DE1811296A1

DE1811296A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Thermoelementen

Info

Publication number: DE1811296A1
Application number: DE19681811296
Authority: DE
Inventors: Jordan Frederick James; Wells Sydney Tom
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1967-11-30
Filing date: 1968-11-27
Publication date: 1969-07-10
Also published as: GB1183509A; US3548490A; FR1592800A; DE1811296B2

Description

PATENTANWALrE

DIPL-ING. CURT WALLACH

DIPL.-ING. GQNTHER KOCH «811296 DR. TINO HAIBACH

8 München 2, ρ^. November

uNSERZEicHEN: _ηγ1ο _ _K/vM

The English Electric Company Limited, London, England. Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Thermoelementen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Thermoelementen. Bisher wurden die Thermoelemente einzeln dadurch hergestellt, daß zwei Drähte ™

unterschiedlicher Zusammensetzung miteinander verbunden wurden.

Der,Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, wodurch eine kontinuierliche Herstellung von Thermoelementen möglich wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Reihe von im Abstand zueinander liegenden Schweißverbindungen zwischen zwei langgestreckten Elementen unterschiedlicher metallischer Zusammensetzung hergestellt werden, daß diese Elemente durch wenigstens eine Perle aus geschmolzenem Glas derart hindurchgezogen werden, daß sie mit geschmolzenem Glas überzogen werden und daß £ man das Glas erstarren läßt und die Elemente an einem Punkt unmittelbar benachbart zu jeder Verbindung abgeschnitten werden.

Das Glas kann entglasbares Glas sein. Findet ein solches Anwendung, dann wird eine Verfahrensstufe eingeführt, in der der geschmolzene Glasüberzug erwärmt wird, um das Glas zu entglasen, bevor es erstarren kann.

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Vorzugsweise werden diese Elemente durch mehrere Perlen geschmolzenen Glases hindurchgeführt, wobei die erste Perle kontinuierlich mit Glas aus einer äußeren Quelle versehen wird, während die übrigen Perlen mit Glas kontinuierlich gespeist werden, das durch die Elemente von der vorhergehenden Perle herangeführt wird.

Die Elemente sind vorzugsweise miteinander verdrillt.

Die Vorrichtung zur Herstellung einer Folge von Thermoelementen weist gemäß der Erfindung eine Schweißvorrichtung auf, um mehrere im Abstand zueinander liegende Schweißverbindungen zwischen zwei langgestreckten streifenförmigen Elementen herzustellen, wobei wenigstens ein Perlenträger eine geschmolzene Glasperle trägt, der durch eine Heizeinrichtung auf die Schmeitemperatur von Glas erhitzt wird und wobei eine Abschneidvorrichtung die Elemente unmittelbar benachbart zu jeder Verbindung abschneidet. Außerdem sind Wegzugsmittel vorgesehen, um die Elemente zusammen aufeinanderfolgend durch die Schwenkvorrichtung,den Perlenträger und die Schneidvorrichtung hindurchzuführen und die Anordnung ist so getroffen, daß geschmolzenes Glas auf den Elementen zwischen dem Perlenträger und der Schneideinrichtung erstarrt. ·

Ein mit Glasisolationsüberzug nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Thermoelement bildet ebenfalls den Gegenstand der Erfindung.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Thermoelementen.

Zwei streifenförmige oder bandförmige thermoelektrische Elemente 1 und 2 aus unterschiedlichen Metallen, z.B. einer Nickel-Chrom-Legierung und einer Nickel-Aluminium-Legierung, die zusammen

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thermoelektrische Eigenschaften besitzen, werden an ihren Oberflächen gereinigt und, wenn erforderlich, so vorbearbeitet, daß an ihnen Glas oder ein Glaskeramikmaterial anhaften kann. Die Oberflächenvorbereitung hängt von den Materialien ab, aus denen die Elemente bestehen. Gewöhnlich ist jedoch in jedem Falle eine Entölung notwendig. Um Elemente zu überziehen, die aus leicht oxydierbaren Materialien bestehen, kann eine inerte oder eine reduzierende Schutzatmosphäre vorgesehen werden, um die Oxydation des Materials zu verhindern, in gewissen Fällen ist jedoch eine gesteuerte Oxydation notwendig oder erwünscht, bevor der Überzug aufgebracht wird.

Die Elemente 1 und 2, die beispielsweise in Gestalt von Drähten ausgeführt sein können, werden von Spulen oder anderen nicht-dargesteilten Behältern abgezogen und lose miteinander verdrillt. Dann werden sie zwischen die Elektroden 5 und 4 einer Schweißvorrichtung gebracht, welche die Elemente 1 und 2 durch Punktverschweißung an Stellen miteinander verbindet, deren Abstand gleich der Länge der erforderlichen Thermoelemente 1st. So wird eine Folge von im Abstand zueinander liegenden Verbindungen hergestellt, z.B. fünf bis neun Verbindungen.

Dann werden die Elemente 1 und 2 in eine Führung 10 eingebracht, die die Gestalt eines sich verjüngenden Glasrohres haben kann oder als Rad oder als sonstige Vorrichtung geringer Reibung ausgebildet sein kann. Die Führung 10 muß so sein, daß die Elemente

I und 2 nicht verunreinigt werden.

Dann laufen die Elemente 1 und 2 über zwei an einer Seite offene Schl^el-feh Tl- und 12 nach oben, von denen jede an den Enden mit zwei Sammelschienen Ij),14 bzw. 15.,Ib verbunden ist. Diese Sammelschienen sind an eine in der Zeichnung nichtdargesteilte Spannungsquelle angeschlossen und lassen einen Strom durch die Schleifen

II und 12 fließen. Stattdessen können die Schleifen 11 und 12 auf andere Weise mit einer Spannungsquelle verbunden sein. Jede

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Schleife 11 und 12 besteht aus einem schwer schmelzbaren Metalldraht aus z.B. Platin und wird durch den Strom auf eine solche Temperatur gebracht, daß die Spitze eines Glasstabes Y( schmilzt, welcher der Schleife 11 über eine geeignete Zuführungsvorrichtung 20 zugeführt wird. Das geschmolzene Glas bildet eine Perle innerhalb der Schleife 11 unter der Wirkung der Oberflächenspannung. Der Stab 17 schmilzt schnell, wenn er der Schleife 11 zugeführt wird und die Zuführungsgeschwindigkeit,mit der der Stab Y( durch die Zuführungsvorrichtung 20 zugeführt wird, muß derart sein, daß eine Perle geschmolzenen Glases auf der Schleife 11 aufrechterhalten wird. Eine weitere Perle geschmolzenen Glases wird in der Schleife 12 gebildet, indem anfänglich ein Stab Ib an die Schleife 12 herangeführt wird, der dann nach Ausbildung einer Perle entfernt wird; diese Perle wird dann wieder durch Glas aufgefüllt, das von der Perle der Schleife 11 herrührt und durch die Elemente 1 und 2 auf die Schleife 12 übertragen wird.

Wenn die Elemente 1 und 2. langsam durch die Schleifen 11 und 12 laufen, dann wird ein aus geschmolzenem Glas bestehender Überzug auf den Elementen abgelagert. Dieser Überzug verfestigt sich dann durch die Abkühlung, so daß die Elemente 1 und 2 voneinander an allen Stellen außer an den Verbindungen 5 bis 9 isoliert sind. Die überzogenen Elemente 1 und 2 laufen dann durch eine zweite Führung 19, die der Führung 10 entspricht und derart ausgebildet ist, daß der Überzug nicht beschädigt oder abgestreift wird. Die Elemente 1 und 2 werden durch zwei elastische Rollen 22 oder geeignete andere Zugmittel durch die Schleifen 11 und 12 hindurchgezogen. Die Rollen 22 werden durch einen Motor 2^ angetrieben, der auf einer Grundplatte 26 montiert ist, die außerdem die Führungen 10 und 19 enthält.

Nachdem die Elemente 1 und 2 durch die Rollen 22 hindurchgetreten sind, werden sie durch nichtdargestellte Mittel zwischen die Klingen einer Abschervorrichtung 24 gebracht, die die Elemente 1 und 2 unmittelbar benachbart zu jeder Verbindung abtrennt, um eine Folge einzelner Thermoelemente zu schaffen, von denen eines

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mit dem Bezugszeichen 25 versehen ist. Der Glasüberzug auf den Thermoelementen kann hohen Temperaturen widerstehen und isoliert die Elemente über ihre gesamte Länge voneinander außer an jener Stelle, wo die Elemente 1 und 2 nach dem Überziehen abgetrennt wurden. Falls erforderlich, kann diese Fläche ebenfalls isoliert werden, indem das abgetrennte Ende in geschmolzenes Glas eingetaucht wird, welches jedem Glas entspricht, das zum Überziehen benutzt wurde.

Nur als Ausflihrungsbeispiel zur Benutzung der Vorrichtung werden nachstehend Einzelheiten von Materialien und Abmessungen erläutert, die bei einem Verfahren zur Herstellung von Thermoelementen nach der'Erfindung angewandt wurden, jedoch ist die Erfindung nicht auf ^ derartige Bemessungsunterlagen beschränkt. Die Elemente 1 und 2 bestanden aus Drähten von 0,17* mm Durchmesser und waren hergestellt aus Legierungen, die etwa 90$ Nickel und 10$ Chrom bzw. 9ö$ Nickel und ?S Aluminium enthielten. Jede Schleife 11 und 12 hatte einen Innendurchmesser von 5mm und bestand aus einer siebenadrigen Platinlitze von 0,75 mm Durchmesser. Jede Schleife wurde auf etwa 1100⁰C erwärmt, indem ein Strom von 72 Ampere hindurchgeschickt wurde. Die angelegte Spannung betrug 1,5 Volt.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, Schleifen zu benutzen, die auf einer Seite offen sind, um die feinen Drahtelemente zu überziehen, derart, daß die Drahtelemente während der Bewegung in die Schleifen eingeführt werden können. Für Elemente größeren Q,uer- fp Schnitts kann aber auch eine Schleife oder ein Rahmen Verwendung finden, der die Elemente vollständig umgreift.

Nach der Abkühlung kann der Überzug der Elemente 1 und 2 ein Glasüberzug oder ein Glaskeramiküberzug (entglastes Glas) sein je nach der Zusammensetzung des geschmolzenen Glases und je nach der Wärmebehandlung nach Aufbringung auf die Elemente 1 und 2.. Es kann z.B. ein in der Zeichnung nichtdargestellter Ofen benutzt werden, um den Überzug einer geeigneten Wärmebehandlung auszusetzen. Die Benutzung zweier benachbarter Überzugsschleifen

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anstelle einer einzigen Schleife wurde vorstehend beschrieben, da sich diese Ausführung aus den vorerwähnten Gründen als zweckmäßig erwiesen hat.

Wenn der Überzug nach der Erstarrung aus Glaskeramik bestehen soll und wenn nur eine einzige Schleife benutzt wird, ist es schwierig, die Perle mit dem Glasstab 17 immer zu ergänzen, ohne daß die Perle in einem solchen Ausmaß abkühlt, daß eine vorzeitige Entglasung des Überzugs auftritt. Wenn jedoch zwei Schleifen und zwei Perlen benutzt werden, dann kann die Perle in der Schleife 11 jeweils durch den Stab 17 ersetzt werden, während die Perle in der Schlaufe 12 durch das Glas aufrechterhalten wird, das ihr von der ersten Perle durch Adhäsion der sich bewegenden Elemente 1 und 2 zugeführt wird. Außerdem ist bei einer alternativen Anordnung,

der
bei/der Stab lö kontinuierlich der Schleife 12 über eine andere Zuführungsvorrichtung (nicht dargestellt) zugeführt wird, die Benutzung von zwei Schleifen 11 und 12 äquivalent einem zweimaligen Durchlaufen der Elemente 1 und 2 durch eine einzige Schleife. Dies ist vorteilhaft, weil es sich gezeigt hat, daß ein einziger Durchtritt zu einem Überzug führte der Punkte niedriger dielektrischer Festigkeit aufweist. Eine Einschleifenanordnung mit einer Perle kann jedoch noch dann benutzt werden, wenn keine nachteiligen Wirkungen riirfMy davon ausgehen, daß die einzige Schleife mit einem Glasstab ergänzt wird und bei solchen Anwendungen, bei denen ein verbesserter Überzug,der durch zweimaliges Hindurchtreten der Elemente durch die Überzugsschleifen unnötig ist.

Anstatt eine oder mehrere Schleifen zu benutzen, kann jede Schleife durch zwei getrennte Elektroden ersetzt werden, die das Glas im schmelzflüssigen Zustand halten, indem ein Strom durch das Glas hindurchgeschickt wird. Die Verbindungen 5 bis 9 sind nach dem Ausführungsbeispiel dadurch hergestellt worden, daß die Elemente 1 und 2 durch Punktschweißung miteinander verbunden wurden, bevor die Elemente überzogen wurden. Es können auch andere geeignete Verfahren zur Herstellung der Verbindungen benutzt

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werden, z.B. andere S chw ei id ν er fahr en. Unter gewissen Umständen können die Verbindungen 5 bis 9 auch hergestellt werden, nachdem die Elemente 1 und 2 bereits überzogen sind. Die Elemente 1 und 2 · brauchen nicht notwendigerweise miteinander verdrillt zu sein. Es hat sich als möglich erwiesen, nach dem vorstehenden Verfahren auch Thermoelemente herzustellen, bei denen die Elemente 1 und parallel zueinander verlaufen.

Es ist selbstverständlich, daß Thermoelemente mit anderen thermoelektrischen Metallen auf die beschriebene Weise hergestellt werden können.

Die Führungen 10 und 19 sowie die Schleifen 11 und 12 und die Rollen 22 bilden gemäi3 dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel einen Pfad, der geradlinig nach oben verläuft. Natürlich können auch andere Ausbildungen mit anderen Bewegungsrichtungen für die Elemente 1 und 2 benutzt werden.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Thermoelementen,

dadurch gekennzeichnet , daß eine Anzahl im Abstand zueinander liegender Schweißverbindungen (5 bis 9) zwischen zwei langgestrecktenElementen (1,2) unterschiedlicher Metallzusammensetzung hergestellt werden, daß diese Elemente durch wenigstens eine geschmolzene Glasperle derart hindurchgezogen werden, daß sie mit geschmolzenem Glas überzogen werden, daß das Glas erstarrt und daß dann die Elemente an einem Punkt unmittelbar benachbart jeder Verbindung abgetrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Glas ein entglasbares Glas ist und daß der geschmolzene Glasüberzug erhitzt wird, um das Glas zu entglasen, bevor es erstarren kann.

2· Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (1 und 2) durch mehrere Perlen geschmolzenen Glases hindurchlaufen, wobei die erste Perle kontinierlich mit Glas aus einer äußeren Quelle (17) gespeist wird und die restlichen Perlen kontinuierlich mit Glas versorgt. werden, das durch die Elemente von der vorhergehenden Perle herangeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis J, dadurch gekennzeichnet , daß die Elemente (1,2) miteinander verdrillt werden.

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Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis k,

dadurch gekennz eich η et , daß eine Schweißvorrichtung (2,4) zur Herstellung einer Reihe von im Abstand zueinander liegenden Schweißverbindungen (5-9) zwischen zwei langgestreckten Elementen(l und 2) vorgesehen ist, daß wenigstens ein Perlenträger (11,12) vorgesehen ist, der eine geschmolzene Glasperle trägt, daß Mittel zur Erhitzung des Trägers vorgesehen sind, um diesen auf die Schmelztemperatur von Glas zu erwärmen, daß Abschermittel (ö) vorgesehen sind, die die Elemente unmittelbar benachbart zu jeder Verbindung abtrennen und daß Zugelemente (22,23) die Elemente (l und 2) miteinander aufeinanderfolgend durch die Schweißvorrichtung,durch die Perlenträger und die Abschervorrichtung ziehen, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß das geschmolzene Glas auf den Elementen zwischen der» Perlenträger und der Abschervorrichtung erstarrt.

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