DE1489286B2

DE1489286B2 - Thermoelementverbindung

Info

Publication number: DE1489286B2
Application number: DE1965T0028057
Authority: DE
Inventors: Maurus Corunna Elizabeth; Gibson Howard Beers Glen Ridge; N.J. Logan (.St.A.)
Original assignee: Thomas and Betts Corp
Current assignee: ABB Installation Products Inc
Priority date: 1964-02-27
Filing date: 1965-02-24
Publication date: 1970-08-13
Also published as: US3376170A; DE1489286A1; FR1426500A; GB1092122A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Thermoelementverbin- Die Hülsen sind mit einer axial verlaufenden öff-

dung mit zwei an ihren Enden miteinander verbun- nung zur Aufnahme der Thermoelementdrähte verdenen Thermoelementdrähten aus verschiedenen sehen, die vorzugsweise dem Querschnitt der Drähte Metallen, bei der die Thermoelementdrähte an ihrer entspricht. Zum Aufsetzen der Hülse auf einen Verbindungsstelle von einer Hülse umgeben sind. 5 Zapfen ist die Hülse vorteilhaft mit einer Bohrung

Aus der USA.-Patentschrift 2 317168 ist eine zur Aufnahme'der Drähte und einer durch eine Thermoelementverbindung bekannt, die aus zwei an quer verlaufende Wand getrennte Bohrung für den ihren Enden verbundenen Thermoelementdrähten Zapfen versehen, um den' die Hülse gepreßt werden aus verschiedenen Metallen und einer Hülse besteht, kann.

in der die Verbindungsstelle der Drähte sitzt. Die io Um Oxydation oder Zunderbildung an der Hülse Drähte sind in die Hülse mit einem geeigneten Mate- zu vermeiden, ist es vorteilhaft, den Hülsenkörper rial, beispielsweise Silberlot, eingelötet. mit einer Schutzschicht zu versehen, die aus schwer

Für derartige Thermoelementverbindungen werden oxydierbaren Metallen wie Gold oder andere seltene vorzugsweise Drähte verwendet, die aus Eisen bzw. Metalle oder aus Kunstharz besteht. Vorzugsweise einer Kupfer-Nickellegierung bestehen, was aus P e - 15 läßt sich jedoch Aluminium verwenden, das oxydiert t e r s, »Thermoelemente und Thermosäulen«, Halle, werden kann und eine feuerfeste Aluminiumoxyd-1908, bekannt ist. Schutzbeschichtung bildet. _;

Es ist ferner bekannt, Thermoelementverbindun- Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung

gen durch Schweißen mit oder ohne Flußmittel und dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, zusätzlichem Metall (vgl. die französische Patent- 20 Es zeigt

schrift 1 234 276), durch Elektroschweißen in nor- F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Thermo-

maler Luft- oder einer Reduktionsmittelatmosphäre elementverbindung,
oder durch Hartlöten herzustellen. F i g. 2 eine Seitönansicht eines weiteren Ausfüh-

Die bekannten Thermoelementverbindungen haben rungsbeispiels einer Thermoelementverbindung,
den Nachteil, daß sie sich mit Rücksicht auf die ver- 25 F i g. 3 einen Schnitt durch eine Thermoelementschiedenen Metalle nur unter Verwendung aufwendi- verbindung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel, ger Verfahren herstellen lassen und die Verbindun- die auf einem Wärmeleitzapfen sitzt,
gen durch die Verwendung zusätzlichen Lot- oder F i g. 4 eine perspektivische Ansicht eines weiteren

.Schweißmaterials und von Flußmitteln nicht gleich- Ausführungsbeispiels,

förmig sind. Dadurch wird die Gleichmäßigkeit der 30 F i g. 5 eine perspektivische Aufsicht auf die Hülse EMK-Temperatureigenschaften der Verbindungen gemäß Fig. 2,

durch das Entstehen von Übergangswiderständen F i g. 6 eine Aufsicht auf den Kopf der Hülse ge-

oder -unterschieden, die bei den verwendeten oder maß F i g. 5, .

entstehenden hohen Stromstärken schon bei geringen F i g. 7 eine schematische Darstellung des Brechens

Abweichungen von Bedeutung sind, in Frage gestellt. 35 einer Hülse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine In Fig. 1 ist eine Thermoelementverbindung dar-

Thermoelementverbindung zu schaffen, welche auch gestellt, die aus zwei Thermoelementdrähten aus in serienmäßiger Herstellung stets gleichmäßige unterschiedlichen Metallen 10,12 und einer Hülse 14 Eigenschaften aufweist. aus gesintertem Metallpulver besteht. Die zu einem

Die Lösung der Aufgabe besteht bei einer Ther- 40 Meßgerät führenden Thermoelementdrähte 10, 12 moelementverbindung der eingangs genannten Art sitzen fest in der Verbindungshülse 14.
darin, daß die Hülse aus einem vorgeformten Körper An Stelle der Thermoelementdrähte lassen sich

aus Metallpulver besteht, der die Thermoelement- auch Metallbänder verwenden,
drahte vollkommen umschließt und auf diese derart Nach dem Formen der Hülse 14 wird diese über

aufgepreßt ist, daß die Thermoelementdrähte dadurch 45 die blanken Enden der beiden Drähte 10, 12 aufgein inniger Berührung miteinander verbunden sind. schoben und fest um diese herumgepreßt.

Um das Entstehen von auch nur geringen elektro- Um die Erzeugung von minimalen elektromotori-

motorischen Kräften innerhalb der Verbindung zu sehen Kräften innerhalb der Verbindung zu verhinvermeiden, ist es vorteilhaft, für die Hülse Metall- dem, entsprechen die für die Hülse verwendeten pulver zu verwenden, die den Metallen oder Legie- 50 Metalle in ihren Eigenschaften vorzugsweise den rangen der Thermoelementdrähte entsprechen. Vor- Eigenschaften der beiden unterschiedlichen Metalle zugsweise werden als Material für die Hülse Metall- bzw. Metallegierungen der Drähte. Eine bekannte

pulvermischungen verwendet, deren verhältnismäßige Ausführungsform eines Thermoelementes verwendet

Anteile den verhältnismäßigen Anteilen der Metalle beispielsweise einen Eisendraht und einen Draht aus beider Drähte untereinander entsprechen. Bei der 55 einer unter der Bezeichnung »Konstantan« bekannten Verwendung eines Drahtes aus reinem Eisen und Legierung aus 55 °/o Kupfer und 45 °/o Nickel. In dieeines Drahtes aus einer Legierung aus 55 % Kupfer sem Fall besteht die Hülse aus gesinterten Metall- und 45 % Nickel, die als »Konstantan« bekannt ist, pulvern der in den Drähten vorhandenen Metalle, wird vorzugsweise eine Metallpulvermischung von nämlich Eisen, Kupfer und Nickel. Die Mengenveretwa 50 °/o Eisen, 27,5 % Kupfer und 22,5 %> Nickel 60 hältnisse der verwendeten Metallbestandteile sind verwendet. nicht kritisch, solange die in den Drähten vorhan-

Die durch Pressen und Sintern vorgeformten, als denen Metalle in merklicher Menge in der Hülse Hülse dienenden Körper aus Metallpulver können in vorhanden sind. Im Fall eines Eisen-Konstantanverschiedenen, dem Verwendungszweck entsprechen- Thermoelementes entspricht ein homogenes Gemisch den Formen hergestellt sein. Sie werden vorzugsweise 65 aus 50 % Eisen, 27,5 % Kupfer und 22,5 %> Nickel mit einem Ansatz oder Lappen versehen oder als den Prozentsätzen der in den Drähten vorhandenen Schraube mit einem unrunden Kopf und mit Außen- Metalle,
gewinde oder Bolzen ausgebildet. Für die Messung hoher Temperaturen kann eines

der im Konstantan enthaltenen Metalle ganz öder teilweise durch Edelmetalle ersetzt werden.

Bei' der Herstellung der Hülsen für die erfindungsgemäße Thermoelementverbindung 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. ,

Um eine Oxydation oder Zunderbildung der Hülse zu verhindern, kann diese mit einem dünnen Aluminiumfilm überzogen werden, der oxydiert wird, um eine bei 16 angedeutete, feuerfeste Aluminiumoxyd-Schutzbeschichtung zu bilden.

Es lassen sich hierfür aber auch schwer oxydierbar© Metalle wie Gold oder andere seltene Metalle sowie Kunstharze verwenden.

Bei der in F i g. 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung besteht die Hülse 18 aus gesintertem Metallpulver, das als Schraube geformt ist. Wie aus F i g. 5 ersichtlich, hat die Hülse 18 ein Außengewinde 20 und einen sechseckigen Kopf 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 durchsetzende Axialöffnung 24 solcher Größe auf, daß sie die blanken Drähte des Thermoelementes leicht aufzunehmen vermag. Nach dem Aufschieben der gesinterten Hülse gemäß F i g. 5 auf die blanken Drähte wird ein entsprechend geformtes Werkzeug, das der Konfiguration des Gewindeabschnittes und des Schraubenkopfes der fertigen Hülse gemäß F i g. 2 angepaßte Flächen aufweist, an die Hülse angesetzt, um das Hülsenmaterial radial einwärts gegen die Drähte zu verdichten und diese sicher in der Hülse zu verklemmen. Ein solches Werkzeug kann eine einfache Vorrichtung sein, die beispielsweise zwei einander zugewandte Backen mit halbkreisförmigen Flächen zum Erfassen des Gewindeteils und zwei dem Schraubenkopf der Hülse angepaßte Halbsechseckflächen aufweist. Da an das Werkzeug ein konstanter endgültiger Druck angelegt werden kann, stellt die Anbringung der Hülse an den Drähten ' einen einfachen Vorgang dar, der reproduzierbar ist, was zu gleichmäßigen Produkten führt.

Nach dem Auf klemmen der Hülse auf die Drähte 10,12 liegen diese bei 26 so dicht beieinander, daß kein Zwischenraum mehr vorhanden ist.

Die Thermoelementverbindungen gemäß F i g. 2, 5 und 6 eignen sich besonders zum Einsetzen in Ofenwände, die mit Gewindeöffnungen zur Aufnahme der Thermoelementverbindung versehen sind.

Die Ausführungsform der Erfindung gemäß F i g. 3 eignet sich speziell für Vorrichtungen mit dauerhaft an bestimmten Ausrüstungsteilen angeschweißten oder anderweitig befestigten Zapfen 28. Die Hülse 30 aus gesintertem Metallpulver ist hohl und mit einer Trennwand 32 zwischen der Zapfenbohrung 34 und der Bohrung 36 für die Aufnahme der Drähte 10,12. Die Durchmesser der Bohrungen 34, 36 sind den Querschnitten des Zapfens 28 bzw. der Drähte 10,12 angepaßt.

Die Thermoelementverbindung gemäß Fig. 3 eignet sich besonders zur Verwendung bei für Versuche benutzten Steck- oder Zapfentafeln, da die Hülsen leicht durch Anlegen von Zugkräften an diese zerbrochen werden können. Während praktisch allseitig angelegte, einwärts gerichtete Radialkräfte an der Hülse ein Verdichten des gesinterten Metalls zur Folge haben, führen zwei unmittelbar einwärts und entgegen gerichtete Kräfte ohne Verdichtung an anderen Stellen der Hülse zu einem Bruch der Hülse.

Wenn daher gemäß F i g. 7 eine Zange 38, die zwei ebene Flächen oder einen Zapfen an der einen Fläche aufweist, gegen die Hülse 30 gedrückt wird, bricht letztere leicht bei 40 an um 90° von der Druckstelle versetzten Stellen, so daß das Thermoelement schnell

ίο vom Zapfen getrennt werden kann.

In F i g. 4 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindung dargestellt, deren Anschlußabschnitt die Form eines Lappens 42 besitzt, der zur Befestigung mit einer Öffnung oder mit herkömmlichen Gabelenden versehen sein kann. Der Lappen kann aus beliebigem Metall, wie Kupfer, bestehen. Die Hülse 44 besteht wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung aus gesintertem Metallpulver.

Obwohl nur die Hülse gemäß F i g. 1 spezifisch als mit einer Schutzbeschichtung versehen beschrieben wurde, können die anderen beschriebenen Hülsen ersichtlicherweise ebenfalls mit einem solchen Überzug versehen sein.

Claims

Patentansprüche:

1. Thermoelementverbindung mit zwei an ihren Enden miteinander verbundenen Thermoelementdrähten aus verschiedenen Metallen, bei der die Thermoelementdrähte an ihrer Verbindungsstelle von einer Hülse umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (14, 18, 30, 44) aus einem vorgeformten Körper

aus Metallpulver besteht, der die Thermoelementdrähte (10, 12) vollkommen umschließt und auf diese derart aufgepreßt ist, daß die Thermoelementdrähte dadurch in inniger Berührung miteinander verbunden sind.

2. Thermoelementverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (14, 18, 30, 44) aus Metallpulvern zusammengesetzt ist, die den Metallen der beiden Thermoelementdrähte (10,12) entsprechen.

3. Thermoelementverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verhältnismäßigen Anteile der pulverförmigen Metalle der Hülse (14, 18, 30, 44) den verhältnismäßigen Anteilen der Metalle beider Thermoelementdrähte (10,12) entsprechen.

4. Thermoelementverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte aus praktisch reinem Eisen bzw. einer Legierung aus etwa 55 % Kupfer und etwa 45 % Nickel bestehen und die Hülse (14, 18, 30, 44) aus einem gesintertem Metallpulvergemisch besteht, das etwa 50% Eisen, 27,5 °/o Kupfer und 22,5 °/o Nickel enthält.

5. Thermoelementverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (44) einen Ansatz bzw. Lappen (42) aufweist.

6. Thermoelementverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß. die Hülse (18) mit Außengewinde (20) versehen ist und einen unrunden Kopf (22) aufweist.

7. Thermoelementverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (30) am oberen Ende (36) fest mit den

_;Thermoelementdrähten (10, 12) verbunden ist und am unteren Ende eine Aufnahmeöffnung für einen Zapfen (28) aufweist, welcher durch Zusammendrücken, des ihn umgebenden Hülsenendes (34) mit der Hülse (30) verbunden ist.

8. Thermoelementverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis. 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet,. daß die Hülse (30) eine axial verlaufende Öffnung und eine diese in zwei Abschnitte unterteilende Querwand (32) aufweist.

,9. Thermoelementverbindung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der axial verlaufenden Öffnung den äußeren Abmessungen der Thermoelementdrähte (10, 12) entspricht.

10. Thermoelementverbindung nach vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (14) mit einer Schutzschicht (16) überzogen ist. .

11. Thermoelementverbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (16) aus Aluminiumoxyd besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen