion und/oder Temperaturmessung,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Sensoreinheit nach Fig. 1 in einer Schnittdarstellung und

Fig. 3 eine Variante nur zur Metallfrontdetektion.

Die Elektroden 2 bzw. 3 (Fig. 1, 2) in einer Sensoreinheit bestehen bevorzugt zur Kontakt- und Temperaturmessung aus W, Mo oder Ta. Einsetzbar sind aber auch Nb, Zr, V und Ti. Die Elektroden 2, 3 werden z. B. durch Sintern hergestellt.

Bei dieser Ausbildung werden an die Elektroden 2 und 3 ver­ schiedene Auswertekreise gemäß DE-A-38 03 270 angeschlossen, nämlich ein Auswertekreis K für ein Kontaktsignal bei Über­ brückung des Abstandes zwischen den Elektroden 2, 3 durch ein leitendes Medium und ein Auswertekreis T für das Temperatur­ signal. Die Auswertung erfolgt wie in der DE-OS 36 36 936 be­ schrieben.

Die Elektroden 2 oder auch 3 sind in bekannter Weise gemäß DE-A-38 03 270 in voneinander räumlich getrennte und jeweils einer Elektrode 2 bzw. 3 zugeordnete Isolierungen 4 aus Keramik (Siliziumnitrid) eingebettet. Die Isolierung 4 ist wiederum von einem Fassungskörper 5 aus Stahl umhüllt. Die Elektroden 2 bzw. 3 sind als Schalter bzw. Detektor in einer Sensorfläche 6 frei zugänglich.

In einer speziellen Ausführung nur zur Metallfrontdetektion (Fig. 3) besteht die Elektrode 2 als Schaltstift aus Mo und ist gegen den Fassungskörper 5 aus Stahl mittels einer kera­ mischen Isolierung 4 aus Siliziumnitrid isoliert.

In beiden Varianten kann die Sensoranordnung sowohl in der Formkavität als auch im Angußkanal bzw. Speiser oder im Formtrennungsbereich erfolgen.

Mittels einer solchen Anordnung kann flüssiges Metall (Metallfront) detektiert werden. Damit können wiederum Weg­ punkte auf der Einpreßkurve in einem Metallzuführsystem (z. B. Start/schneller Schuß oder Abbremsen am Ende der Formfül­ lung) gesetzt und korrigiert werden.

Claims (5)

1. Sensoreinheit mit an einer Sensorfläche frei endenden Elektroden, die einen Isolierkörper durchqueren, der in einem Fassungskörper eingeschlossen ist, wobei jeweils einer Elek­ trode zur Metallfront- und/oder Temperaturmessung eine Iso­ lierung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2, 3) jeweils aus mindestens einem der Metalle Ta, Nb, W, V, Zr, Ti oder Mo bestehen.

2. Sensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Metallfrontsensor aus einer Elektrode (2 oder 3), die in einer Isolierung (4) aus Keramik gelagert ist, und einem diese umhüllenden Fassungskörper (5) besteht.

3. Sensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierungen (4) in an sich bekannter Weise aus einer Siliziumnitrid-Keramik bestehen.

4. Verwendung einer Sensoreinheit nach Anspruch 1 zur Temperaturmessung (Thermoelement) und/oder Metallfront­ messung.

5. Verwendung einer Sensoreinheit nach Anspruch 2 zur Metallfrontmessung.