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Dokumentenidentifikation DE4215000C2 18.12.1997
Titel Vorrichtung zur Messung des Wärmeübergangskoeffizienten von Abschreckmitteln für die Wärmebehandlung von Metallen
Anmelder Schrott, Alexander, Dipl.-Ing. (FH), 01468 Reichenberg, DE;
Zieger, Helmut, Dr.-Ing., 01640 Coswig, DE
Erfinder Schrott, Alexander, Dipl.-Ing. (FH), 01468 Reichenberg, DE;
Zieger, Helmut, Dr.-Ing., 01640 Coswig, DE
DE-Anmeldedatum 06.05.1992
DE-Aktenzeichen 4215000
Offenlegungstag 11.11.1993
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.12.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.12.1997
IPC-Hauptklasse G01N 25/18

Beschreibung[de]

Es ist bekannt den Wärmeübergangskoeffizient alpha mittels eines elektrisch beheizten Röhrchens zu messen (DD 2 68 062 A1). Es ist weiterhin andererseits bekannt, daß besonders im Bereich der Kochphase des Abschreckmittels, oberhalb des burnout-Punktes die Einstellung einer Temperatur schwierig ist und der Meßkörper durchbrennt (Chemie-Ing.-Techn. 30. Jahrgang 1958/Nr. 11/S.721).

Die Schwierigkeit bei Einrichtungen nach DD 2 68 062 A1 besteht darin, daß sich die Enden des Röhrchens auf der Temperatur der Halterungen (Stromzuführung) mit deren hoher Wärmekapazität (entspr. Temperatur des Abschreckmittels) befinden, während sich die Mitte des Röhrchens, wie beabsichtigt auf Austenitisierungstemperatur (z. B. 850°C) befindet. Es ist nun naheliegend, mit einer geeigneten Regeleinrichtung, die Temperatur zwischen zwei, nahe der Mitte des Röhrchens angeschweißten Drähtchen (2), durch Messung des temperaturproportionalen Widerstandes des Röhrchenmaterials (1) zwischen den Drähtchen, als Istwert, über den durch das Röhrchen fließenden Strom 1 (I*I*R=Stromwärme) zu regeln. Bei maximaler Temperatur in der Mitte des Röhrchens ergibt sich außerhalb des durch die Drähtchen eingegrenzten Bereiches, zu den Klemmstellen hin, längs des Röhrchens ein abfallender Temperaturverlauf. Damit stellt sich immer, bei hohen Temperaturen in der Mitte des Röhrchens, beiderseitig außerhalb des durch die Anschlußdrähtchen (2) eingegrenzten Bereiches jeweils ein Temperaturbereich ein, der dem Bereich zwischen Burnout- und Leidenfrostpunkt entspricht. In diesem Bereich herrscht kein Gleichgewicht zwischen Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr weil der fließende Strom nur den thermischen Verhältnissen in der Meßstrecke, zwischen den Anschlußdrähtchen entspricht. Daher brennen die Röhrchen außerhalb der Meßstrecke durch und eine praktische Nutzung des direkten Meßverfahrens ist nicht möglich.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, das Durchbrennen der Röhrchen zu verhindern und damit eine praktische Nutzung des direkten Meßverfahrens des Wärmeübergangskoeffizienten zu ermöglichen.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Kerne (3) gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, das Durchbrennen der Röhrchen zu verhindern, damit eine hohe Lebensdauer und demzufolge eine praktische Nutzung überhaupt erst zu ermöglichen.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.

Das Röhrchen (1) ist an seinen Enden durch zwei, nicht dargestellte Halterungen mit einer Stromversorgung verbunden, womit es möglich ist, den el. Strom I durch die Röhrchenwandung zu treiben. In das Röhrchen sind zwischen den Halterungen und den Stellen, an denen die Drähtchen (2) angeschweißt sind, Kerne (3) aus thermisch und elektrisch gut leitendem Material eingebracht. Die Kerne sind mittels hochschmelzendem Hartlot oder durch Kerbung innig mit der Innenwandung des Röhrchens verbunden. Der Strom I erzeugt entsprechend dem el. Widerstand R des Röhrchenmaterials mit I*I*R die für die Messung des Wärmeübergangskoeffizienten alpha erforderliche Wärme. Die Drähtchen (2) sind an einen nicht dargestellten Spannungsmesser angeschlossen, womit über U/I=R der el. Widerstand des Röhrchenmaterials (1) im durch die Drähtchen (2) eingegrenzten Bereich gemessen werden kann. Der el. Widerstand des Röhrchenmaterials ist der Temperatur proportional. Damit erhält man durch Messung des Spannungsabfalles am Röhrchen zwischen den Schweißstellen der Drähtchen (2) die für die Ermittlung des Wärmeübergangskoeffizienten alpha ebenfalls erforderliche Temperatur.

Am Ende der Kerne (3), zur Meßstrecke hin, stellt sich ein sehr schroffer Temperaturabfall an der Röhrchenoberfläche ein, weil sich dort der ohmsche Widerstand durch hohe el. Leitfähigkeit der Kerne längs des Röhrchens stark vermindert, und damit die Stromwärme (I*I*R) ebenfalls stark verringert. Durch den schroffen Abfall der Temperatur wird der Bereich auf der Oberfläche des Röhrchens, der dem thermisch instabilen Temperaturbereich zwischen Burnout- und Leidenfrostpunkt entspricht, räumlich so zusammengedrängt, daß er keinen negativen Einfluß auf die Energiebilanz auf der Oberfläche des Röhrchens (1) hat und das Röhrchen nicht mehr durchbrennen kann.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Messung des Wärmeübergangskoeffizienten von Abschreckmitteln in Form eines stromdurchflossenen (I) und damit elektrisch beheizten Röhrchens (1) mit zwei angeschweißten Drähtchen (2), die den Meßbereich für den Wärmeübergangskoeffizient alpha auf der Röhrchenoberfläche eingrenzen, und durch Anschluß eines Spannungsmessers an ihnen den Spannungsabfall im Meßbereich, damit den temperaturproportionalen Widerstand R und letztlich die für die Messung des Wärmeübergangskoeffizient alpha erforderliche Temperatur zu messen ermöglichen, wobei im Inneren des Röhrchens (1), von den Enden her, je ein Kern (3) aus gut wärmeleitfähigem hochschmelzendem Material, mit guter elektrischer Leitfähigkeit bis in die Nähe der Schweißstellen der Drähtchen (2) so eingebracht ist, daß ein guter elektrischer Kontakt und Wärmekontakt der Kerne (3) mit der Innenwand des Röhrchens (1) gegeben ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (3) durch hochschmelzendes Hartlot mit der Innenwand des Röhrchens (1) verbunden sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (3) durch Kerbungen des Röhrchens (1) mit ihm verbunden sind.






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