thermo - control
Körtvélyessy GmbH

Kurz zusammengefasst

• 4 Jahre Garantie *
• hochgenaues Platin-Thermoelement
• keine Referenzluft, keine Spülluft, kein Säubern, kein Drehen, keine Reparaturen vor Ort sind notwendig
• Anzeige ist völlig unabhängig von Referenzluft (falls sie doch vorhanden ist)
• Keramikschutzrohr (ø 17 mm)
• Längen: 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100 und 1200 mm
• Härteöfen, Schachtöfen, Vakuumöfen (max. 5 bar)
• Einbau: waagerecht, senkrecht oder schräg

Bauarten

Für Anwendungen in Schutzgas

Für Anwendungen in Vakuum

Beschreibung

Das Prinzip aller Sauerstoffsonden ist gleich. Sauerstoff wandert im Zirkoniumoxid von der Luft in die Ofengase und bildet eine Spannung von 0-1,2 Volt. Diese kann mit zwei Elektroden (Bild 1) abgetastet werden. Diese Spannung ist bei allen Sauerstoffsonden in der ersten Stunde gleich.

Es ist sogar völlig unmöglich, eine Sauerstoffsonde herzustellen, die von Anfang an eine andere Spannung abgeben würde als die Nernst-Spannung, die übrigens in jeder Sondenelektronik einprogrammiert ist. Die Sondenspannung ist ein Naturgesetz wie das Gravitationsgesetz oder die Relativitätstheorie. Die Sondenspannung entsteht eigentlich im Ofen selbst (im Vergleich zur Luft), die Sonde holt sie nur heraus. Maße und Materialien der Sauerstoffsonde spielen in der Nernst-Formel keine Rolle.

Warum haben dann die Sauerstoffsonden in der Praxis nach einigen Wochen so unterschiedliche Spannungen? Warum lebt eine jahrelang, andere nur monatelang? Wenn das klar ist, können wir gut verstehen, warum thermo-control Sauerstoffsonden eine Garantie von vier Jahren haben und mit allen Instrumenten gut zusammenarbeiten.

Probleme der Sauerstoffsonden und ihre Lösung in den thermo-control Sauerstoffsonden

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Dichtigkeit

Das Ende der Lebensdauer einer Sauerstoffsonde ist erreicht, wenn das Zirkoniumoxid-Rohr undicht wird.

Der Referenzluft-Sauerstoff wird durch die einströmenden Ofengase verdünnt und verbraucht Eine zu niedrige Sondenspannung entsteht Die Elektronik rechnet aber weiterhin mit normalem 20,9 % Sauerstoff. Überkohlung ist die Folge.

In einer thermo-control Sauerstoffsonde arbeitet ein 5-6 mm dünnes Zirkoniumoxid-Rohr. Es wird aus einem Stück bis auf eine Rekordlänge von 1200 mm hergestellt, nicht gekittet, nicht verlängert. Deswegen werden diese Sonden als erste im Vakuum oder im Druck (bis 5 bar) eingesetzt.

Dieses für thermo-control entwickelte Rohr ist zur Zeit wahrscheinlich das dünnste und dünnwandigste Sondenrohr. Es verträgt deswegen von allen Sonden die höchste Thermoschockbelastung. Sicherlich schont seine geringe Masse bei Erschütterungen z.B. in Topföfen auch die Elektrode.

Die Wahl des Durchmessers von 5-6 mm ist nicht frei. Sie wurde erst durch die Erfahrung von thermo-control ermöglicht (P 30 45 652): aus dünnen Thermodrähten ein langlebiges Thermoelement zu bauen. Der positive und der verdickte negative Thermodraht, die Sondenspannungsleitung, das Referenzluftrohr und die elektrische Isolierung nehmen zusammen nicht mehr als nur einen Durchmesser von 2,5 mm in Anspruch.

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Gaselektrode

Die Gaselektrode (Bild 1 unten) ist oft sehr robust, damit sie der Korrosion im Ofen standhält. Voluminöse Edelmetallblöcke sind aber teuer. Sie brennen in sechs bis neun Monaten in das Zirkuniumoxid ein, und manchmal sind sie bei einer Wärmeausdehnung stark genug, um das Rohr zu reissen. Die Folge eines Haarrisses ist - wie gerade erwähnt Uberkohlung.

Um Kosten zu sparen (oder aus anderen Gründen), wird die Elektrode manchmal mit einem oxidierbaren Metall legiert. Dies führt zu einer vorübergehenden niedrigeren Sondenspannung nach einer Türöffnung. Diese Oxidschicht ist um so dicker, je länger die Tür offen war. Diese Tatsache macht den Sondenwiderstand unsicher. Eine Voraussage der Restlebensdauer ist nicht möglich.

Bei Erschütterungen - auch schon bei einem leichten Klopfen auf den Sondenkopf - reibt diese Elektrode ihre Oxidschicht ab, dadurch springt die Sondenspannung hoch. Am nächsten Tag ist sie aber wieder unten.

Noch schlimmer sind lockere Gaselektroden, die schon nach Wochen dauernd eine zu niedrige Sondenspannung liefern, weil Rost (ein Sauerstoffspender) sich zwischen Elektrode und Zirkoniumoxid einlagert. Beim Klopfen springt diese Sondenspannung um mehr als 100 Millivolt hoch.

Die Lösung von thermo-control (erteiltes Patent: P 32 01796) heisst: geschützte Spiralelektrode, wie im Bild 2 skizzenhaft dargestellt. Das Foto (Bild 3) zeigt nach einem Aufkohlungsbetrieb von vier Jahren am äussersten Ring der Spiralelektrode nur wenig Korrosion. Die Elektrode war gut geschützt.

Auch die Fernhaltung des Keramikpulvers, der Rost- und Rußflocken von der Elektrode (P 33 23 241) funktionierte offensichtlich. Die asymmetrischen Bohrungen am Schutzrohr haben folgende Rollenteilung (Bild 4): zwei Seitenbohrungen saugen das Gas aus der Sonde heraus, und eine Bohrung lässt es ohne Festkörperchen hinein. Der nestförmige Elektrodenhalter blieb in vier Jahren rußfrei (Bild 3), obwohl das Schutzrohr stark verrusst wurde (Bild 5). Interessant ist dabei, die Bohrungen zu beobachten: ihre innere Hälfte ist fast rußfrei geblieben. Die Rußflocken schafften die scharfe Kurve entlang des Schutzrohrumfanges ins Rohrinnere hinein auch in vier Jahren nicht. Diese Sonde wurde nie gespült, nie gedreht, nie anders gesäubert, nichts in ihr wurde ausgetauscht. Sie wird sicherlich noch für weitere Jahre funktionstüchtig bleiben.

Position im Ofen

Ober dieses Problem ist überraschend wenig bekannt. Die ersten Sauerstoffsonden mit Keramikschutzrohr wurden am Ende der siebziger Jahre in der Höhe des Ofenthermoelementes - über die Charge - eingebaut, damit ihre Temperatur etwa gleich wurde wie die des Ofenthermoelementes. Eine einzige Sonde fand damals als Notlösung unter dem Rost Platz.

Später wurde das Edelstahlschutzrohr eingeführt. Es hat viele Vorteile: es ist thermoschock- und schlagunempfindlich, preiswert, kann als elektrische Leitung dienen - und somit die sehr teure Platinleitung in der Sonde sparen. Aus Stabilitätsgründen kann es aber nicht in eine beliebige Position des Ofens eingebaut werden, besonders wenn es länger ist, sonst biegt es in mehreren Monaten durch. Nach einer Biegung von einigen Millimetern bricht das Zirkoniumoxidrohr.

Bei einem hängenden Einbau bleibt jedoch die Elektrode relativ kalt. Ruß, Abdeckpasten und andere Materialien suchen aber gerade die Ofenstellen im Umlauf aus, die relativ kalt sind. Für die Edelmetallelektrode sind diese Ablagerungen korrosionsfördernd Die verrusstes Sauerstoffsonde gibt immer weniger Spannung ab, der Ofen verrusst immer schneller.

Die erwähnte Sauerstoffsonde unter dem Rost lief auf höchster Temperatur im Gasumlauf über ein Jahrzehnt einwandfrei. Die Notlösung entpuppte sich als ein Volltreffer. Die thermo-control Sauerstoffsonde mit Keramikschutzrohr in den Bildern 3 und 5 wird auch eine ähnlich lange Lebensdauer haben; sie wurde schon bewusst unter dem Rost, auf die heisseste Stelle des Ofenraumes eingebaut. Durch die richtige Wahl der Position und durch das Lochsystem (Bilder 4 und 5) konnte man darauf verzichten, die Ablagerungen und Russ mit Luftspülung periodisch aus der Sonde auszubrennen. Das teure Keramikschutzrohr machte die Lage der thermo-control Sauerstoffsonde unabhängig. Es zahlte sich aus: diese Sonde blieb sauber und deswegen langlebig.

Ein weiterer Vorteil des Einbaus unter der Charge für alle Sonden mit Keramikschutzrohr liegt in der minimalen Temperatur der Absiegelung im Kopf. Sie arbeitet um wenigstens 100 K kälter als beim hängenden Einbau, die Sonde bleibt bei der Absiegelung dicht. Sie braucht kaum Referenzluft.

Die thermo-control Sonden mit ihrer patentierten Absiegelung waren die ersten Sonden in Vakuumöfen. Sie arbeiten sogar bis zu einem Druck von 5 bar.

In jeder thermo-control Sauerstoffsonde arbeiten drei geschützte technische Lösungen:

• Ein hochgenaues Thermoelement sorgt Jahrzehnte lang für Temperaturmessung im Toleranzbereich von ± 1 Kelvin.
  
  
• Ein Korrosionsschutz der Gaselektrode ermöglicht erfahrungsgemäss eine Lebensdauer von etwa einem Jahrzehnt (Bild 4 und 6).
  
  
• Eine perfekte Filterung des Gases sorgt (Bild 4-5) dafür, dass die Rußgrenze angenähert werden kann. Selbst wenn alles schwarz ist (Bild 5), bleibt die Elektrode rußfrei.

Ausser diesen drei sind zahlreiche Lösungen in einer thermo-control Sauerstoffsonde vorhanden, die eine günstige Wirkung hervorrufen, wie z.B. die vakuumtechnische Absiegelung, womit diese Sonde nur so wenig Referenzluft benötigt, die für die Erhaltung des Sauerstoffstromes notwendig ist, also etwa 1 mm³ stündlich. Somit ist die Anzeige dieser Sonde völlig unabhängig von dem Druck der Referenzluft. Wenn die Spitze nur 5 mm tiefer liegt als der Kopf, fliesst die notwendige Luft auch von alleine hinein. Aber auch in anderer Lage, z.B. waagerecht, kann man den Lufthahn beliebig einstellen, sogar für Minuten zudrehen, ändert sich die Anzeige nicht. So haben diese Sonden eine Fehlerquelle weniger, im Vergleich zu Sonden, in denen der Innendruck mit dem Ofendruck gleichgestellt werden muss.

Jede thermo-control Sauerstoffsonde enthält eine grosse Menge Platin, um die Nernstspannung ohne Verfälschung von der Gaselektrode (Bild 6) abzuleiten.

Die erste Sonde lief bereits 17 Jahre nach Einbau, ohne Reparatur.