DE3938334A1

DE3938334A1 - Thermoelementaufbau

Info

Publication number: DE3938334A1
Application number: DE3938334A
Authority: DE
Inventors: Harald Hans Prof Schmidt
Original assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Current assignee: Mold Masters 2007 Ltd
Priority date: 1988-11-21
Filing date: 1989-11-17
Publication date: 1990-05-23
Also published as: US5009718A; JPH02183127A; CA1289268C; EP0370411A3; CN1043041A; EP0370411A2

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Thermoelemente und mehr im einzelnen eine Thermoelementanordnung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, welches eine sichere und genaue Einortung bei Anwendung erleichtert.

Bei vielen Anwendungen wie beispielsweise dem Spritzguß ist es erforderlich, die Temperatur eines Metallkörpers an einer bestimmten Stelle zu messen. Bisher ist es bekannt, eine an die isolierten Drähte angefügte Ringlasche vorzusehen, welche an einer bestimmten Stelle an den Körper angeschraubt werden konnte. Dies ist zwar bei vielen Anwendungen zufriedenstel lend, es hat sich aber bei einigen Hochtemperatur-Situatio nen, bei denen Gase eine korrosive Umgebung erzeugen, heraus gestellt, daß die hermetisch abgedichteten Drähte gegen Bruch geschützt werden müssen, so daß der dünne Eisendraht gegen Korrosion geschützt ist.

Um diese Probleme zu beseitigen, sind kürzlich Thermoelemente mit einem einteiligen Mantel aus rostfreiem Stahl versehen worden, wie gezeigt in der Broschüre mit dem Titel "Thermo couples for Integrated Heating Torpedoes" der Temco Electric Heater Corporation. Dies überwindet zwar die Korosions- und Degradationsprobleme, der längliche Mantel muß aber notwendi gerweise einen kleinen Durchmesser aufweisen, so daß er fle xibel ist und in verschiedene Stellungen für unterschiedliche Anwendungen paßt. Die sichere und genaue Einortung des Vorderendes des Schutzmantels, der das Thermoelement enthält, bleibt jedoch ein Problem. Da der Mantel aus rostfreiem Stahl klein und dünn sein muß, um flexibel zu sein, besitzt er keine ausreichende Festigkeit, um das Anklemmen auszuhalten. Es funktioniert gut, wenn er in eine dünne Bohrung in dem Körper eingefügt werden kann, aber das ist nicht immer aus führbar.

Dementsprechend besteht ein Ziel der Erfindung darin, die Nachteile des Standes der Technik wenigstens teilweise zu überwinden durch Schaffung einer Thermoelementanordnung, bei welcher ein Vorderabschnitt des dünnen Schutzmantels in einem Metallhüllrohr aufgenommen wird, das in eine vorbestimmte kontaktierbare Form gebogen wird. Zu diesem Zweck schafft die Erfindung in einem ihrer Aspekte eine Thermoelementanordnung zum Messen der Temperatur in der Nachbarschaft ihres vorderen Endes, wobei die Thermoelementanordnung ein Paar aus unähnli chen Metallen geformte Drähte aufweist, die sich durch elek trisches Isoliermaterial hindurch in einem dünnen Metallman tel erstrecken zu einer Lötstelle benachbart dem vorderen Ende der Anordnung, wobei der Fortschritt darin besteht, daß ein Vorderabschnitt des Metallmantels festhaltbar in einem Hüllrohr mit einem geschlossenen Vorderende aufgenommen wird, wobei das Hüllrohr und der umschlossene Abschnitt des Metall mantels gebogen werden zu einer Gestalt, die geeignet ist, eine Halteeinrichtung zu kontaktieren, um in Betrieb das Vor derende der Thermoelementanordnung in einer gewünschten Stel lung lösbar zu befestigen.

Gemäß einem anderen Aspekt schafft die Erfindung ein Verfah ren zur Herstellung einer Thermoelementanordnung, welches das Anbringen eines Paares von aus unähnlichen Metallen geformten Drähten umfaßt, die sich durch elektrisches Isoliermaterial hindurch in einem dünnen Metallmantel erstrecken zu einer Lötstelle benachbart dem vorderen Ende der Anordnung, wobei der Fortschritt die Schritte umfaßt, daß ein hohles metalle nes Hüllrohr vorbestimmter Länge mit einem geschlossenen Vor derende und einem offenen Hinterende gebildet wird, wobei der Durchmesser des Hüllrohres etwas größer ist als der Außen durchmesser des Metallmantels, daß ein Vorderabschnitt des Metallmantels durch das offene Hinterende in das Hüllrohr eingeführt wird, und daß das Hüllrohr gebogen wird zu einer Gestalt, die geeignet ist, eine Halteeinrichtung zu kontak tieren, um in Betrieb das Vorderende der Thermoelementanord nung in einer gewünschten Stellung lösbar zu befestigen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine isometrische Ansicht einer Thermoelementanord nung nach dem Stand der Technik mit einer Ringge stalt;

Fig. 2 eine isometrische Ansicht einer Thermoelementanord nung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 einen Schnitt durch den in Fig. 2 gezeigten gegos senen Übergang; und

Fig. 4 bis 7 die Folge der Schritte zur Herstellung der Thermoelementanordnung gemäß einer anderen Ausfüh rungsform der Erfindung.

Zuerst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, welche eine Thermo elementanordnung 10 nach dem Stand der Technik zeigt, bei welcher eine Ringlasche 12 mit einem Durchgangsloch 14 an dem Vorderende der Drähte 16 befestigt ist. Wie oben erwähnt, hat diese Anordnung für einige Anwendungen den Nachteil, daß es schwierig ist, eine dichte hermetische Abdichtung zwischen der Ringlasche 12 und der Isolierung 18 zu bilden, und daß Feuchtigkeit und korrosive Gase eindringen und die Drähte 16 korrodieren. Außerdem schmilzt oder verschlechtert sich die Isolierung bei sehr heißen Anwendungen, und die Drähte 16 werden kurzgeschlossen.

Fig. 2 zeigt eine verbesserte Thermoelementanordnung 20, die gemäß der Erfindung hergestellt ist. Ein Paar Zuführdrähte 22, 24, die aus unähnlichen Metallen wie Eisen und Konstantan bestehen, sind in einem gegossenen Übergang 26 verbunden mit entsprechenden unähnlichen Thermoelement-Drähten 28, 30. Diese Drähte 28, 30 erstrecken sich durch einen elektrischen Isolator wie beispielsweise verdichtetes Magnesiumoxidpulver 32 in einem dünnen Metallmantel 34 zu einer (nicht gezeigten) Lötstelle benachbart dem vorderen Ende 36 des Metallmantels, um ein J-Thermoelement zu bilden. Natürlich können andere Ar ten von Thermoelementen unter Verwendung anderer Arten von Metallen hergestellt werden. In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform besteht der Metallmantel 34 aus rostfreiem Stahl, um für einen dauerhaften Schutz gegen Korrosion zu sorgen.

In dieser Ausführungsform der Erfindung werden die Zuführ drähte 22, 24 getrennt eingeschlossen in eine Isolierung 38, 40 aus KAPTAN (Warenzeichen für Polyimid-Polymer) und dann ge meinsam mit einer KAPTAN-Isolierung ummantelt. Wie in Fig. 3 zu sehen, sind die Zuführdrähte 22, 24 jeweils an entspre chende Thermoelement-Drähte 28, 30 angeschweißt und dann in eine elektrisch isolierende hitzehärtbare Vergußmasse 44 ein gegossen, um den eingegossenen Übergang 26 zu bilden.

Ein Vorderabschnitt 46 des Metallmantels 34 wird in einem Hüllrohr 48 mit einem geschlossenen Vorderende 50 aufgenom men. Das Hüllrohr 48 und der umschlossene Vorderabschnitt 46 des Metallmantels 34 werden gebogen, um eine kreisförmige Öffnung 52 zum Aufnehmen einer Verbindungsschraube 54 zu bil den, die dazu dient, das Hüllrohr in einer gewünschten Stel lung an dem (nicht gezeigten) Körper zur Überwachung seiner Temperatur zu befestigen. Das Hüllrohr 48 ist fest genug, um die Gestalt der Öffnung 52 aufrechtzuerhalten, und das ge meinsame Biegen des Metallmantels 34 und des Hüllrohres 48 hält den Metallmantel 34 fest an seiner richtigen Stelle in dem Hüllrohr 48. In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform besteht das Hüllrohr aus einer korrosionsbeständigen Nickel legierung, obzwar andere geeignete Materialien auch verwendet werden können. Das Hüllrohr 48 und der Vorderabschnitt 46 des Mantels sind zwar in dieser Ausführungsform zu einer Kreis form gebogen gezeigt, um die Verbindungsschraube 54 aufzuneh men, sie können aber auch zu anderen Formen gebogen werden, die geeignet sind, Halteschrauben oder Klammern zu kontaktie ren, um das Vorderende 56 der Thermoelementanordnung 20 in einer gewünschten Stellung lösbar zu befestigen und den Me tallmantel 34 in dem Hüllrohr 48 festzuhalten. Die Zuführ drähte 22, 24 erstrecken sich zu einer herkömmlichen Temperaturprüfeinrichtung oder anderen Überwachungs einrichtung (nicht gezeigt) je nach der Anwendung.

Auf die Fig. 4 bis 7 wird Bezug genommen bei der Beschrei bung der Schritte, die bei der Herstellung der oben beschriebenen Thermoelementanordnung erforderlich sind. Eine hohle längli che Hülse oder ein Hüllrohr 48 ist aus einem geeigneten Mate rial wie beispielsweise einer Nickellegierung hergestellt. Das Hüllrohr 48 besitzt eine vorbestimmte Länge und einen In nendurchmesser, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des Metallmantels 34. Das Vorderende 50 des Hüllrohres 48 ist geschlossen verschweißt, aber das Hinterende 58 ist offen.

Der Vorderabschnitt 46 des Metallmantels 34 wird dann durch das offene Hinterende 58 des Hüllrohres 48 in die in Fig. 6 gezeigte Stellung eingeführt, in der das Vorderende 36 des Metallmantels 34 an das geschlossene Vorderende 50 des Hüll rohres 48 anstößt, um dieses im wesentlichen zu füllen. Das Hüllrohr 48 und der Metallmantel 34 werden dann gebogen, um die kreisförmige Öffnung 52 zur Aufnahme der Schraube 54 zu bilden, was auch sicherstellt, daß der Metallmantel 34 in dem Hüllrohr 48 festgehalten wird. Der Mantel wird zwar in dieser Ausführungform über die ganze Strecke in das Hüllrohr 48 eingeführt, bei anderen Ausführungsformen wird er aber je nach der Gestalt und der Anwendung über einen Teil der Strecke eingeführt.

Die Thermoelementanordnung und das Verfahren zu ihrer Her stellung sind zwar anhand bevorzugter Ausführungsformen be schrieben worden, dies soll aber keine Beschränkung bedeuten. Veränderungen und Abwandlungen kommen bei Fachleuten vor. Zum Beispiel kann das Hüllrohr 48 aus verschiedenen Längen beste hen und kann zu unterschiedlichen Formen gebogen sein, um sicherzustellen, daß es genau in der richtigen Stellung befe stigt wird. Zur Definition der Erfindung wird auf die Ansprü che Bezug genommen.

Claims

1. Thermoelementanordnung zum Messen der Temperatur in der Nachbarschaft ihres Vorderendes, mit einem Paar aus unähnli chen Metallen geformten Drähte, die sich durch elektrisches Isoliermaterial hindurch in einem dünnen Metallmantel er strecken zu einer Lötstelle benachbart dem Vorderende der Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorderabschnitt (46) des Metallmantels (34) festhaltbar in einem Hüllrohr (48) mit einem geschlossenen Vorderende (50) aufgenommen wird, wobei das Hüllrohr (48) und der umschlossene Abschnitt des Metall mantels (34) gebogen werden zu einer Gestalt, die geeignet ist, eine Halteeinrichtung zu kontaktieren, um bei Anwendung das Vorderende (56) der Thermoelementanordnung (20) in einer gewünschten Stellung lösbar zu befestigen.

2. Thermoelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Vorderabschnitt des Metallmantels 34 und des Hüllrohres 48 zu einer Öffnung 52 gebogen sind, um eine durch diese hindurchgehende Verbindungsschraube 54 aufzuneh men.

3. Thermoelementanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Metallmantel (34) aus rostfreiem Stahl besteht.

4. Thermoelementanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Hüllrohr (48) aus einer Nickellegierung besteht.

5. Thermoelementanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß jeder der Drähte (28, 30) mit einem isolierten Zuführdraht (22, 24) verbunden ist, der seinerseits mit einer herkömmlichen Überwachungseinrichtung verbunden ist.

6. Thermoelementanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Drähte (28, 30) aus Blei bzw. Konstantan ge bildet sind.

7. Verfahren zur Herstellung einer Thermoelementanordnung, welches das Anbringen eines Paares von aus unähnlichen Metal len geformten Drähten umfaßt, die sich durch elektrisches Isoliermaterial in einem dünnen Metallmantel hindurch er strecken zu einer Lötstelle benachbart dem vorderen Ende der Anordnung, gekennzeichnet durch die Schritte:

(a) daß ein hohles metallenes Hüllrohr vorbestimmter Länge mit einem geschlossenen Vorderende und einem offenen Ende ge bildet wird, wobei der Durchmesser des Hüllrohres etwas größer ist als der Außendurchmesser des Metallmantels,
(b) daß ein Vorderabschnitt des Metallmantels durch das offene Hinterende in das Hüllrohr eingeführt wird, und
(c) daß das Hüllrohr gebogen wird zu einer Gestalt, die geeignet ist, eine Halteeinrichtung zu kontaktieren, um bei Anwendung das Vorderende der Thermoelementanordnung in einer gewünschten Stellung lösbar zu befestigen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorderabschnitt des Metallmantels in das Hüllrohr in eine Stellung eingeführt wird, in der er das Hüllrohr im wesentli chen füllt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr und der Metallmantel so gebogen werden, daß sie eine Öffnung zur Aufnahme einer durch diese durchgehenden Verbindungsschraube bilden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr aus einer Nickellegierung hergestellt wird.