DE1573158A1 - Thermoelement-Aggregat - Google Patents

Description

DR.-ING. WALTER ABITZ 1573158 a München 27, Pienzenauerstraße 28

' DR. DIETER MORF ^; Telefon 483225 und 486415

Telegramme: Chemindus München Patentanwälte

9. September 1965 CE-875

ENGELgAED INDUSTRIES, INC. 113 Astor Street, Newark, New Jersey, V.St.A,

Thermoelement-Aggregat

Die Erfindung betrifft Thermoelemente, die sich zur Messung von hohen Temperaturen eignen und auch als Glühkerzen verwendet werden können.

Thermoelemente haben bisher nur einen sehr beschränkten Wert für die Messung hoher Temperaturen (von 1100° C und mehr). Viele der für Thermoelemente geeigneten Metalle versagen bei Temperaturen über 540° C in Gegenwart von Sauerstoff rasch. Oberhalb 1100° C lassen sie sich nur für sehr kurze Zeiträume von weniger als 1 Minute als Thermoelemente verwenden. Man hat zwar gewisse IridiuB-Rhodium-Legierungen in oxydierender Umgebung bei Temperaturen bis 1980° C auch schon für längere Zeiträume als Thermoelemente verwendet; diese Thermoelemente

909846/043 0

SAD ORIGINAL

CJE-875

besitzen aber nur einen sehr beschränkten Wert, weil sie nur eine niedrige elektromotorische Kraft erzeugen. Es gibt Thermoelement e aus Wolfranlegierungen, die elektromotorische Xräfte erzeugen, die etwa dreimal so gross sind wie diejenigen, die mit Iridium-Rhodium-Thermoelementen erzeugt werden können (nämlich z.B. bei 1650° C 28 Millivolt in Gegensatz zu 9 Millivolt); bei so hohen Temperaturen unterliegen jedoch Wolframlegierungen einer schnellen Oxydation.

In Anbetracht dieser Schwierigkeiten in der Verwendung von !Thermoelementen bei Temperaturen über 1100° C hat nan bisher zur Messung solcher Temperaturen Strahlungspyrometer verwendet.

Sie Messung der höchsten Temperaturen in Gasturbinenmotoren erfolgt hauptsächlich, aus Gründen der Sicherheit beim Betrieb von flugzeugen oder sonstigen Anlagen, in denen sich solche Maschinen befinden. Solche hohen Temperaturen werden in erster Linie deshalb gemessen, um Steuerorgane einbauen zu können, durch die das Verbrennen des Motors, welches sum Absturz des Flugzeugs führen kann, verhindert wird. Daher hat man schon seit dem Zweiten Weltkriege die Notwendigkeit erkannt, die heissesten Stellen in Gasturbinenmotoren genau und unmittelbar messen zn können. Alle bisherigen lösungen dieser Aufgabe bestanden entweder darin, eine andere als die. höchste

— 2 —

909846/0430

^BAD

CE-875

Temperatur zu messen, oder sie waren mit Bauweisen und Vorschlägen verbunden, die hinsichtlich der GrÖsse und des Gewichts (ganz zu schweigen von den Kosten) undurchführbar waren .

Strahlungspyrometer eignen sich zwar zum Hessen von Temperaturen über 1100° C, erfordern aber bei der Messung einen optischen Vergleich durch das menschliche Auge. In gewissen Fällen, z*B. bei der Temperaturmessung in einer Gasturbine während des Flugeβ des Flugzeugs, lässt sich eine solche unmittelbare Beobachtung durch das menschliche Auge nicht durchführen. Für diese Anwendungszwecke musste man sich deshalb bisher darauf beschränken, mit Thermoelementen eine Temperatur an einer anderen als der heissesten Stelle der Gasturbine zu messen und nach dem Ergebnis die wahrscheinliche Höchsttemperatur zu schätzen* Dies wird schon seit langem als unbefriedigend empfunden, und es sind umfangreiche Versuche unternommen worden, um eine Methode zur direkten Messung der höchsten Temperaturen in Gasturbinenmotoren zu entwickeln. Da am Ende des Zweiten Veitkrieges, Gasturbinenmoi-oren in Flugzeugen verwendet wurden, hat man die oben beschriebene Lösung der Aufgabe als unzureichend erkannt.

Es ist auch bereits viel Forschungsarbeit aufgewandt worden, um Strahlungspyrometer zu instrumentieren. Der Ersatz des

909846/0430

BAD ORIGINAL

CE-875

menschlichen Auges durch elektronische Geräte und Verstärker erfordert jedoch eine für Plugzeuge zu grosse Menge an Ausrüstungsteilen. Daher waren alle bisher vorgeschlagenen Lösungen der Aufgabe der direkten Messung höherer Temperaturen in Gasturbinenidot or en hinsichtlich des Gewichts, der Grosse und der Kosten untragbar.

Aber selbst wenn man Strahlungspyrometer so anordnen könnte» dass sie durch direkte Beobachtung ablesbar wären, bietet die Verwendung von Thermoelementen gewisse Vorteile. Sin Thermo-

element ist nämlich viel kleiner und nicht annähernd so kdstspielig wie ein Strahlungspyrometer. Ausserdem ermöglicht das Thermoelement eine genauere Ablesung, als sie gewöhnlich beim optischen Pyrometer möglich ist. Schliesslioh ist das Thermoelement viel unempfindlicher als das Pyrometer und ist daher für Anwendungszwecke, wie im Flugzeug, erheblich zu bevorzugen.

Man hat bereits versucht, Legierungen unedler Metalle, besonders Wolframlegierungen, zur Verwendung für Thermoelemente bei Temperaturen wesentlich über 540 C geeignet zu machen, indem man die Wolframdrähte mit einem Stoff überzog, der bei diesen Temperaturen gegen die Atmosphäre chemisch beständig ist. Dieser Lösungsweg hat sich jedoch als unbefriedigend erwiesen, · weil die einisigen hierfür verwendbaren Überzüge nicht biege-

909846/0430

BAD ORIGiNAL

GE-875

beständig sind und immer kleine Risse bekommen. Wenn sich aber auch nur der kleinste Riss entwickelt, dringt die Aussenluft zu dem Wolfram durch und zerstört bald das Thermoelement.

Das Bedürfnis nach einem Thermoelement zur Messung von Temperaturen über 1100° C ist bereits seit langem erkannt worden. In einer Arbeit aus dem November 1951 haben E.R. Let sch und W.J. King dieses Problem erörtert und sind dabei unter anderem zu dem Schluss gekommen, dass Thermoelementdrähte aus Legierungen unedler Metalle zur Messung hoher Temperaturen ungeeignet sind} vgl» "Methods of Measuring High Temperatures in Gas Streams" von Letsch und King, Veröffentlichung Hr. 51-A-H3t herausgegeben von der American Society of Mechanical Engineers, November 1951. Nach vielen Jahren vergeblicher Versuche mit Thermoelementen zur Messung dieser hohen Temperaturen entschloss man sich dazu, zu der oben beschriebenen, äusserst umständlichen und kostspieligen Instrumentierung überzugehen; vgl. z.B. "Monochromatic Radiation Pyrometry for Gas " Temperature Measurement" von R.H. Tourin und W*S. Tandler (vorgetragen am 7. April 1959 und veröffentlicht von der Instrument Society of America) und "Pulse Technique Extends Range of Chromel-Alumel to 7000° F" von A.P. Warmser und R,A* Pfuntner, Veröffentlichung Nr. 52-4A, herausgegeben von der Society of Automotive Engineers, April 1962. Die vorliegende Erfindung stellt die erste zufriedenstellende Lösung der

909846/04,30

BAD

CE-875

Aufgabe der Messung hoher Temperaturen mit Hilfe von Thermoelementen dar.

Zweck der Erfindung ist es daher, ein kleines, leichtes und unempfindliches Thermoelement zur Messung hoher Temperaturen (über 1100° G) zur Verfügung zu stellen, das imstande ist, die Temperaturen an den heissesten Stellen von Gasturbinenmotoren, besonders in Plugzeugen, unmittelbar zu messen, und bei dem die verhältnismässig hohe elektrische Ausgangsleistung von Thermoelementen aus unedlen Metallen mit der langen Lebensdauer und Beständigkeit der Edelmetall-Thermoelemente gepaart ist.

Einer der Hauptgründe für das Bedürfnis nach genauer Kessung der Temperatur an der heissesten Stelle der Gasturbine beruht, wie bereits erwähnt, auf Sicherheitserwägungen, weil das Flugzeug in Gefahr ist, wenn die Temperatur eine gewisse Höhe überschreitet. Pur die richtige Arbeitsweise des Motors ist es aber auch wichtig (wenn auch aus Gründen der Sicherheit nicht annähernd so ausschlaggebend), die Arbeitetemperatur über einem gewissen Mindestwert zu halten· Da nun die Erfindung ein Thermoelement zur Verfügung stellt» welches die tatsächliche Temperatur an der heissesten Stelle des Gasturbinenmotors misst, stellt die Erfindung gleichseitig auch die Möglichkeit zur Verfügung, zu bestimmen, wann die Temperatur

909846/0430

ORIGINAL

des Motors zu weit absinkt und eine zusätzliche Zündung "benötigt wird. Durch die Bauart des erfindungsgemässen Thermoelementes wird es ermöglicht, das Thermoelement selbst für diese zusätzliche Zündung zu verwenden. Pie gleiche Anordnung, die zur Temperaturmessung dient, kann auch als Glühkerze für die Zündung verwendet werden, wenn ihr elektrischer Strom zugeführt wird. Sie Thermoelementanordnung gemäss der Erfindung kann also als Kombination von Thermoelement und Glühkerze Ver- ^ Wendung finden.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es daher, ein Hoohtemperatur-Thermoelement zur Verfügung zu stellen« das auch eine Glühkerze enthalten kann, wobei der Betrieb der Glühkerze durch die von dem Thermoelement gemessene Temperatur steuerbar ist.

Sie Erfindung betrifft ein Thermoelement-Aggregat, bei dem ein Iridium-Rhodium-Mantel ein zweiechleifiges Thermoelement | aus einer Wolframlegierung einschliesst, welches in Gegenwart eines inerten Gases so in den Mantel eingebaut worden ist, dass kein Sauerstoff mit den Wolframlegierungen in Berührung kommt. Der Baum zwischen dem Mantel und den das Thermoelement bildenden Wolframlegierungsdrähten ist mit granulierten Berylliumoxyd-Kristallen ausgefüllt, die gleichzeitig als elektrische Isolation wirken und einen ausreichenden Wärmeübergang

909846/0430

BAD

CE-875

zwischen dem Mantel und der Legierung des Thermoelementes ermöglichen. Am Instrumentende des Thermoelement-Aggregate dient ein hermetischer Metall-Keramik-Versohluss zum vollständigen Abdichten der Wolframdrähte gegen die Umgebung» so dass das Innere des Mantels völlig frei von Sauerstoff bleibt.

Da- die erfindungsgemässe Bauart die Verwendung von Thermoelementen bei hohen Temperaturen gestattet, wird es möglich, ; das zweischleifige Thermoelement ale gesteuerte Zündkerze 8U ' verwenden. Eine der Thermoelementschleifen ist an eine Stroaquelle angeschlossen, duroh die diese Thermoelementechleife und mit ihr der ganze Iridium-Rhodium-Mantel zwecke Zündung des Hauptbrenners und des Nachbrenners in einem Gasturbinenmotor erhitzt wird. Die andere Thermoelementschleife dient zua Abtasten des Auesetzens der Zündung und zum Einschalten der Glühkerze, wenn dieser Pail eintritt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch das Thermoeleeent-Aggregat gemäss.der Erfindung.

Fig. 2 ist eine perspektivische Teilaneicht de· Torderendts < dea in Pig. 1 dargestellten Theraoeleaent-Aggregate·

908841/8410

BAD ORIGINAL

CE-875

Pig. 3 zeigt einen Querschnitt nach der Ebene 3-3 der Pig. 1·

Pig. 4'ist eine Rückansicht des in Pig. 1 dargestellten Thermoelements.

Pig. 5 ist eine perspektivische Teilansicht des Vorderendes einer anderen Ausführungaform der Erfindung.

Bei der in Pig. 1 bis 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist das Thermoelement-Aggregat 10 ein Doppelthermoelement, bei dem sich das erste Thermoelement 11 und das zweite Thermoelement 12 in dem Iridium-Rhodium-Mantel 14 befinden· Die Isolation 16 aus granulierten Berylliumoxyd-Kristallen befindet sich als Füllung zwischen dem Mantel 14 und den Thermoelementen 11 und 12. Die Thermoelemente 11 und 12 bestehen aus Drähten 17 aus Wolframlegierungen, wobei jedes der beiden Thermoelemente aus zwei Drähten 17 von unterschiedlicher Legierungezusammensetzung und einer Verbindungsstelle zwischen den beiden Drähten am Torderende besteht«

Am Hinterende des Thermoelement-Aggregats 10 sind die die Thermoelemente 11 und 12 bildenden Drähte 17 durch Hartlöten an der Metallkappe 18 befestigt. Die Stelle, an der die einzelnen Thermo element drähte 17 aus der Metallkappe 18 austreten, ist so weit rückwärts gelegen, dass die Drähte hier nur noch einer Temperatur von weniger als 480° C ausgesetzt sind,

" ⁹ " 909846/0430

JO

CE-875

bei der sie gegen die Einwirkung von Sauerstoff beständig genug sind. Durch die glasartige keramische elektrische Isolation 20 werden die Metallkappen 18 von dem Metallkörper 19 auf Abstand gehalten. Die keramische Isolation 20 ist erforderlich, um den Kurzschluss der Thermoelementdrähte 17 durch die Metallkappen 18 zu verhindern. An den Verbindungsstellen 21 ist ein Metall an Keramik bindender hermetischer Verschluss vorgesehen, um das Eindringen von Luft in den Bit dem w Berylliumoxyd 16 gefüllten Raum zu verhindern und zu gewährleisten, dass die Thermoelemente 11 und 12 am Vorderende, wo so hohe Temperaturen herrschen, dass im Falle des Eindringens von Sauerstoff in den Raum unter dem Mantel 14 eine rasche Korrosion stattfinden würde, nicht mit Sauerstoff in Berührung kommen«

Der Flansch 23 dient zum leichteren Zusammenbau und, da er eine Verlängerung des Körpers 19 darstellt, auch zum Aus_fc Schluss der Aussenluft. Daher ist der Plansch an der Verbindungsstelle 24 an den Körper 19 und an der Verbindungsstelle 25 an den Mantel 14 angelötet.

ist wichtig, dass die Thernoelenente 11 und 12 ait der Umgebung ausserhalb des Mantels 14 in gutes thermischem Kontakt stehen, damit sie genau und schnell auf Tenperaturänderungen reagieren. Deshalb wird Berylliumoxyd für die Füllung 16 bevorzugt» weil es eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt.

- 10 -

9098A6/043Q

Es gibt eine Anzahl von im Handel erhältlichen Iridium-Rhodium-Legierungen, die sich zur Herstellung des Hanteis 14 eignen. Diese Legierungen "bestehen zu 40 bis 60 # aus Iridium und sum Rest aus Rhodium. Die Iridium-Rhodium-Legierung wird verwendet, weil sie hinsichtlich ihrer chemischen Trägheit und auch vom Gesichtspunkt der Sprödigkeit der günstigste Werketoff ist. Die ,Legierung ist noch korrosionsbeständiger als reines Iridium und erheblich korrosionsbeständiger als Platin oder die üblichen Platinlegierungen. Ausserdem ist die \ Iridium-Rhodium-Legierung weniger spröde als reines Iridium. Trotzdea ist sie aber immer noch äusserst spröde, und das. Thermoelement-Aggregat nuss daher nach dem folgenden Verfahren hergestellt werdent

Der Mantel 14 wird hergestellt, indem ein Bleoh aus der Irldlum-Rhodium-Legierung um einen Dorn gebogen wird. Dann wird mittels einer Sohweisenaht der röhrenförmige Mantel 14 h#rg«sttllt. Das sur Temperaturmessung bestimmte Ende des röhrenförmigen Mantels 14 wird nun durch Einschweissen des aus der Iridium-Rhpdium-Legierung bestehenden Pfropfens 15 verschlossen* Hierauf werden die Thermoelemente 11 und 12 in einer Argonataosphär· in den Mantel 14 eingeführt. Die Isolation 16 aus granulierten Berylliuaoxyd-Kristallen wird in den Mantel 14 «ingefüllt« eo dass sie ein· elektrische Isolation ■wieefetn dta Mantel 14 und den Thermoelementen 11 und 12 und

- 11 -

901148/0430

BAD

ü-875

susserdeai eine mechanische Stütze für die Thermoelemente bildet, infolgedessen besteht die Umgebung der Thermoelemente 11 und 12 chemisch vollständig aus dem Berylliumoxyd 16 und dem Argon (oder dem sonstigen inerten Gas), das beim Zusammensetzen in den Mantel 14 eingeführt wurde. Auf diese Weise erhält man ein vollkommen eingekapseltes Thermoelement 11, 1,2. Obwohl die Drähte 17 der Thermoelemente 11 und 12 bei ihrem Austritt aus den Metallkappen 18 mit der Aussenluft in Berührung stehen, sind sie an dieser Stelle nicht mehr den sehr hohen Temperaturen ausgesetzt, die auf den Mantel 14 einwirken, und daher werden die Drähte von ihrer Umgebung chemisch nicht angegriffen♦

Wenn dieses Thermoelement-Aggregat 10 als Kombination aus Thermoelement und Glühkerze verwendet wird, dient das Thermoelement 11 als gewöhnliches Thermoelement dazu, ein elektrisches Signal auszusenden, dessen Spannung die Temperatur der Umgebung der Verbindungsstelle zwischen den beiden die Theracoelementsahleife 11 bildenden Drähten anzeigt. Gleichzeitig v/ird an die Thermoelementschleife 12 eine Spannung angelegt, so dass die Schleife 12 und mit ihr der Mantel 14 auf die aar Zündung des Treibstoffs erforderliche Temperatur erhitzt ν/ ird.

- 12 -

909846/0430

CE-875

Die Kombination aus einem Thermoelement 11 und einer Glühkerze 12 in einem Mantel 14 wird in erster Linie als Vorrichtung verwendet, die gleichzeitig die funktion eines Detektors für die Zündungsunterbrechung und diejenige einer Glühkerze zur Wiederherstellung der Zündung ausübt. Diese Doppelfunktion kann unabhängig davon ausgeübt werden, ob die Vorrichtung in dem Hauptbrenner oder in dem Nachbrenner verwendet wird. Wenn die Zündung erst einmal begonnen hat, setzt sich die Verbrennung fort. Wenn eine Zündungsunterbrechung ein- ^ tritt, stellt das messende-Thermoelement 11 diese sofort fest und schaltet die Glühkerzenschleife 12 ein, um die Zündung wiederherzustellen.

Durch die einfache Bauart gemäss der Erfindung wird also erreicht, dass das Aggregat 10 die folgenden Aufgaben erfüllen kann: (1) Unmittelbare Messung von höheren Temperaturen, als sie bisher gemessen werden konnten, und daher Wirkung als Warnungssignal, wenn die Temperaturen zu hooh werden? *

(2) Speisung einer Glühkerze für die Zündung des Hauptbrenners oder des Kachbrenners; (3) selbsttätige Zündung, wenn die Zündung ausgesetzt hat. Ferner besitzt diese Kombination eine Selbstschutzfunktion, da die Messsohleife 11 verwendet werden kann, um dem Stromfluss durch die Glühschleife 12 eine obere Sicherheitsgrenze zu setzen, indem die Stromzufuhr zu der Glühkerze 12 unterbrochen wird, wenn die Temperatur eine bestimmte Grenze übersteigt.

~ ¹⁵ "" 9Q9846/CU3Q

BAD ORiGaNAL

CE-875

Me obige Beschreibung "bezieht sich auf die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung; im Rahmen der Erfindung liegen jedoch auch die dem Fachmann naheliegenden Abänderungen.

Z.B. braucht es bei gewissen Anwendungszwecken nicht notwendig oder zweckmässig zu sein, die örtliche Temperatur unter Kontrolle zu halten, wie ea bei Verwendung der Glühkerze möglich ist. In dieaen fällen braucht das Thermoelement nur aus P einer Schleife zu bestehen und zur unmittelbaren Messung der hohen Temperaturen verwendet zu werden. Die Erfindung gibt also ganz unabhängig davon, ob das Aggregat eine Glühkerze enthält oder nicht, eine Möglichkeit an die Hand, höhere Temperaturen unmittelbar zu messen, als sie bisher auf praktische Weise gemessen werden konnten.

Man kann auch die Thermoelementschleife 12 (die bei der oben besohriebenen Ausführungsform den wesentlichen Teil der Glühkerze bildet) durch einen einzigen, schleifenartig ausgebildeten Metalldraht 27 ersetzen, wie es in Pig. 5 dargestellt ist. In diesem Falle dient der Draht 27 ausschliesslieh als Glühkerze. Dia oben beschriebene Doppelthermoelementausbildung wird jedoch bevorzugt, weil in diesem Falle entweder die Thermoelementsohleife 11 oder die Thermoelementschleife 12 zur Temperaturmessung und jeweils die andere Schleife als Glühkerze verwendet werden kann« Es liegt aber auch im Rahmen der Er-

- 14 -

909846/0430

BAD ORIGiNAL

GE-875

.findung, eine Drahtschleife 27₅ die sich nicht zur Temperaturmessung eignet, als Glühkerze zu verwenden. Der allgemeine Krfindungsgedanke ermöglicht es, entweder eine Thermoelementochleife oder eine Glühkerze oder beide gleichzeitig in einen Gasturbinenmotor an denjenigen Stellen einzuführen, wo sich die höchsten Temperaturen entwickeln.

Ein weiterer Grund für die Zweckmftssigkeit der Verwendung zweier Thermoelemente in einem Mantel 14 ist der, dass in Plugzeugen Messungen von Temperaturmittelwerten durchgeführt werden müssen. Z.B. können 8 bis 12 Thermoelemente rings um den Motor angeordnet werden, um Temperaturen bei verschiedenen Stellungen in der Maschine zu messen. Diese Thermoelemente sind dauernd parallel geschaltet, so dass sie einen Temperaturmittelwert liefern. Wenn jedoch eine Grundkontrolle der Temperatur vorgenommen wird, braucht man einzelne Temperaturablesungen. Vm diese einseinen Temperaturablesungen zu erhalten, ist das zweite Thermoelement in dem Mantel erforderlich, da das erste Thermoelement ständig mit den ersten Thermoelementen der übrigen Aggregate parallel geschaltet ist.

ler in Fig. 1 dargestellte Mantel 14 besteht aus zwei Stücken, nämlich einer röhrenföraigen ¥and und einem Endpfropfen 15. Vie oben ausgeführt, ist diese zweiteilige Bauart durch die Eprödigkeit der Iridium-Hhodiura-Legierung bedingt. Wenn das llierKoelemeiit-Aggregat nioht bei so hohen Temperaturen, wie

- 15 - 909846/043Q

BAD

iE-875

•925° G, eingesetzt werden soll, für die die oben beschriebene Ausfiüirungsforni bestimmt ist, können andere Edelmetall^vlegierungen, wie Platinlegierungen, als Werkstoffe für den Mantel 14 verwendet werden,

Wenn das erfindungsgemässe Thermoelement-Aggregat unter Bedingungen eingesetzt wird, unter denen die höchsten Temperaturen nicht erreicht werden, kann man auch andere Metalle als. Edelmetalle als Werkstoffe für den Mantel 14 in Betracht ziehen. Für die Verwendung bei Temperaturen von etwa 1100° 0 kann ein Thermoelement aus einer Wolframlegierung zweckmässig sein, welches gegen eine sauerstoffhaltige Umgebung geschützt werden muss« In diesem Falle ist es möglich, als Werkstoff für den Mantel 14 ein Metall zu verwenden, das weniger kostspielig als die Edelmetalle ist, vorausgesetzt, dass es chemisch erheblich weniger reaktionsfähig ist als die Wolframlegierung, aus der das Thermoelement besteht. So kann man, renn die Temporaturen sich in bekannten Grenzen halten, ge- w visae hitzebeatändige Metalle verwenden, selbst wenn es sich lirlit v.m Edelmetalle handelt. Allerdings müssen diese unedlen I. i trabest tint'igen Metalle in einer sauerstoffhaltigen Umgebung ■ •lic-nn ijch veriiältnismässig reaktionsträge sein.

J iGjen^geM hri.tzsbeständigen Metalle, die in Sauerstoff leicht verEiigen, atzi'l auch gleichzeitig die am besten geeigneten Veräütcffe für die Anwendung von Thermoelementen oberhalb

- 16 -

9098A6/0430

GE-875

1370° G, Ale hitzebeständige Metalle werden diejenigen bezeichnet, äsren Schmelzpunkte gleich dem Schmelzpunkt des Chrom» (1888° G) oder hb'her sind. Allerdings ist mit Ausnahme Ton Ghrom und einigen Metallen der Platingruppe keines dieser Metalle oxydationsbeständig. Andererseits ist Chrom zu spröde, um sich bei den in Betracht kommenden Temperaturen verformen zu lassen, und die Platinmetalle besitzen schlechte thermoelektrische Eigenschaften.

Der Mantel 14 kann auch aus gewissen keramischen Werkstoffen, wie Aluminiumoxyd oder Berylliumoxyd, bestehen. Solche Werkstoffe ermöglichen auch eine einstückige Bauart, so dass der Endpfropfen 15 nicht erforderlich ist« Auch wenn die duktileren Edelmetalle verwendet werden, kann der Mantel 14 aus einem Stück hergestellt werden und braucht keinen gesonderten Endpfropfen 15 aufzuweisen.

^T?enn die Bauart nicht für dae grösstmögliche Temperatürmesb- -©naögen geplant ist, brauchen die Thermoelementdrähte 17 .nicht rniböäirugt aus einer Wolframlegierung zu bestehen. Andere unedle Metall*)gi©rung©n, beaoa&ers Nickellegierungen, liefern veoht sufrisäeiistellenue Ergebnisse, sofern das Thermoelement nickt bei Ssiiiasratineon oberhalb des Schmelzpunktee der Legierung ΎΘΤ'ν-iwAe'b wird,

17 -

909846/0430

BAD

ÖB-.875

Obwohl in der obigen Beschreibung angegeben ist, dass das erfindungsgemässe Thermoelement-Aggregat für Temperaturen über 1100° C bestimmt ist, gibt ea praktische Fälle, in denen es auch bei niedrigeren Temperaturen verwendet werden kann. 2o3o kann es in sauerstoffreichen Umgebungen bei Temperaturen unter 1100° 0 verwendet werden. Normalerweise erleiden die aus Wolframlegierungen bestehenden Thermoelemente bei Temperaturen über 540^Q C auch in einer nicht säuerstoffreichen Umgebung eine rasche Oxydation. Bei den meisten Anwendungszwekken, bei denen Temperaturen zwischen 540 und 1100° C gemessen werden sollen, ist es aber wirtschaftlicher, ein Thermoelement aus Nickellegierungen zu verwenden, ohne von der erfindungsgemässen Bauart Gebrauch zu machen. Jedoch versagen sogar Thermoelemente aus Nickellegierungen, wenn der Sauerstoffgehalt der Umgebung hoch genug ist. Daher ist die Anwendung der erfindungsgemässen Thermoelement-Aggregate nicht auf Fälle beschränkt, in denen die Temperaturen über 1100° 0 liegen.

Das Isoliermaterial 16 braucht nicht aus Berylliumoxyd zu bestehen. Man kann auch andere Metalloxyde oder keramische Kitte verwenden. Ein Thermoelement-Aggregat wurde mit Erfolg unter Verwendung eines keramischen Eittes hergestellt. Berylliunjoxyd besitzt den besonderen Vorzug einer hohen Wärmeleitfähigkeit, es bietet jedoch auch Nachteile in der Handhabung.

- 18 -

909846/CU3Q

BAD ORIGINAL

GE-875

Zur Herstellung dee Thermoelement-Aggregats kann ausser Argon auch, jedes anders inerte Gas verwendet werden, oder die Herstelliujg kann iia Yakmsra erfolgen.

9098A6/0430

BAD

Claims (10)

1. CE~875 9. September I965

   I Patentansprüche

   1» Thermoelement-Aggregat, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Thermoelement, einem den Temperaturmessteil des Thermoelements umgebenden Mantel und einer Anordnung zum gasdichten Einscüliessen des Temperaturmessteiles des Thermoelemente in den Mantel "besteht.
2. 2. Thermoelement-Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Thermoelement und dem Mantel . eine elektrisch isolierende und einen guten thermischen Kontakt zwischen dem Mantel und dem Thermoelement herstellende Füllung befindet.
3. 3. Thermoelement-Aggregat zur Messung hoher Temperaturen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement aus unedlen Metallen und der Mantel aus einem Werkstoff besteht, der chemisch reaktionsträger ist als der Werkstoff des Thermoelements.
4. 4. Thermoelement-Aggregat nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel aus einem Edelmetall besteht.
5. 5. Thermoelement-Aggregat nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel dünnwandig ist.

   ~²⁰~ 909846/CK3Q

   BAD ORIGINAL

   OB-875
6. 6. Thermoelement-Aggregat nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel aus einer Iridium-Rhodium-Legierung besteht.
7. 7* Thermoelement-Aggregat nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement aus Wolframlegierungen besteht.
8. 8. Thermoelement-Aggregat nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung aus Berylliumoxydkristallen besteht.
9. 9ο Thermoelement-Aggregat nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem Mantel ein zweites, aus unedlen Metallen bestehendes Thermoelement befindet, das von dem ersten, aus unedlen Metallen bestehenden Thermoelement auf Abstand steht.
10. 10. Thermoelement-Aggregat nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem Mantel ein von dem Thermoelement auf Abstand stehender Glühkerzendraht befindet.

    - 21 ~

    909846/0430 _8AD

    Leersei te