Anordnung für einen Lichtbogenofen

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lichtbogenofens, eine Schwingungsmesseinrichtung für einen Lichtbogenelektrode und eine Anordnung für einen Lichtbogenofen .

H INTERGRUN D DER ERFINDU NG

Bei bestimmten Materialverarbeitungs- oder Veredelungsverfahren werden zum Einbringen thermischer Energie in das zu verarbeitende oder zu veredelnde Material oder Gut so genannte Lichtbogenprozesse verwendet. Dabei wird zwischen einer vorzusehenden Lichtbogenelektrode und dem zu verarbeitenden oder veredelnden Material oder Gut und/oder einer entsprechend vorzusehenden Gegenelektrodenanordnung durch Ausbilden einer elektrischen Spannung in gesteuerter Art und Weise ein Stromfluss über einen Lichtbogen ausgebildet, d.h . also ohne direkten materiellen Kontakt zwischen der Lichtbogenelektrode einerseits und dem zu verarbeitenden oder zu veredelnden Material oder Gut und/oder der Gegenelektrodenanordnung andererseits, sondern über ein zwischen der Lichtbogenelektrode einerseits und dem Gut und/oder der Gegenelektrode andererseits ausgebildetes und elektrisch leitfähiges Plasma auf der Grundlage der zugrunde liegenden Atmosphäre.

Bei derartigen Betriebsverfahren treten aufgrund der hohen elektrischen und thermischen Belastungen Verschleißerscheinungen oder gar Schäden an den Lichtbogenelektroden auf. Diese Verschleißerscheinungen oder Schäden führen dazu, dass gegebenenfalls der Arbeitsprozess abgebrochen und die Anla- ge heruntergefahren werden muss, z.B. um defekte Lichtbogenelektroden zu erneuern .

Diese Betriebsunterbrechungen einerseits, aber auch der materielle Aufwand zum Austausch defekter Elektroden andererseits sind mit entsprechenden Kosten verbunden . Es wäre daher wünschenswert, wenn die Verschleißerscheinungen oder Schäden vor Qualitätseinbußen im Arbeitsprozess oder dem Ausfall einer Elektrode zumindest erkannt, d.h . vorab in einem sich bereits anbahnenden Stadium, oder durch Wahl entsprechender Betriebsparameter verzögert oder gar vermieden werden könnten .

Dies ist jedoch aufgrund der robusten Natur der zugrunde l iegenden Betriebsumgebung und Betriebsverfahren mit ihren extremen thermischen, mechanischen und elektrischen Belastungen bisher nicht mögl ich .

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDU NG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Lichtbogenofens, eine Schwingungsmesseinrichtung für eine Lichtbogenelektrode und eine Anordnung für einen Lichtbogenofen zu schaffen, bei oder mit welchen der Betrieb eines Lichtbogenofens mit einfachen Mitteln besonders sicher und produktiv gestaltet werden kann .

Die der Erfindung zu Grunde l iegende Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Betreiben eines Lichtbogenofens erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 , bei einer Schwingungsmesseinrichtung für eine Lichtbogenelektrode erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8 und bei einer Anordnung für einen Lichtbogenofen erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 26 gelöst. Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorl iegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Lichtbogenofens bei welchem durch Beaufschlagen mindestens einer Lichtbogenelektrode mit einer elektrischen Spannung zwischen der mindestens einen Lichtbogenelektrode und einem Gut und/oder einer Gegenelektrodenanordnung zur Ausbildung eines elektrischen Stromflusses in gesteuerter Art und Weise ein Lichtbogen ausgebildet und unterhalten wird, bei welchem zumindest während des Unterhaltens des Lichtbogens an der mindestens einen Lichtbogenelektrode eine Schwingungsmessung durchgeführt wird, bei welchem aus der Schwingungsmessung einen Schwingungszustand der mindestens einen Lichtbogenelektrode und/oder einen Betriebszustand des Lichtbogenofens charakterisierende Daten abgeleitet werden und bei welchem die charakterisierenden Daten zur Regelung und/oder Steuerung des Betriebs des Lichtbogenofens verwendet werden . Eine Kernidee der vorliegenden Erfindung besteht also darin, bei einem Betriebsverfahren für einen Lichtbogenofen eine Mögl ichkeit zur Erfassung des Schwingungszustands der vorgesehenen ein oder mehreren Lichtbogenelektroden zu schaffen . Auf der Grundlage dieser Schwingungsmessung können dann Daten gewonnen werden, die den Schwingungszustand und/oder Betriebszustand der Lichtbogenelektrode und/oder des Lichtbogenofens insgesamt beschreiben oder charakterisieren . Auf der Grundlage dieser charakterisierenden Daten kann dann der Verlauf des weiteren Betriebs des Lichtbogenofens gestaltet werden, z.B. durch entsprechende Wahl und auch Einstellung von Betriebsparametern oder Betriebsgrößen, seien diese geometrischer, mechanischer und/oder elektrischer Natur. Es kann also z.B. daran gedacht werden, elektrische Spannungen und/oder Stromstärken zu regeln oder auch die Elektrodengeometrie im Bezug auf das im Ofengefäß befindliche Gut anzupassen .

Die Schwingungsmessung kann kontaktfrei - insbesondere ohne direkten oder indirekten mechanischen Kontakt zu der mindestens einen Lichtbogenelektrode - durchgeführt werden . Bei einer kontaktfreien Schwingungsmessung werden die besonderen Belastungen bei den beim Betrieb eines Lichtbogenofens auftretenden hohen Temperaturen reduziert oder vermieden, so dass Störun- gen der Messungen oder gar Beschädigungen an den jeweils vorzusehenden Messeinrichtungen aufgrund thermischer, mechanischer oder elektrischer Einflüsse entfallen .

Die Schwingungsmessung kann mit optischen Mitteln und/oder mit akustischen Mitteln durchgeführt werden, insbesondere unter Verwendung von Ultraschall . Grundsätzlich sind jedoch sämtliche andere kontaktfreie Messverfahren denkbar, also Verfahren, die Schwingungsbewegungen der Lichtbogenelektrode oder damit verbundener Apparaturen erfassen können, ohne dass es eines direkten mechanischen Kontakts bedarf.

Die Schwingungsmessung kann über ein Interferenzverfahren und/oder unter Ausnutzung eines Dopplereffekts durchgeführt werden . Interferenzverfahren und/oder Dopplerverfahren sind besonders genaue Messverfahren, da bei Ihnen bereits geringe Abweichungen in den zugrunde liegenden Basisgrößen zu qualitativ und quantitativ leicht detektierbaren Messgrößen und deren Änderungen führen .

Bei der Schwingungsmessung, bei deren Auswertung und/oder bei der Steuerung und/oder Regelung des Betriebs des Lichtbogenofens kann eine Fourieranalyse an den charakterisierenden Daten durchgeführt werden, z.B. um Zustände der Resonanz- und/oder bestimmte Schwingungsmuster der mindestens einen Lichtbogenelektrode und/oder des Lichtbogenofens zu detektieren . Die Fourieranalyse und andere spektrale Verfahren eignen sich besonders zur Untersuchung von Schwingungszuständen von Systemen, weil mit ihnen Schwingungsmuster, z.B. auch Zustände von Resonanz oder dergleichen, besonders genau detektiert und analysiert werden können.

Auf der Grundlage der Schwingungsmessung können der Auswertung und/oder bei der Steuerung und/oder Regelung mechanische und/oder elektrische Betriebsgrößen des Lichtbogenofens und/oder der Lichtbogenelektrode gesteuert oder geregelt werden . Das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausführungsformen können zum Ver- oder Bearbeiten, Veredeln oder Schmelzen eines - insbesondere metallischen - Guts verwendet werden .

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schwingungsmesseinrichtung für eine Lichtbogenelektrode geschaffen, welche ausgebildet ist und Mittel aufweist zu einer Schwingungsmessung an mindestens einer zugeordneten Lichtbogenelektrode, insbesondere in einer Anordnung für einen Lichtbogenofen .

Die Schwingungsmesseinrichtung kann zur kontaktfreien Schwingungsmessung ausgebildet sein, insbesondere ohne direkten oder indirekten mechanischen Kontakt zu der mindestens einen zugeordneten Lichtbogenelektrode.

Die Schwingungsmesseinrichtung kann zur Schwingungsmessung mit optischen und/oder mit akustischen Mitteln ausgebildet sein . Sie kann Aussendeeinrichtungen zur Aussendung von bestimmten optischen und/oder akustischen Signalen an die mindestens eine zugeordnete Lichtbogenelektrode und/oder entsprechende Empfangseinrichtungen zum Empfang von der mindestens einen zugeordneten Lichtbogenelektrode ausgesandten optischen und/oder akustischen - insbesondere reflektierten - Signalen aufweisen . Durch das Vorsehen entsprechender Aussendeeinrichtungen und/oder Empfangseinrichtungen lassen sich auf besonders einfache und doch zuverlässige Art und Weise kontaktfreie Messszenarien aufbauen, und zwar unabhängig davon, ob diese auf elektromagnetische Phänomenen, auch im optischen Bereich, oder akustischen Phänomenen, z.B. auch Ultraschall oder dergleichen, beruhen .

Die Schwingungsmesseinrichtung kann zur Schwingungsmessung über ein Interferenzverfahren und/oder über die Ausnutzung eines Dopplereffekts ausgebildet sein . Aufgrund ihres hohen Auflösungsvermögens ergeben sich mit Interferenzverfahren und Verfahren unter Ausnutzung des Dopplereffekts besonders hohe Genauigkeiten bei der Schwingungsmessung .

Die Schwingungsmesseinrichtung kann zur Schwingungsmessung über einen direkten oder indirekten mechanischen Kontakt mit der mindestens einen zugeordneten Lichtbogenelektrode ausgebildet sein . In diesem Fall weist sie z.B. einen Schwingungssensor auf, auf weichen über den mechanischen Kontakt ein Schwingungszustand der mindestens einen zugeordneten Lichtbogenelektrode oder dessen Wirkung übertragbar sind . Grundsätzlich sind beliebige Schwingungssensoren einsetzbar. Denkbar sind so genannte Piezosensoren, induktive Sensoren, oder auch optische Kreisel oder dergleichen . Dabei können auch mehrere Sensoren miteinander kombiniert werden, um z.B. Schwingungsbewegungen innerhalb der drei Raumrichtungen x, y und z unabhängig voneinander aufzulösen .

Der Schwingungssensor - und insbesondere eine vorgesehene und mit dem Schwingungssensor verbundene Messschaltung der Schwingungsmesseinrichtung - können als Messeinheit im Inneren einer Isolationsanordnung ausgebildet sein . Die vorgesehene Messschaltung kann bereits einen Teil der Auswertung der vom Schwingungssensor gel ieferten Primärdaten übernehmen, so dass dann nach der Primärverarbeitung die Daten in teilweise aufbereiteter Form gespeichert, ausgelesen und/oder ausgesandt werden können . Die Messschaltung kann dazu entsprechende Einrichtungen, wie z.B. entsprechende Steuer- oder Rechenschaltungen, Speicher und Sende-Empfangsein- richtungen aufweisen .

Die Isolationsanordnung kann zur thermischen Isolation/Kühlung und/oder zur mechanischen Ankopplung ihres Inneren gegenüber dem Äußeren ausgebildet sein . Aufgrund der oben bereits erwähnten thermischen, elektrischen und mechanischen Belastungen sind zum Schutze der Messmechanismen entsprechende Isolationen von Vorteil , um Verfälschungen in der Messung oder Schäden an den Messeinrichtungen selbst zu vermeiden . Die Isolationsanordnung kann eine Mehrzahl aufeinander folgend ineinander geschachtelter Isolationsbehälter aufweisen, wobei insbesondere der äußerste Isolationsbehälter mechanisch direkt oder indirekt an die mindestens eine zugeordnete Lichtbogenelektrode gekoppelt ist und der innerste Isolationsbehälter in seinem Inneren die Messeinheit und insbesondere den Sensor und/oder die Messschaltung aufweist.

Je nach tatsächl icher oder zu erwartender Belastung können unterschiedliche Anzahlen ineinander geschachtelter einzelner Isolationsbehälter gewählt werden . Entsprechend können auch die jeweiligen Ausgestaltungen der Behälter und ihrer Inhalte oder Füllungen unterschiedlich sein . Dabei muss sichergestellt sein, dass über das gesamte Betriebsintervall, also in der Zeit, während der Wärmemenge von außen dem Messsystem aufgeprägt wird, die Isolation so weit ausreichend ist, dass bis zur nächsten Betriebspause, bei welcher das Aufprägen von Wärmemenge entfällt, die Temperatur im innersten Bereich, in welchem sich die eigentliche Messeinheit mit Sensor und Messschaltung befindet, nicht über die maximal zulässige Betriebstemperatur hin ansteigt.

Ein oder mehrere Isolationsbehälter können jeweils einen Wandbereich zur äußeren Begrenzung und/oder zur thermischen Isolation/Kühlung aufweisen .

Ein oder mehrere Isolationsbehälter können in ihrem Inneren jeweils ein thermisches Isolationsmaterial und/oder Kühlmaterial als teilweise oder vollständ ige Füllung aufweisen .

Die Wandbereiche bilden Barrieren hinsichtlich der Wärmeleitung und können aber gegebenenfalls aufgrund ihres Reflexionsvermögens auch als Wärmestrahlungsbarrieren fungieren. Die Isolations- und/oder Kühlmaterialien haben dieselben Funktionen, wobei hier jedoch das Schwergewicht auf der Unterbindung der Wärmeleitung liegt, sofern nicht besondere Materialeigenschaften in Bezug auf Phasenübergänge genutzt werden . Dies wird weiter unten genauer beschrieben .

Ein jeweiliger Wandbereich eines jeweiligen Isolationsbehälters kann ein oder mehrere Wände aufweisen . Durch das Vorsehen einer Mehrzahl von Wänden kann d ie Wärmeleitfähigkeit aufgrund der Vielzahl aufeinander treffender Grenzflächen abgesenkt werden .

Eine jeweil ige Wand kann mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe von Materialien ausgebildet sein, die aufweist metallische Materialien, Aluminium, Stahl, keramische Materialien, gesinterte keramische Materialien, Kunststoffe, faserverstärkte Materialien und deren Kombinationen. Es ist eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien einsetzbar. Diese werden im Einzelnen je nach der Positionierung des jeweil igen Isolationsbehälters und den damit verbundenen thermischen, mechanischen und elektrischen Belastungen gewählt.

Ein jeweiliger Wandbereich und/oder eine jeweilige Wand - insbesondere auf der jeweiligen Außenseite - können ganz oder teilweise verspiegelt ausgebildet sein . Die Verspiegelung erhöht das Reflexionsvermögen im Hinblick auf die Wärmestrahlung .

Ein jeweiliges Isolations- und/oder Kühlmaterial kann mit oder aus einem oder mehreren Materialien mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit, insbesondere im Bereich von unter etwa 3 W/m K, vorzugsweise im Bereich von unter etwa 0,3 W/m K, ausgebildet sein .

Ein jeweiliges Isolations- und/oder Kühlmaterial kann mit oder aus einem oder mehreren Phasenwechselmaterialien oder Phasenänderungsmaterialien ausgebildet sein, insbesondere mit einem Fest-Flüssigübergang und/oder mit einem Flüssig-Gasübergang, vorzugsweise mit einer hohen Phasenwechse- lenthalpie oder Phasenübergangsenthalpie, insbesondere im Bereich von etwa 25 kJ/mol oder darüber. Neben der Unterbindung oder Absenkung der Wärmeleitfähigkeit oder Wärmestrahlung kann gerade auch die Wirkung durch Aufnahme so genannter latenter Wärme sehr vorteilhaft sein . Wird zum Beispiel an den Phasenübergang von fest nach flüssig gedacht, so ergibt sich, dass das Phasenübergangsmaterial oder Phasenwechselmaterial praktisch als Mantel konstanter Temperatur fungiert, der auf der Phasenübergangstemperatur des zugrunde liegenden Phasenwechselmaterials l iegt, und zwar so lange, bis die Phasenumwandlung des Phasenwechselmaterials vollständig abgeschlossen ist, bis also - in dem hier angesprochenen Fall - der ursprünglich vorliegende Feststoff vollständig in eine Flüssigkeit umgesetzt ist. Entsprechendes gilt für einen Stoff mit einem Phasenübergang von flüssig nach gasförmig .

Ein jeweiliges Isolations- und/oder Kühlmaterial kann mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe von Materialien ausgebildet sein, welche aufweist Wasser, Zeolithmaterialien, insbesondere Zeol ithgranulat, Per- litmaterialien, insbesondere Perlitgranulat, Schaumstoffmaterialien, insbesondere Kohlenstoffschaumstoffmaterialien und deren Kombinationen . Aus Kostengründen bietet sich - gerade im Außenbereich - der Einsatz von Wasser in besonders vorteilhafter Art und Weise an . So kann z.B. daran gedacht werden, den Phasenübergang von flüssig nach gasförmig beim Einsatz von Wasser zu nutzen . Es wird somit ein im äußeren Bereich vorgesehener Kühlmantel geschaffen, der, solange das Wasser in flüssiger Form vorliegt und höchstens am Sieden ist, eine Temperatur von 1 00°C annimmt. Es muss nur gewährleistet werden, dass ausreichend Kühlwasser vorhanden ist, welches - durch den Siedeprozess in Dampf verwandelt - den entsprechenden Innenraum des zugrunde liegenden Isolationsbehälters ggf. verlässt.

Als weitere Isolationsmaßnahme können Stege vorgesehen sein .

Diese können einen jeweils einen inneren Isolationsbehälter nach außen hin gegenüber einem jeweils äußeren Isolationsbehälter an dessen Innenseite ab- stützen und/oder eine innere Wand eines Wandbereichs nach außen hin gegenüber einer äußeren Wand desselben Wandbereichs an dessen Innenseite hin abstützen .

Die Stege führen zu einem minimalen Kontaktbereich oder einer minimalen Kontaktfläche der ineinander geschachtelten Isolationsbehälter, so dass auch ein Wärmeübertrag aufgrund von Wärmeleitung an diesen Kontaktstellen mit min imaler Fläche äußerst gering ist.

Zur Schwingungsübertragung von außen nach innen kann ein Teil des Wandbereichs des äußersten Isolationsbehälters gebildet werden von einem bis in das Innere des äußersten Isolationsbehälters hinein reichenden Schwin- gungsübertragungselement mit oder aus einem oder mehreren Materialien mit hoher Schallfortleitungsfähigkeit oder hoher Schallgeschwindigkeit und niedriger Wärmeleitfähigkeit, insbesondere nach Art eines steinartigen Materials, vorzugsweise mit oder aus Granit und/oder in Plattenform. Der Vorteil einer Granitplatte oder dergleichen besteht darin, dass derartige Material ien besonders günstige mechanische Eigenschaften haben, da sie Schwingungszustän- de, also z.B. Schall vom Infraschallbereich mit einigen Hertz bis zum Ultraschallbereich von einigen zehn Kilohertz gut übertragen, gleichzeitig jedoch eine im Vergleich zu Metallen z.B. sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen .

Das Schwingungsübertragungselement kann in direktem mechanischen Kontakt stehen mit dem Wandbereich mindestens eines nachfolgenden inneren Isolationsbehälters.

Es kann auch daran gedacht werden, dass das Schwingungsübertragungselement den Bereich mehrerer Isolationsbehälter nach innen überdeckt und somit mehrere Isolationsbehälter an ihren Wandbereichen durchdringt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch eine Anordnung für einen Lichtbogenofen geschaffen mit einem Ofengefäß, mit min- destens einer Lichtbogenelektrode, die zumindest zu einem Teil in das Ofengefäß einbringbar oder eingebracht ist, und mit einer Schwingungsmesseinrichtung zur Schwingungsmessung an der mindestens einen Lichtbogenelektrode. Kerngedanke der Anordnung für einen Lichtbogenofen ist also das erfindungsgemäße Vorsehen einer Schwingungsmesseinrichtung zur Messung des Schwingungszustands einer Lichtbogenelektrode in deren Betrieb.

Es kann eine Mehrzahl von Lichtbogenelektroden mit einer gemeinsamen oder mit mehreren, insbesondere einer entsprechenden Mehrzahl , von jeweils zugeordneten Schwingungsmesseinrichtungen ausgebildet sein . Da bei einer Anordnung für einen Lichtbogenofen grundsätzl ich auch eine Mehrzahl von Lichtbogenelektroden vorgesehen sein kann, bietet es sich an, auch eine Mehrzahl, z.B. alle Lichtbogenelektroden hinsichtlich ihres Schwingungszustandes zu überwachen . Zwar kann dies grundsätzlich von einer einzelnen Schwingungsmesseinrichtung übernommen werden, gerade wenn diese ein kontaktfreies Messverfahren verwendet. Gegebenenfalls kann jedoch auch eine entsprechende Mehrzahl von einzelnen Schwingungsmesseinrichtungen, die jeweils einer einzelnen Lichtbogenelektrode zugeordnet sind, sinnvoll sein .

Die Schwingungsmesseinrichtungen können insbesondere in der beschriebenen erfindungsgemäßen Art und Weise ausgebildet sein.

Es kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, durch welche von der

Schwingungsmesseinrichtung gelieferte Daten aufnehmbar und auswertbar sind, durch welche der Betrieb der Anordnung für den Lichtbogenofen - insbesondere rückgekoppelt - steuerbar und/oder regelbar sind, wobei insbesondere ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben und Steuern eines Lichtbogenofens ausführbar sein kann . Die Steuereinrichtung kann die vom jeweil igen Sensor gelieferten Rohdaten oder aber die über die jeweils vorgesehene Messschaltung bereits aufbereiteten Messdaten aufnehmen, speichern, verarbeiten und entsprechende Steuersignale erzeugen und an entsprechende wei- tere Einrichtungen der Anordnung für den Lichtbogenofen ausgeben, um den Betrieb entsprechend zu regeln oder zu steuern .

Die erfindungsgemäß vorgesehene Schwingungsmesseinrichtung kann direkt oder indirekt an einem - zumindest im Betrieb - außerhalb des Offengefäßes und/oder dem Ofengefäß abgewandten Bereich oder Ende der Lichtbogenelektrode angebracht sein, zum kontaktfreien Messabgriff direkt oder indirekt an einem - zumindest im Betrieb - außerhalb des Offengefäßes und/oder dem Ofengefäß abgewandten Bereich oder Ende der Lichtbogenelektrode ausgebildet sein, direkt oder indirekt an einer Halterung der Lichtbogenelektrode angebracht sein, insbesondere an einem Bereich einer Kühleinrichtung der Halterung, zum kontaktfreien Messabgriff direkt oder indirekt an einer Halterung der Lichtbogenelektrode ausgebildet sein, insbesondere an einem Bereich einer Kühleinrichtung der Halterung, direkt oder indirekt an einem Transportnippel oder Transportelement der Lichtbogenelektrode angebracht sein ist und/oder zum kontaktfreien Messabgriff direkt oder indirekt an einem Transportelement der Lichtbogenelektrode ausgebildet sein .

Grundsätzl ich sind sämtliche Abgriffsstellen denkbar, die einen Zugriff auf den mechanischen Bewegungszustand der Lichtbogenelektrode zulassen . Es muss immer abgewogen werden zwischen der Notwendigkeit eines mögl ichst direkten Zugriffs auf den Schwingungszustand der Lichtbogenelektrode einer- seits und der Belastbarkeit der Schwingungsmesseinrichtung in Bezug auf die thermischen, mechanischen und elektrischen Belastungen andererseits.

Diese und weitere Aspekte werden auf der Grundlage der beigefügten Zeichnungen erläutert.

KU RZBERSCH REIBUNG DER FIGUREN

Fig . 1 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Lichtbogenofens.

Fig . 2A - 5B sind schematische Blockdiagramme, welche verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung für einen Lichtbogenofen zeigen . Dabei unterscheiden sich die verschiedenen Anordnungen hinsichtlich der Positionierung der Schwingungsmesseinrichtung und/oder hinsichtlich der Ausgestaltung des Ofengefäßes als offenes oder geschlossenes Gefäß.

Fig . 6 zeigt Details eines Steuer- und Regelkreises für eine andere

Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung für einen Lichtbogenofen .

Fig . 7 erläutert in schematischer und geschnittener Seitenansicht die mögl iche Positionierung der erfindungsgemäßen Schwingungsmesseinrichtung im Bereich einer Lichtbogenelektrode und deren Tragarm .

Fig . 8A - 8B zeigen in geschnittener Draufsicht bzw. Seitenansicht eine

Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Schwingungsmesseinrichtung, welche auf der Grundlage eines mechan ischen Kontakts arbeitet. DETAILBESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschreiben . Sämtliche Ausführungsformen der Erfindung und auch ihre technischen Merkmale und Eigenschaften können einzeln isoliert oder wahlfrei zusammengestellt miteinander beliebig und ohne Einschränkung kombiniert werden .

Strukturell und/oder funktionell gleiche, ähnl iche oder gleich wirkende Merkmale oder Elemente werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall wird eine detaillierte Beschreibung dieser Merkmale oder Elemente wiederholt.

Zunächst wird auf die Zeichnungen im allgemeinen Bezug genommen .

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere auch Mittel und Verfahren Messung von Elektrodenschwingungen in einem Stahlwerk.

Derzeit können Schwingungen von Elektroden oder Lichtbogenelektroden 220 während des Betriebs z.B. in einem Stahlwerk nicht gemessen werden . In einigen Stahlwerken kommt es allerdings zu Elektrodenbrüchen, die nicht erklärt werden können und von dem Stahlwerksbetreiber zu möglichen Schwingungsbrüchen gezählt werden .

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Messung der Schwingungen von Lichtbogenelektroden oder Elektroden 220 im Betrieb und der schnellen Regelung kann derartigen Brüchen entgegengewirkt werden . Dazu wird auch ein neues Vibrationsmessgerät 1 00, das auch als Schwingungsmesseinrichtung 1 00 bezeichnet wird, vorgeschlagen . Die Schwingungen einer Lichtbogenelektrode 220 werden z.B. über ein Trans- portelement 224 einen Transportnippel 224 an die Messbox der Schwin- gungsmesseinrichtung 1 00 übertragen . In der Messbox Schwingungsmessein- richtung 100 übernimmt eine z.B. Granitplatte 50, 50' (Wärmeleitkoeffizient 2,6 W/mK) die Übertragung der Schwingungen auf den eigentlichen Messsensor 1 und auf die Messelektronik oder -Schaltung 2. Die Schwingungen können über drei, in alle Raumachsen x, y, z angeordnete Beschleunigungssensoren aufgezeichnet und z.B. in einem integrierten Datalogger gespeichert werden .

Zusätzl ich besteht die Mögl ichkeit einer Temperaturmessung über einen weiteren Sensor, um eventuelle Temperatureinflüsse ausgleichen zu können.

Als Zusatzmodul lassen sich die Schwingungen und die Temperatur über einen in der Box integrierten Sender (Bluetooth, W-Lan .... ) an einen Rechner übertragen und online auswerten .

Eine Isolierung des Sensors 1 und der Elektronik 2 kann über ein mehrstufiges Konzept realisiert werden . Insgesamt sind z.B. drei Boxen 20, 30, 40 als Isolationsbehälter 20, 30, 40 ineinander verschachtelt.

Die äußerste Box 20, bestehend z.B. aus einem CFC-Werkstoff oder einem Stahlblech als Wand 21 , 21 ', ist z.B. gefüllt mit einem mit Wasser gesättigten Zeol ithgranulat als Füllung 22. Darüber hinaus kann die erste Box 20 auch durch einen anderen Isolationswerkstoff als Füllung 22, z.B. durch einen Kohlenstoffschaum mit einem Wärmeleitkoeffizienten von 0, 1 5 W/mK oder einem Perlitgranulat mit einem Wärmeleitkoeffizienten von 0,05 W/mK isoliert werden .

Die zweite Box 30 mit einer Wand aus Aluminium oder Stahl als innerer Wand 31 i gefertigt, ist mit Wasser oder einem anderen Phasenumwandlungsmaterial (phase change material) als Füllung 32 gefüllt und dient dazu, die Temperatur in der Kannnner mit der dritten Box 40 auf einem niedrigen Niveau von z.B. maximal 1 00°C zu stabilisieren . Je nach Anwendungsfall kann das Material der Wände 21 , 31 , 41 und/oder der Füllung 22, 32, 42 gewählt werden .

Die Außenhülle 31 a der Wand 31 der zweiten Box 30 kann mit einem verspiegelten Blech versehen sein, das die Infrarotstrahlung reflektiert und damit die Wärmestrahlung auf die zweite Box 30 reduziert.

Um zusätzlich den Wärmeübergang von dem Blech 31 a zum Inneren 30i der zweiten Box 30 zu reduzieren, sind die Bleche 31 a an dünnen Stegen 31 s angebracht.

Die dritte und innerste Box 40 ist z.B. wasserdicht und staubdicht ausgebildet und enthält die eigentliche Sensorik 1 und die Messelektronik 2. Auch diese ist zur Verschlechterung oder Reduktion des Wärmeübergangs durch Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung so angeordnet, dass der Wärmefluss nur über z.B. vier kleine Stege 33 läuft.

Nun wird im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen .

Fig . 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Lichtbogenofens 200', 21 0'.

In einem Schritt SO - einer so genannten Startphase - werden Vorbereitungen für den Betrieb des Lichtbogenofens 200', 21 0' getroffen . So werden entsprechend die Befüllungen des zugrunde l iegenden Ofengefäßes 21 0 (siehe unten) durchgeführt. Dann wird die zugrunde liegende Lichtbogenelektrode 220 im Bereich des Inneren des Gefäßes 210 positioniert, gegebenenfalls unter Einbeziehung des Gefäßdeckels 21 2.

Im ersten Betriebsschritt S1 werden dann die entsprechenden Betriebsparameter für die Lichtbogenelektrode 220 und für den Lichtbogenofen 200', 21 0' insgesamt gewählt, dies betrifft die elektrischen Parameter genauso wie die mechanischen Parameter, nämlich die Anordnung und Geometrie der Elektrode 220 im Inneren des Ofengefäßes 21 0, die Wahl der Atmosphäre und der weiteren Bestandteile des zu behandelnden Guts 300 sowie die Art und Weise der Beaufschlagung der Lichtbogenelektrode 220 mit elektrischer Spannung .

Im Schritt S2 erfolgt das mechanische Einstellen der zugrunde liegenden Lichtbogenelektrode 220 gemäß der gewählten Betriebsparameter.

Im Schritt S3 wird dann die eingerichtete Lichtbogenelektrode 220 mit elektrischer Spannung gemäß den gewählten Betriebsparametern beaufschlagt. Die elektrische Spannung bildet sich zwischen der Lichtbogenelektrode 220, gegebenenfalls der Mehrzahl an Lichtbogenelektroden 220, und dem zu behandelnden Gut 300 und/oder einer vorgesehenen Gegenelektrode 21 1 ' des unteren Bereichs 21 1 des Ofengefäßes 21 0 aus.

Die Schritte S2 und S3 werden im laufenden Betrieb im Allgemeinen kontinuierlich und parallel zueinander durchgeführt. Das bedeutet, dass im - möglichst störungsfreien - Dauerbetrieb die Lichtbogenelektrode 220 oder deren Mehrzahl mit elektrischer Spannung gemäß der aktuell ermittelten Betriebsparameter beaufschlagt wird und dass gleichzeitig entsprechend die mechan ischen und geometrischen Betriebsparameter in der Anordnung 200 für den Lichtbogenofen 200', 21 0' ihren Niederschlag finden .

Zwischen den Schritten S3 und S4 kann in einem Schritt S9 geprüft werden, ob z.B. ein reguläres Betriebsende erreicht ist, ob also z.B. ein reguläres Endkriterium erfüllt ist oder vorl iegt.

Ist dies der Fall, z.B. weil in einem Schmelzvorgang das Gut 300 vollständig aufgeschmolzen ist, so kann zum Endschritt S1 0 übergegangen werden, um entsprechende Vorkehrungen für das Ende des Betriebs der Anordnung 200 für den Lichtbogenofen 200', 21 0' zu treffen . Das bedeutet, dass gegebenen- falls der Abstich erfolgt oder eine andere Entnahme des verarbeiteten oder behandelten Guts 300, und zwar nachdem insbesondere die elektrische Leistung von der Anordnung 200 genommen wurde, insbesondere also das Ofengefäß 21 0 und die Elektrode 220 geerdet vorliegen und gegeneinander keine elektrische Potentialdifferenz aufweisen .

Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass, falls im Schritt S9 ein Kriterium für ein reguläres Ende des Betriebs nicht vorliegt, weil z.B. in besagtem Bespiel für einen Schmelzvorgang das Gut 300 noch nicht vollständig aufgeschmolzen ist, der Ofen 200', 21 0' weiterlaufen muss und allgemein die Arbeitsschritte S4 bis S7 eingeleitet werden, die dann zu den eigentlichen grundlegenden Arbeitsschritten S2 und S3 zurückkehren .

Demgemäß wird im Schritt S4 die Schwingungsmessung an der Lichtbogenelektrode 220 oder der Mehrzahl an Lichtbogenelektroden 220 durchgeführt.

Im Schritt S5 werden aus der Schwingungsmessung S4 stammende Daten zur Ableitung von charakteristischen Daten verwendet, die der Charakterisierung des Betriebszustands und/oder des Schwingungszustands der Lichtbogenelektrode 220 als solcher oder auch der gesamten Anordnung 200 des Lichtbogenofens 200', 210' dienen .

Es folgt ein Abfrageschritt S6, bei welchem überprüft wird, ob der Betrieb der Anlage oder Anordnung 200 kritisch ist, ob also durch die Regelung und Steuerung der Betrieb nicht mehr regulär durchgeführt werden kann, ob also insbesondere ein bestehender oder sich anbahnender Schwingungszustand der Anlage oder Anordnung 200 und vor allem der Lichtbogenelektrode 220 nicht mehr beherrschbar ist. Dies kann also insbesondere der Fall sein, wenn er Betriebszustand des Lichtbogenofens 200', 210' nicht mehr regelbar ist und die Lichtbogenelektrode 220 oder -elektroden 220 z.B. kurz vor einem

Schwingungsbruch stehen . Wenn also der Betrieb als kritisch bewertet wird, weil sich z.B. ein Schwingungszustand der Anlage oder Anordnung 200 und vor allem der Lichtbogenelektrode 220 als nicht beherrschbar erweist, erfolgt ein irregulärer Abbruch zum Endschritt S8 hin .

Anderenfalls - z.B. wenn sich Schwingungen der Lichtbogenelektrode 220 o- der -elektroden 220 in einem unkritischen Bereich bewegen, beherrscht werden können und nicht oder nur geringfügig durch Anpassen der Betriebsparameter verringert werden müssen - erfolgt die Fortsetzung des regulären Betriebs mit dem Schritt S7.

In diesem Schritt S7 werden dann die abgeleiteten Daten und insbesondere die den Schwingungszustand und/oder Betriebszustand charakterisierenden Daten verwendet, um die Betriebsparameter oder Betriebsgrößen für den Betrieb der Lichtbogenelektrode 220 und der Anordnung 200 für den Lichtbogenofen 200', 21 0' als solchen anzupassen .

Dabei können verschiedene Verfahrensweisen vorgesehen sein . Zum Beispiel können vorgefertigte Betriebsparametertabellen vorliegen, die auf der Grundlage der charakteristischen Daten für den Schwingungszustand und Betriebszustand ausgelesen werden .

Nach entsprechender Anpassung S7 der Betriebsparameter werden dann im nachfolgenden Schritt S2 und S3 die mechanisch-geometrischen Einstellungen für die Lichtbogenelektrode 220 und die Anordnung 200 insgesamt durchgeführt und auch die für den Betrieb notwendigen elektrischen Größen entsprechend gesteuert oder geregelt.

In diesem Zusammenhang sei noch einmal betont, dass sämtliche Schritte S2 bis S7 zueinander parallel und kontinuierlich durchgeführt werden, dass also insbesondere während des Beaufschlagens S3 der Lichtbogenelektrode 220 mit elektrischer Spannung, also während des laufenden Betriebs, ständig die Messungen durchgeführt und ausgewertet und auf der Grundlage der Auswertedaten dann auch ständig und kontinuierlich die geometrischen und mechan ischen Größen und die elektrischen Betriebsgrößen angepasst werden, und zwar in der Regel, ohne dass es einer Betriebsunterbrechung bedarf.

So ist es erfindungsgemäß möglich, auf der Grundlage der in den Schritten S5 und S7 abgeleiteten charakteristischen Daten bedenkl iche Zustände für den Betrieb der Lichtbogenelektrode 220 zu detektieren, um entsprechend die mechanischen, geometrischen und elektrischen Betriebsgrößen für die Lichtbogenelektrode 220 so einzustellen, dass der bedenkliche Betriebszustand für die Lichtbogenelektrode 220 verlassen wird und weiterhin ein sicherer Betrieb möglich ist.

Auf diese Art und Weise werden der Verschleiß der Lichtbogenelektrode 220 und der Anordnung 200 insgesamt und deren Beschädigung im Allgemeinen reduziert oder gar vermieden, so dass sich ein verlängerter ununterbrochener Betrieb und eine verlängerte Lebensdauer der Komponenten der Anordnung 200 und insbesondere der Lichtbogenelektrode 220 ergeben .

Insgesamt kann somit die Produktivität einer derartigen Anordnung 200 im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen ohne Schwingungsmessung gesteigert werden .

Die Fig . 2A zeigt nach Art eines Blockdiagramms in schematischer Art und Weise eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 200 für einen Lichtbogenofen 200', 21 0'.

Kernbestandteil dieser Anordnung 200 ist der eigentliche Lichtbogenofen 200', 21 0'. Dieser wird gebildet von einem Ofengefäß 21 0. Dieses besitzt ein Gefäßunterteil 21 1 und in der Anordnung der Fig . 2A einen Deckel oder Verschluss 21 2. Im oberen Bereich des Deckels oder Verschlusses 21 2 ist ein Durchgangs- und Dichtungsbereich 21 3 ausgebildet, durch welchen die der Anordnung 200 zugrunde l iegende Lichtbogenelektrode 220 in das Ofengefäß 21 0 einmündet.

Die Lichtbogenelektrode 220 selbst besteht im Wesentlichen aus einem Körper 221 in Form eines Stabes 221 mit einem vorderen oder Lichtbogenende 222, welches in das Innere 21 Oi des Ofengefäßes 21 0 einmündet, wogegen das gegenüberliegende und vom Ofengefäß 21 0 abgewandte zweite Ende 223 des Stabes 221 von einem Trägerarm 260 oder einer Halterung 260 gehaltert wird . Der Träger 260 erlaubt auch ein entsprechendes geometrisches Justieren des Stabes 221 der Lichtbogenelektrode 220, so dass zwischen dem im Inneren 21 0i des Ofengefäßes 210 befindlichen Gut 300, welches einer Verarbeitung oder Behandlung unterzogen werden soll, und dem Lichtbogenende

222 der Lichtbogenelektrode 220 ein entsprechender Abstand über eine Positionierung mittels des Trägerarms 260 erreicht werden kann, z.B. durch Heben und Senken des Trägerarms 260 in der Richtung Z.

Im unteren Gefäßbereich 21 1 ist entsprechend gegebenenfalls eine Gegenelektrodenanordnung 21 V vorgesehen, die im Ausbilden der elektrischen Potentialdifferenz zwischen dem Lichtbogenende 222 des Stabes 221 der Lichtbogenelektrode 220 und insbesondere dem zu behandelnden Gut 300 dient. Im Ofengefäß 21 0 sind noch Messsensoren 255-1 und 255-2 zur Aufnahme von Messdaten zur Steuerung des Betriebs der Anordnung 200 vorgesehen .

Ebenfalls im Bereich des vom Ofengefäß 21 0 abgewandten zweiten Endes

223 der Lichtbogenelektrode 220 ist ein Steuerbereich 253 oder eine Betriebseinheit 253 für die Lichtbogenelektrode 220 ausgebildet. Dieser Steuerbereich 253 dient bei der hier gezeigten Ausführungsform einerseits dem e- lektrischen Anschluss und somit dem Aufprägen der elektrischen Spannung durch Einleiten elektrischer Ladungen über die Leitung 258 aus dem Elektrodentreiber 252, andererseits jedoch auch der Ausgabe bestimmter Messgrößen über die Leitung 256-4, z.B. zum Ausgeben der Werte der tatsächlich auf- geprägten elektrischen Spannung oder des tatsächlich fl ießenden elektrischen Stroms als Istwerte.

In der in Fig . 2A gezeigten Anordnung 200 ist das Steuern der Lichtbogenelektrode über eine am vom Ofengefäß abgewandten Ende 223 der Lichtbogenelektrode 220 und somit vom Trägerarm 260 und dessen Steuerung oder Betriebseinheit 254 getrennt realisiert. In der Praxis wird dagegen das Beaufschlagen der Lichtbogenelektrode 220 mit elektrischer Spannung in der Regel über den Trägerarm 260 und nicht über das vom Ofengefäß abgewandten Ende 223 realisiert. In diesem Fall greift der Elektrodentreiber 252 über eine entsprechende Schnittstelle direkt auf den Trägerarm 260 zu . Z.B. können die Träger 252 und 254 in einer gemeinsamen Einheit integriert ausgebildet sein, welche das Positionieren und das beaufschlagen mit elektrischer Spannung realisiert und steuert.

Am zweiten und vom Ofengefäß 210 abgewandten Ende 223 der Lichtbogenelektrode 220 greift auch die Schwingungsmesseinrichtung 1 00 an, um den Schwingungszustand der Lichtbogenelektrode 220 über entsprechende

Schwingungsmessdaten zu ermitteln . Die Rohdaten und/oder auch entsprechend vorausgewertete aufbereitete Daten werden über die Leitung 256-3 abgeleitet.

Sämtliche erfassten Daten werden in einer Auswerte- und Steuereinheit 251 aufgenommen, und zwar über die Leitungen oder Messleitungen 256-1 und 256-2 in Bezug auf die im Ofengefäß 21 0 angeordneten zusätzl ichen Sensoren 255-1 bzw. 255-2, über die Messleitung 256-3 für die erfindungsgemäß vorgesehene Schwingungsmesseinrichtung 1 00 sowie über die Messleitung 256-4 für die Betriebseinheit 253 der Lichtbogenelektrode 220.

Aufgrund der Auswertung in der Auswerte- und Steuereinheit 251 werden dann über Steuerleitungen 257-1 und 257-2 entsprechende Steuersignale an die Treibereinrichtung 252 für die Elektrode und an eine Treibereinrichtung 254 für den Trägerarm 260 ausgegeben, so dass entsprechend der Steuerdaten die mechanischen, geometrischen und elektrischen Betriebsgrößen für den Betrieb der Anordnung 200 für den Lichtbogenofen 200', 21 0' gesteuert oder geregelt werden können .

Somit bilden die Auswerte- und Steuereinheit 251 , die beiden Treiber 252 und 254 sowie die Betriebseinheit 253 für die Lichtbogenelektrode 220 über die entsprechenden Messleitungen 256-1 bis 256-4 und die Steuerleitungen 257- 1 , 257-2 und 258 in Zusammenwirken mit der erfindungsgemäßen Schwingungsmesseinrichtung 1 00 und den zusätzlichen Sensoren 255-1 , 255-2 die eigentliche Steuerung 250 für den Betrieb der Anordnung 200 für den Lichtbogenofen 200', 21 0'.

Kerngedanke der Anordnung der Fig . 2A ist die kontaktfreie Messung des Schwingungszustands der Lichtbogenelektrode 220 durch die Schwingungsmesseinrichtung 1 00, hier dargestellt durch die Schlangenlinien, die das Aussenden und Empfangen eines Lichtsignals oder eines Ultraschallsignals oder dergleichen repräsentieren soll . Aufgrund der kontaktfreien Messmethode findet eine vergleichsweise verringerte mechanische, elektrische und thermische Belastung in Bezug auf die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 1 00 auch bei sehr robustem Betrieb statt.

Die Anordnung der Fig . 2B entspricht im Wesentl ichen der Anordnung der Fig . 2A, jedoch handelt es sich hier um ein offenes Ofengefäß 21 0, die im Vergleich zu der Anordnung der Fig . 2A also keinen Deckelbereich 21 2 und auch keine Abdichtung 21 3 aufweist.

Die Anordnung der Fig . 3A entspricht im Wesentl ichen der Anordnung der Fig . 2A mit geschlossenem Ofengefäß 21 0, wobei jedoch hier ein indirekter Kontakt zwischen der erfindungsgemäßen Schwingungsmesseinrichtung 1 00 und der Lichtbogenelektrode 220 hergestellt ist, näml ich über die Betriebseinheit 253, welche im Betrieb über den direkten mechanischen Kontakt mit der Licht- bogenelektrode 220 in einen ähnlichen Schwingungszustand versetzt wird, wie die Lichtbogenelektrode 220 selbst.

Die Anordnung der Fig . 3B zeigt eine ähnliche Situation wie bei der Anordnung der Fig. 3A, jedoch wieder mit offenem Ofengefäß 21 0 ohne Deckel 21 2 und Dichtung 21 3.

Bei den Anordnungen der Fig . 4A und 4B befindet sich bei geschlossenem bzw. bei offenem Ofengefäß 21 0 die erfindungsgemäß vorgesehene Schwingungsmesseinrichtung 100 direkt an der Oberfläche des Stabes 221 der Lichtbogenelektrode 220, hier direkt unterhalb des Trägerarms 260. Auf diese Art und Weise kann sehr direkt und sehr genau der Schwingungszustand der Lichtbogenelektrode 220 vermessen werden .

Bei den Anordnungen der Fig . 5A und 5B ist im Gegensatz dazu wieder bei geschlossenem bzw. bei offenem Ofengefäß 21 0 die erfindungsgemäß vorgesehene Schwingungsmesseinrichtung 1 00 am Trägerarm 260 für den Stab 221 der Lichtbogenelektrode 220 ausgebildet. Aufgrund des sehr innigen mechan ischen Kontakts, nämlich wegen der Trägerfunktion des Trägerarms 260, kann hier bei Verringerung der mechanischen, thermischen und elektrischen Belastungen dennoch sehr genau der Schwingungszustand der Lichtbogenelektrode 220 über den Schwingungszustand des Trägerarms 260 ermittelt werden .

Fig . 6 zeigt noch einmal Details der Steuerung 250 im Zusammenhang mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Schwingungsmesseinrichtung 1 00 für die Lichtbogenelektrode 220.

Die Lichtbogenelektrode 220 ist auch hier im Wesentl ichen in Form eines Stabes 221 mit einem dem hier nicht dargestellten Ofengefäß zugewandten Ende 222 und einem dem hier nicht dargestellten Ofengefäß 21 0 abgewandten Ende 223 ausgebildet, wobei sich an letzterem die Betriebseinheit 253 für die Lichtbogenelektrode 220 für den elektrischen Anschluss einerseits und für die Abgabe der Messdaten z.B. in Bezug auf die Temperatur, die elektrischen Parameter und Schwingungsdaten andererseits ausgebildet ist.

Bei der in Fig . 6 dargestellten Anordnung ist die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 100 in der Betriebseinheit 253 integriert ausgebildet. Ferner ist bei dieser Ausführungsform die Auswertung und Steuerung 250, 251 unterteilt ausgebildet, und zwar durch Vorsehen einer Auswertung und Steuerung 251 -1 hinsichtlich der von der Schwingungsmesseinrichtung 1 00 stammenden Daten und in eine Auswertung und Steuerung 251 -2 hinsichtl ich der elektrischen Betriebsparameter, die über die Messleitung 256-4 abgeleitet werden. Gemäß der Auswertung und Steuerung der beiden Teilsteuereinheiten 251 -1 und 251 -2 werden dann der Treiber 254 für den Trägerarm 260 und der Treiber 252 für die Betriebseinheit 253 der Lichtbogenelektrode 220 mit entsprechenden Steuersignalen versehen, nämlich über die Leitungen 257, 257-1 , 257-2 und 258.

Die Fig . 7 zeigt in schematischer und geschnittener Seitenansicht verschiedene Anordnungsmöglichkeiten A-E für die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 1 00 im Zusammenhang mit der als Stab 221 ausgebildeten Lichtbogenelektrode 220. Sämtliche dieser Anordnungsmöglichkeiten erstrecken sich im Bereich des zweiten Endes 223 des Stabes 221 , welches von dem hier nicht dargestellten Ofengefäß 21 0 abgewandt angeordnet ist.

An der Position A steht die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 1 00 nicht in direkten mechanischen Kontakt mit dem Ende 223 der Lichtbogenelektrode 220, sondern bedient sich eines kontaktfreien Messverfahrens, z.B. über elektromagnetische Wellen oder Schall .

Bei der Position B ist die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 100 einem so genannten Transportelement 224, Transportnippel 224 oder Transporthaken 224 direkt kontaktiert. Bei der Position C ist die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 1 00 direkt an der Oberfläche der Lichtbogenelektrode 220 angebracht.

Bei der Position D ist die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 1 00 an der Oberfläche des Trägerarms 260 angeordnet.

Häufig werden der Trägerarm 260 und dessen Material 261 durch Vorsehen einer Kühleinrichtung 262 gekühlt. In diesem Zusammenhang kann, weil die Kühleinrichtung 262 innig mit dem Material 261 des Trägerarms 260 verbunden ist, die Anordnung der erfindungsgemäßen Schwingungsmesseinrichtung 1 00 auch gemäß der Position E, d.h . also direkt in Kontakt mit der Kühleinrichtung 262 erfolgen . Diese Kühleinrichtung 262 ist z.B. ein ein Kühlmittel förderndes Rohr oder dergleichen .

Die Fig . 8A und 8B zeigen in Form geschnittener Drauf- bzw. Seitenansichten eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schwingungsmesseinrichtung 1 00 für eine Lichtbogenelektrode 220, welche im Zusammenhang mit den Positionen B bis E gemäß Fig . 7 Verwendung finden könnte.

Die Ausführungsform der Fig . 8A und 8B für die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 1 00 besitzt ein dreistufiges Isolationssystem oder eine dreistufige Isolationsanordnung 60 hinsichtlich der thermischen und elektrischen Einflüsse. Gebildet wird dieses dreistufige Isolationssystem 60 von drei ineinander geschachtelten Isolationsbehältern 20, 30 und 40. Der äußere Isolationsbehälter 20 besitzt als Wandbereich 21 eine einzelne Wand 21 ', z.B. aus einem CFC-Werkstoff oder einem Stahlblech. In seinem Inneren 20i weist der äußerste Isolationsbehälter 20 ein Isolationsmaterial 22 auf, z.B. ein mit Wasser gesättigtes Zeolithgranulat. Darüber hinaus könnte - hier nicht expl izit dargestellt - auf der Innenseite der Wandung 21 zusätzlich noch ein weiterer Isolationsstoff als Innenauskleidung aufgebracht sein, z.B. ein Kohlenstoffschaum oder ein Perlitgranulat oder dergleichen . Im Zentrum des äußersten Isolationsbehälters 20 ist dann der zweite Isolationsbehälter 30 angeordnet. Dessen Wandbereich 31 besteht aus einer inneren Wand 31 i, z.B. aus Aluminium oder Stahl, und einer verspiegelten Außenhülle 31 a, gegen die sich die innere Wand 31 i über Stegbereiche oder Stege 31 s mit geringer Querschnittsfläche abstützt, um hier einen Wärmeübertrag durch Wärmeleitung so gering wie möglich zu halten .

Im Inneren 30i des zweiten Isolationsbehälters 30 ist ein Phasenwechselmate- rial oder Phasenänderungsmaterial als Isolationsmaterial 32 vorgesehen . Dabei kann es sich z.B. um Wasser handeln . Wasser besitzt zum einen eine geringe eigene Wärmeleitfähigkeit und zum anderen eine vergleichsweise niedrige Phasenwechseltemperatur bei vergleichsweise hoher Phasenwechselen- thalpie für den Übergang von flüssigem in den gasförmigen Zustand .

Weiter im Inneren 30i des zweiten Isolationsbehälters 30 ist dann als innerster Isolationsbehälter 40 eine wasserdichte und staubdichte Box 40 ausgebildet, deren Wandbereich 41 eine einzelne Wand 41 ' besitzt und in ihrem Inneren neben einer optionalen Füllung 42 die eigentliche Messeinheit 10 aus einem Sensor 1 und einer Mess- und Auswerteschaltung 2 enthält. Über Stege 33, die Teil des Wandbereichs 31 des zweiten Isolationsbehälters 30 sind, stützt sich der innerste Isolationsbehälter 40 nach unten hin ab.

Zur besseren Übertragung der Schwingungen unter gleichzeitiger Vermeidung eines Wärmeübertrags durch Wärmeleitung weist gemäß Fig . 8B die erfindungsgemäße Schwingungsmesseinrichtung 1 00 ein Schwingungsübertra- gungselement 50 in Form einer Granitplatte 50' oder dergleichen auf. Diese Granitplatte 50' schließt nach außen hin über ihre Außenseite 50a, Außenfläche 50a oder Oberfläche 50a bündig mit der Außenseite der Wandung 21 des äußersten Isolationsbehälters 20 ab. Die Granitplatte 50' durchmisst als Schwingungsübertragungselement 50 den Wandbereich 21 und die Füllung 22 des äußersten Isolationsbehälters 20 vollständig und kontaktiert die innere Wand 31 i des Wandbereichs 31 des zweiten Isolationsbehälters 30, so dass insgesamt die mechanischen Schwingungen von außen über die Außenfläche 50a der Granitplatte 50' an die innere Wand 31 i des zweiten Isolationsbehälters 30 und von diesem über die Stege 33 an den innersten Isolationsbehälter 40 und dort über die mechanische Ankopplung an dessen Inneres 40i und an den Schwingungssensor 1 übertragen werden . Gleichzeitig ist dabei die Wärmeleitung über die Granitplatte 50, die Stege 33 und die Wand 41 nur gering .

Bezugszeichenliste

1 Sensor, Messsensor, Schwingungssensor

2 Messschaltung, Auswerteschaltung, Messelektronik, Auswerteelektronik

1 0 Messeinheit

20 Isolationsbehälter, erster Isolationsbehälter, äußerster Isolationsbehälter, Box

20i Inneres

21 Wandbereich

21 ' Wand

22 Isolationsmaterial, Kühlmaterial, Füllung

30 Isolationsbehälter, zweiter Isolationsbehälter, Box

30i Inneres

31 Wandbereich

31 i innere Wand

31 a äußere Wand, Verspiegelung

31 s Steg

31 z Zwischenraum

32 Isolationsmaterial, Kühlmaterial, Füllung

33 Steg

40 Isolationsbehälter, dritter Isolationsbehälter, innerster Isolationsbehälter, Box

40i Inneres

41 Wandbereich

41 ' Wand

42 Isolationsmaterial, Kühlmaterial, Füllung

50 Schwingungsübertragungselement, Granitplatte

50a Außenseite, Oberfläche

50i Innenseite, Innenfläche

60 Isolationsanordnung, Isolationssystem

1 00 Schwingungsmesseinrichtung Anordnung, Lichtbogenofenanordnung

' Lichtbogenofen

Lichtbogengefäß

' Lichtbogenofen

i Inneres

unterer Abschnitt, unterer Gefäßbereich, Gefäßunterteil

' Gegenelektrodenanordnung, Gegenelektrode

oberer Gefäßbereich, Verschluss, Abschluss, Deckel Dichtung, Dichtungsbereich, Durchgang, Durchgangsbereich Lichtbogenelektrode

Material oder Körper der Lichtbogenelektrode 220, Stab erstes Ende, dem Ofengefäß 21 0 zugewandtes Ende, Lichtbogenende

zweites Ende, dem Ofengefäß 21 0 abgewandtes Ende Transportelement, Transportnippel, Transporthaken, Aufhängung

Steuerung, Steuereinrichtung

Auswerteeinrichtung oder -einheit, Steuereinrichtung oder - einheit

-1 Teilsteuereinheit

-2 Teilsteuereinheit

Treiber oder Treibereinheit der Lichtbogenelektrode 220, Elektrodentreiber

Steuerbereich oder Betriebseinheit für die Lichtbogenelektrode 220

Treiber des Trägerarms 260 der Lichtbogenelektrode 220-1 Sensor, Messsensor

- 2 Sensor, Messsensor

- 1 Messleitung

-2 Messleitung

-3 Messleitung

-4 Messleitung 257-1 Steuerleitung

257-2 Steuerleitung

258 Steuerleitung

260 Träger, Halterung, Trägerarm

261 Material des Trägerarms 260

262 Kühlung des Trägerarms 260

A Position für Schwingungsmesseinrichtung 1 00

B Position für Schwingungsmesseinrichtung 1 00

C Position für Schwingungsmesseinrichtung 1 00

D Position für Schwingungsmesseinrichtung 1 00

E Position für Schwingungsmesseinrichtung 1 00