DE1489286A1

DE1489286A1 - Thermoelementverbindung

Info

Publication number: DE1489286A1
Application number: DE1965T0028057
Authority: DE
Inventors: Gibson Howard Beers; Logan Maurus Corunna
Original assignee: Thomas and Betts Corp
Current assignee: ABB Installation Products Inc
Priority date: 1964-02-27
Filing date: 1965-02-24
Publication date: 1969-04-03
Also published as: US3376170A; DE1489286B2; FR1426500A; GB1092122A

Description

The Thomas ft BettsCompany f"^^ Vi^"\J-^^ 2^. Feb. 1965 Elizabeth, N.J., USA Thermoelementyerbindung

Die Erfindung betrifft die Ausgestaltung der Verbindung bzw. "Lötstelle" der Drähte von Thermoelementen.

Die Verbindung der beiden Thermoelement-Drähte aus verschiedenen Metallen erfolgte bisher beispielsweise durch enges Verdrillen der Drahtenden, gegebenenfalls mit anschließender Lötung oder Hartlötung, durch Vereinigen der Drahtenden durch Elektroschweißen, gegebenenfalls unter Verwendung von Metallot, oder auf ähnliche Weise. Diese Herstellung der Verbindung erfolgte entweder in normaler Luft- oder in einer Reduktionsmittelatmosphäre oder unter einer ölfreien Luftschicht, beispielsweise durch Verbinden der Metallenden mittels Silberlot oder unter Verwendung einer Sauerstoff-Azetylen-Flamme mit oder ohne Flußmittel und zusätzlichem Metall. In allen diesen Fällen hat es sich gezeigt, daß nur unter Aufwendung großer Sorgfalt bei der Herstellung der Verbindung eine Gleichmäßigkeit der EMK-Temperatur-Eigenschaften der Verbindung erzielt werden kann, so daß die von nach einem ausgewählten Herstellungsverfahren angefertigten Thermoelementen erhaltenen Messungen häufig nicht übereinstimmend sind.

-2-V₁ 9098U/0696

Demzufolge beschäftigt sich die Erfindung mit der Auf-. gate, ein leioht durchführbares Verfahren zur Herstellung von Thermoelementverbindungen zu aohaffen, welches eine Gleichförmigkeit des Produkts, gewährleistet. Ein ,anderes Erfindungsziel betrifft die Schaffung eines Materials zur Verwendung mit den die Verbindung bildenden unterschiedlichen Metallen, wodurch ein Produkt mit gleichmäßigen bzw. konstanten Eigenschaften erzielt wird. Schließlich wird erfindunfcogemäß noch vorgeschlagen, eine Thermoelementverbindung mit einem Überzugmaterial zur Verhinderung einer Alterung der Verbindung infolge von Oxydation oder Zunderbildung zu versehen.

Diese und weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Es zeigens

KLg. 1 eine Thermoelementverbindung mit den Merkmalen der Erfindung,

I"ig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform einer erfindunrsgemäßen Verbindung, die in die Wand eines Ofens o. dgl. Vorrichtung, deren Temperatur gemessen werden soll, eingeschraubt werden kann,

Fig. 3 einen Schnitt durch noch eine andere Ausführungsform einer Verbindung, v/elcher eine andere Art der Befestigung der Verbindung an eines* Vorrichtung, deren Temperatur gemessen werden soll, veranschaulicht,

''■Γ.

' ti '

909814/0596 ~³~'

H89286

Pig. 4 eine v/eitere Ausführungsform der Erfindung nebst BefestigungBmitteln,

Pig. 5 eine perspektivische Ansloht der aus Metallpulver hergestellten Hülse gemäß lig. 2, die als Mittil zum Verbinden der beiden aus verschiedenen Metallen bestehenden Drähte des Thermoelements dient,

Fig. 6 eine Aufsicht auf eine Thermoelementverbindung unter Verwendung der HUlse gemäß Fig. 5, bei welcher ,Hie Leitungen im Schnitt dargestellt sind, und

Fig. 7 eine sohematische Darstellung des Brechens einet Verbindungsstücks.

In Fig. 1 sind zwei aus unterschiedlichen Metallen de und zu einem Meßgerät führende Leitungen 10 und 12 in Form von Drähten» die jedoch ersichtlicherweise auch dl· Form von Bandern besitzen können, dargestellt, deren Shdeti.

mittels einer vorgeformten Verbindungshülse 14 aus geeinter—

I tem Metallpulver miteinander verbunden sind» Nach dem !formen wird diese Hülse über die blanken Enden der beiden Drähte aufgeschoben und fest um diese herumgepresst. Zur Verhinderung einer Erzeugung von minimalen elektromotorischen Kräften innerhalb der Verbindung entsprechen die für das Verbindungsstück verwendeten Metalle in ihren Eigenschaften vorzugsweise den Eigenschaften der beiden unterschiedlichen Metalle bzw. I.Iexo.llesierun^en der Drähte. Eine bekannte Ausführungsform eines Thermoelements verwendet beispielsweise einen Eisen-

9098U/0596 ÖAD Or,_G/Nal

-*- H89288 .

draht und einen Draht aus einer unter der Bezeichnung "Konstanten¹* bekannten Legierung aus 55# Kupfer und 4-5$ Nickel. In diesem Fall würde das Verbindungsstück aus gesinterten Metallpulvern der in den Drähten vorhandenen Metalle, nämlich Eisen, Kupfer und Nickel, bestehen. Die Mengenverhältnisse der verwendeten Metallbestandteile sind nicht kritisoh, solange die in den Drähten vorhandenen Metalle in merklicher Menge vorhanden sind. Im Fall eines Eisen-Konstantan-Thermoelements würde ein homogents Gemisch ans 50$ Eisen, 27,5# Nickel, Rest Kupfer, nahezu den Prozentsätzen der in den Drähten vorhandenen Metalle entsprechen und könnte als Material eur Herstellung der Verbindungshülse verwendet werden. Für die Messung hoher Temperaturen kann eines der im Konstanten enthaltenden Metalle ganz oder teilweise duroh Edelmetalle ersetzt werden·

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungsstücke werden diese zunächst aus den gewünschten Metallpulvern in eine rohe verdichtete Form gebracht, indem um die Pulvermasse herum von deren Außenseite her beträchtlicher Druck angelegt wird· Danach wird der Rohkörper gesintert.

ZUr Verhinderung einer Oxydation oder Zunderbildung des Verbindungsstücks kann dieses mit einem dünnen Aluminiumfilm überzogen werden, der oxydiert werden kann, um eine bei 16 angedeutete feuerfeste Äluminiumoxyd-ßchutzbeschichtung zu bilden. Ersiohtlioherweise können hierfür auch andere schwer

-5-9098U/0596

oxydierbare Metalle, wie Gold und die seltenen Metalle, βο-wie Kunstharze verwendet werden.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 2 besteht das Verbindungsstück 18 aus gesintertem Pulvermaterial, das anfänglich in seine lorm gebraoht und gesintert worden ist. Das in Fig. 5 dargestellte fertige Verbindungsstück bildet eine Hülse mit einer geformten äußeren Gewindefläche 20 und einem nicht kreisförmigen, beispielsweise sechseckigen Schraubenkopf 22, der zum Drehen der Hülse mit einem ähnlich geformten, eng passenden Schraubenschlüssel erfasst werden kann. Die Hülse weist außerdem eine sie über ihre ganze Länge durchsetaöe Axialöffnung 24 solcher Größe auf, daß sie die blanken Drähte des Thermoelements leicht aufzunehmen vermag. Nach dem Aufschieben der gesinterten/ Hülse gemäß lig. 5 auf die blanken Drähte wird ein entsprechend geformtes Werkzeug, das der Konfiguration deB Gewinde— abschnitte und des Schraubenkopfs der fertigen Hülse gemäß Fig. 2 angepasste Flächen aufweist, an die Hülse angesetzt, um das Hülsenmaterial radial einwärts gegen die Drähte zu pressen und diese sicher in der Hülse zu verklemmen. Da dieses Werkzeug eine einfache Vorrichtung sein kann, die beispielsweise zwei einander zugewandte Backen mit halbkreisförmigen Flächen zum Erfassen des Gewindeteils und zwei dem Schraubenkopf der Hülse angepasste Halb-Seohseolcflächen aufweist, und da an das Werkzeug ein konstanter endgültiger Druck angelegt v/erden kann, stellt die Anbringung des Ver—

-6- * 9098U/0596

bindungsstücks an den Drähten einen einfachen Vorgang dar, der zu gleichmäßigen Produkten führt.

Nach dem Verbinden des TerbindungsStücks mit den Drähten ist gemäß Fig. 6 zwischen diesen Teilen kein Zwischenraum mehr vorhanden und. die Drähte selbst sind zwecks Gewährleistung eines guten elektrischen Kontakts bei 26 fest gegeneinander gepresst.

Außerdem ist es ersichtlich, daß v/eder bei dieser noch bei einer anderen der erfindungsgemäßen Verbindungen Flui3mittel, Lötmetall c«dgl. Materialien verwendet werden. Die Verbindung gemäß den Fig. 2, 5 und 6 eignet sich besonders zum Einsetzen in Ofenwände o.dgl., die mit Gewindeöffnungen zur Aufnahme der Thermoelementverbindung versehen sind.

Die Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 3 eignet sich speziell für Vorrichtungen mit dauerhaft an bestimmten Ausrüstungsteilen angeschweißten oder anderv/eitig befestigten Zapfen 28. Gemäß Fig. 3 ist das Verbindungsstück eine hohle Hülse 30 aus gesintertem Metallpulver, die mit einer Trennwand 32 versehen sein kann. Der Innendurchmesser des Unterteils 34 der Hülse ist so bemessen, daß er den Zapfen 28 mit enger Passung aufzunehmen vermag, während der Innendurchmesser des Oberteils 36 der Hülse auf ähnliche Weise die blanken Shennoelementdrähte 10 und 12 mit engem Sitz aufnimmt. Das

-7-9098U/0596

H89286

Verbindungsstück gemäß Fig. 3 eignet sioh spezfell zur Verwendung bei für Versuche benutzten Steck- bzw, Zapfentafeln, da die Verbindungsstücke leicht durch Anlegen von Zugkräften an sie zerbrochen werden können. Während praktisoh allseitig angelegte, einwärts gerichtete Radialkräfte am Verbindungsstück ein Verdichten des gesinterten Metalls zur Folge haben, führen zwei unmittelbar einwärts und entgegengerichtete Kräfte ohne Verdichtung an anderen Stellen der Hülse zu einem Bruch der Hülse. Wenn daher gemäß Fig. 7 eine Zange 38, die zwei flache Flächen oder einen Zapfen an"der einen Fläohe aufweist, gegen die Hülse 30 gedrückt wird, bricht letztere leicht bei 40 an um 90° von den Stellen, an welche die Kraft angelegt wird, versetzten Stellen, so daß das Thermoelement schnell vom Zapfen getrennt werden kann. In Fig. 4 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindung dargestellt, deren Anschlußabsqhnitt die Form eines Lappen 42 besitzt, der zur Befestigung mit einer öffnung oder mit herkömmlichen Gabelenden versehen sein kann, Der Lappen kann auB beliebigem Metall, wie Kupfer, bestehen. Die Verbindung am Hülsenteil 44 besteht wie bei den vorstehend beschriebenen Ausfülirungsformen der Erfindung aus gesintertem Metallpulver.

Obgleich nur das Verbindungsstück gemäß Fig. 1 spezifiuch als mit einer Schutzbescliichtung versehen beschrieben wurde, können die anderen erfindungsgemäßen Verbindungsstücke ersichtlicherweise ebenfalls mit einem solchen Überzug versehen sein.

-8-9098U/0596

Es ist zu beachten, daß die vorstehend beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen der Erfindung nur als beispielhaft angesehen werden sollen und daß der erweiterte Schutzumfang alle innerhalb des Rahmens der Erfindung liegenden Äquivalente mit einschließen soll.

-9-

9098U/0596

Claims

U89286 Patentansprüche

1./ Thermoelementverbindung, gekennzeichnet durch eine fest um zwei Thermoelementdrähte herumgepreaste Hülse aus
gesintertem Metallpulver.

2, 'fhermoelementverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse einen an ihr befestigten Lappen bzw. Ansatz aufweist.

3. Thermoelementverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse mit Außengewinde versehen ist
und einen nicht kreisförmigen Kopf aufweist.

4· Thermoelementverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Hülse fest um die Drähte herumgepresst ist und das andere Hülsenende einen Zapfen aufzunehmen und zu erfassen vermag, indem dieses Hülsenende um den Zupfen herum verdichtet wird.

5. l'hermoeleinentverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse eine Axialöffnung und eine diese in zwei Abschnitte unterteilende Trennwand aufweist.

6. Thermoelementverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse von einer

9098U/0596 . "¹⁰~

~¹⁰~ U89286

Axialöffnimg durchsetzt wird, deren Umriss dem Außenumriss der Drähte angepasst ist und Vielehe diese Drähte eng au umschließen vermag.

7·, Thermoelementverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Metallpulver hergestellte Hülse aus den in den Drähten vorhandenen lie— tallen besteht.

8. Thermoelementverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverf ö'rmigen Metalle in der Verbin— dungshülse in denselben Prozentsätzen vorhanden sind wie in den Drähten des Thermoelements.

9» Thermoelementverbindung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte aus praktisch reinem j^isen bzw. aus einer Kupfjr-Kickel-Legierung aus u tv/a 55$ iuipi'or und etwa 45$ Nickel bestehen und daß die Verbindunrshülce aua einem gesinterten Metallpulvergernisch besteht, das etwa 509έ Eisen, 22,5?« Kupfer und 22,5$ Uiclcel enthalt.

10· Thermoelementverbindung nach einem der vorangolienden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die YerbindungyImine mit einer Schutzschicht überzogen ist.

11» Thermoelementverbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus Aluiainiurnoxyd besteht.

BAD ORtGINAL

• •••0·····

9098ii/0§96