DE1813725A1

DE1813725A1 - Mantel fuer ummantelte elektrische Leiter und Thermoelemente

Info

Publication number: DE1813725A1
Application number: DE19681813725
Authority: DE
Inventors: Haselton Thomas Parker; Black Frank Stewart
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1967-12-11
Filing date: 1968-12-10
Publication date: 1969-07-17
Also published as: US3463674A; GB1195630A; JPS4823471B1; FR1594285A

Description

Mantel für ummantelte elektrische Leiter und Thermoelemente Die Erfindung betrifft ummantelte elektrische Leiter und Thermoelemente, insbesondere zur Verwendung in einer Umgebung, in der sie hohen Temperaturen, Schwingungen und Oxydationen ausgesetzt sind.
Wenn elektrische Signale übertragen werden müssen oder gewisse Messungen in bestimmten Umgebungen vorgenommen werden müssen, können übliche Isolationen nicht verwendet werden.
Eine derartige Umgebung ist die stark oxydierende, stark schwingende und eine hohe Temperatur aufweisende Umgebung, wie sie in Strahltriebwerken auftritt. In derartigen Umgebungen müssen oft genaue Temperaturmessungen vorgenommen und diese Messungen zu entfernten Stellen übertragen werden.
Gemäß der Erfindung hat ein Leiter oder Thermoelement einen Verbundmantel, der um eine Zwischenisolation ausgebildet ist, um eine starke Wand zu bilden, die axial gleichlaufend mit einem dünneren Leiter oder Thermoelementabschnitt angeordnet ist.
Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Bs zeigen: Fig. 1 schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmantels ftir einen elektrischen Leiter oder ein Thermoelement gemäß der Erfindung; Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch einen ummantelten elektrischen Leiter, hergestellt gemäß der Erfindung; und Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch ein kontinuierlich ummanteltes Thermoelement, hergestellt gemäß der Erfindung.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird gemäß der Erfindung ein ummantelter elektrischer Leiter hergestellt, indem eine Isolation 10 zwischen einen ersten Mantel 11 und einen Leiter 12 eingesetzt wird. Der Leiter 12 kann aus einem beliebigen Werkstoff bestehen, der kalt bearbeitet werden kann, z.B. aus Kupfer, Eisen oder Nickel. Die Isolation 10 wird normalerweise entweder in Form von Perlen oder Pulver aus Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd oder BerGliumoxyd gefertigt, während der Mantel 11 aus einem beliebigen Werkstoff gefertigt werden kann, der Schwingungen bei hohen Temperaturen aushält, z.B. aus rostfreien Stahllegierungen oder wärmefesten Knetlegierungen auf Nickelbasis wie Inconel (Wz) der International Nickel Company. Wenn die Isolation des ummantelten Leiten aus Perlen hergestellt wird, werden die Perlen auf dem Leiter 12 angeordnet, der anschließend in den Mantel 11 eingesetzt wird. Wenn Pulver-verwendet wird, wird der Leiter 12 in dem Mantel 11 zentriert, und das Pulver wird hinzugefügt.
Nachdem diese Einheit hergestellt worden ist, wird ihr Durchmesser durch ein Verfahren wie Kaltverformen durch Quetschen, Rollen oder Ziehen verringert, um die Isolation 10 zu verdichten. Die resultierende Verringerung des Durchmessers des ummantelten elektrischen Leiters ist durch Vergleich mit seinem ursprünglichen Durchmesser 13 (abgebildet in Strichlinie) gezeigt.
Um den Verbundmantel herzustellen, wird ein zweiter Mantel aus einem Werkstoff, der eine Oxydation bei den Betriebstemperaturen in der Leiterumgebung aushält, aufgetragen. Ein derartiger Werkstoff, der auch eine gute Schwingungsfestigkeit hat und für den ersten Mantel verwendet werden kann, ist eine wärmefeste Knetlegierung auf Nickelbasis mit folgender Zusammensetzung: Element Anteil in Gewichtsprozent Chrom 20,50 - 23,00 % Eisen 17,00 - 20,00 % Molybdän 8,00 - 10,00 % Cobalt 0,50 - 2,50 % Wolfram 0,20 - 1,00 % Silizium maximal 1,00 % Mangan maximal 1,00 % Kohlenstoff , 5% - 0,15 % Nickel Rest Eine derartige Legierung wird von der Union Carbide Corporation unter dem Handelsnamen Hastelloy X (Wz) vertrieben.
Dieser zweite Mantel wird als ein Zylinder 14 hergestellt, der an einem Ende 15 angefast oder verjüngt ist.
Der spezielle Fasenwinkel wird so gewählt, daß ein glatter Flächenübergang auftritt. Sobald der zweite Mantel 14 hergestellt worden ist, wird er auf der Leitereinheit angebracht. Die axiale Länge des zweiten Mantels 14 hängt von der gewünschten axialen Länge des Leiterabschnitts mit kleinerem Durchmesser und der Länge der Einheit ab, die der Umgebung ausgesetzt werden soll.
Nachdem der zweite Mantel 14 richtig auf dem ummantelten elektrischen Leiter angeordnet worden ist, wird der Durchmesser der zusammengesetzten Einheit verringert, und zwar wieder durch ein übliches Verfahren wie Rollen, Quetschen oder Ziehen, um eine Einheit zu erzeugen, die einen gleichmäßigen Durchmesser und eine glatte, kontinuierliche Außenfläche hat. In dieser endgültigen Form hat der Leiter 12 einen dünneren Abschnitt 16, während der erste Mantel 11 und der zweite Mantel 14 eine Wand 17 mit doppelter Dicke bilden, die gleichlaufend zu dem dünneren Abschnitt 16 des Leiters angeordnet ist.
Ein in Fig. 2 abgebildeter ummantelter elektrischer Leiter, der gemäß der Erfindung hergestellt worden ist, hat einen Mittelleiter 20 einschließlich einem Abschnitt 21 mit dem ursprünglichen Durchmesser und einen dünneren Abschnitt 22.
Gleichlaufend zu der gesamten Länge des Leiters 20 sind eine Isolierschicht 23 und ein erster Mantel 24 angeordnet, wobei die Isolation und der Mantel im wesentlichen eine konstante radiale Dicke aufweisen.
Da der Abschnitt des um3nantelterl elektrischen Leiters, der zusammen mit dem LesterabschnilYt 21 verläuft, eine relativ dünne Wand hat, hat er einen optimalen Durchmesser zum Anschluß an eine andere Einrichtung und zur Vermeidung eines Abbrechens des Leiters. Da ferner dieser Abschnitt des ummantelten elektrischen Leiters nicht einer starken Oxydation ausgesetzt ist, hält die dünne Wand die Größe der Oxydation oder die erforderliche Festigkeit des Materials klein. Am anderen Ende des ummantelten elektrischen Leiters, wo die Oxydationsfestigkeit und die Festigkeit der Einheit wichtige Erfordernisse sind und wo ein dünner Draht erforderlich sein kann, gibt der zweite Mantel 25 zusammen mit dem ersten Mantel 24 eine verstärkte Wanddicke, um dadurch sowohl die Oxydationsfestigkeit als auch die mechanische Festigkeit zu erhöhen, während gleichzeitig ein optimaler Drahtdurchmesser erreicht wird. An einer Stelle 26 findet ein glatter Materialübergang zwischen dem ersten und zweiten Mantel 24 bzw. 25 statt. Falls an dieser Stelle in der Oberfläche ein Einschnitt auftreten sollte, könnte das Anlaß für einen Fehler sein.
Der in Fig. 1 beschriebene ummantelte elektrische Leiter ist gleichfalls für ein kontinuierlich ummanteltes Wärmeelement wie in Fig. 3 geeignet, das zwei entgegengesetzt verlaufende Leiter 30 und 31 aus unterschiedlichem Werkstoff aufweist, die verbunden sind, um einen Thermoelementübergang 32 zu bilden. Zur Herstellung eines derartigen Übergangs können viele Werkstoffe verwendet werden. Zwei übliche unterschiedliche Werkstoffe sind eine wärmefeste, Nickel-Chrom-Widerstands legierung, bekannt als Chromel P und eine wärmefeste Legierung auf Nickelbasis, bekannt als Alumel. Anfangs haben die beiden verschiedenen Leiter 30 und 31 gleichen Durchmesser. Ein erster Mantel 33 und eine Zwischenisolation 34 sind'um den Thermoelementübergang angeordnet, und der Gesamtdurchmesser ist mechanisch verringert worden.
Zum besseren Verständnis der Erfindung soll ein spezielles Ausführungsbeispiel angegeben werden, worauf jedoch die Erfindung in ihrer Anwendung auf ummantelte elektrische Leiter oder Thermoelemente nicht beschränkt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Thermoelement anfangs auf einen Außendurchmesser von 0,173 cm (0,068 ") gequetscht. Der zweite Mantel 35 wird dann als vorgeformtes Rohr mit einer Dicke von etwa 0,025 cm (0,910 ") und einem Innendurchmesser von etwa 0,183 cm (0,072 ") angebracht. Eine Gesamtrohrlänge von 10 cm (4") hat zwei Endabschnitte, die um ungefähr 850 angefast sind, um eine axiale Fasenlänge von etwa 2,5cm (l")an jedem End£u ergeben. Dieses vorgeformte Rohr, das aus oxydationsfestem Werkstoff besteht, wird dann über den ersten Mantel 33 geschoben.
Sobald derzweite Mantel 35 über den ersten Mantel 33 geschoben worden ist, wird die ganze Einheit entweder einmal oder mehrere Male auf einen Enddurchmesser von z.B.
etwa 0,152 cm (0,060") gequetscht. Während dieses Quetschens wird der zweite Mantel 35 zusammengedrückt und er verringert den Durchmesser der Leiter 30 und 31 in der Nähe des Thermoelementübergangs 32. Die dünner gemachten Leiterabschnitte sind axial gleichlaufend mit dem zweiten Mantel 35 angeordnet, und die Außenmantelfllche verläuft kontinuierlich' Kein Einschnitt oder keine andere Unterbrechung tritt an der Stelle 36 auf, wenn der zweite Mantel 35 richtig angefast ist..
Nachdem die Einheit auf ihren Enddurchmesser zusammengedrückt worden ist, kann sie entweder in gerader Form oder erwärmt und dann in eine beliebige Form verformt verwendet werden. Normalerweise wird die Einheit erwärmt und dann in eine U-Form gebogen, so daß der Thermoelementübergang 32 durch die Endabschnitte 37 und 38 in Thermoelement-Haltevorrichtungen (nicht abgebildet), die bereits bekannt sind, gehaltert wird.
Bei einem derartig kontinuierlich ummantalten Thermoelement wird durch den starken Verbundwandabschnitt des Mantels in der Nähe des Thermoelementübergangs 32 eine zusätzliche Oxydationsfestigkeit und mechanische Festigkeit erzielt. Da der Drahtdurchmesser der Leiter 30 und 31 in der Nähe des Thermoelementübergangs 32 verringert ist, werden kürzere Ansprechzeiten erzielt, so daß zuverlässigere und genauere Messungen die Folge sind. Wenn der schwere Drahtabschnitt der Leiter 30 und 31 an den Halteabschnitten 37 sind 38 angeordnet wird, führt das zu einer größeren Leiterfestigkeit und zu Fertigungsvorteilen, während gleichzeitig ein Doppelmantel vermieden wird Der sich aus einer starken Wand und einem dünnen Draht zusammensetzende Quer schnitt am Thermoelementübergang und der sich aus einem starken Draht und einer dünnen Wand zusammensetzende Querschnitt an den Haltern halten das Gewicht klein und führen zu einer guten Ausnutzung des Werkstoffs.
Daher hat ein Thermoelement oder ein ummantelter elektrischer Leiter, hergestellt gemäß der Erfindung, eine längere Lebensdauer, indem seine Beständigkeit gegenüber Oxydation und Schwingungen erhöht sind, während gleichzeitig bessere Fertigungseigenschaften oder Ansprechzeiten erzielt werden. Diese Vorteile werden jedoch ohne Gewichtsverringerung oder Kosteneinsparung erzielt.
Patentansprüche

Claims

Patentansprüche ummantelter elektrischer Leiter, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Leiter (12) mit einem dünneren Abschnitt (16), durch eine verdichtete Mineral isolierung (10), die den Leiter umgibt, durch einen die Isolierung umgebenden ersten Mantel (11), und durch einen zweiten Mantel (14), der axial gleichlaufend zu dem dünneren Leiterabschnitt angeordnet ist, wobei der zweite Mantel eine veränderliche radiale Dicke hat, so daß der ummantelte elektrische Leiter einen konstanten Durchmesser und eine kontinuierliche Außenfläche hat.
2. Ummantelter elektrischer Leiter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Isolierung (10) und der erste Mantel (11) im wesentlichen eine konstante radiale Dicke auf der ganzen Länge des ummantelten elektrischen Leiters haben.
3. Ummantelter elektrischer Leiter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Mantel (11) aus einem Werkstoff gefertigt ist, der für eine mechanische Festigkeit sorgt, und daß der zweite Mantel (14) aus einem oxydationsfesten Werkstoff gefertigt ist.
4. Thermoelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e -k e n n z e i c h n e t durch einen Thermoelementübergang (32), der durch zwei angrenzende dünnere Abschnitte ungleicher Drähte (30, 31) gebildet ist, die mechanisch verjüngt werden können, durch eine verdichtete Mineral isolierung (34), die die Thermoelementdrähte umgibt, durch einen ersten Mantel (33) um die Isolierung einschließlich eines dünneren Abschnitts der axial gleichlaufend zu den dünneren Drahtabschnitten angeordnet ist, und durch einen zweiten Mantel (35) der gleichlaufend zu dem dünneren Abschnitt des ersten Mantels angeordnet ist, um ein Thermoelement mit konstantem Durchmesser und kontinuierlicher Mantelaußenfläche zu bilden.
5. Thermoelement nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -(btg) z e i c h n e t , daß die Dicke des zweiten Mantels so variiert, daß das Thermoelement eine kontinuierliche Außenfläche hat, und daß die Summe des Drahtradius und der Dicken der Isolierung (34) und der Mäntel (33, 35) konstant ist.
6. Thermoelement nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eines der ungleichen Metalle aus einer wärme festen Nickel-Chrom-Widerstandslegierung besteht, daß das andere der ungleichen Metalle aus einer wärmefesten L egierung auf Nickelbasis besteht, daß die verdichtete Mineral isolierung (34) aus Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd oder Berylliumoxyd besteht, daß der erste Mantel (33) aus rostfreiem Stahl oder einer wSrmefesten Knetlegierung auf Nickelbasis besteht, und daß der zweite Mantel (35) aus einer wärmefesten Chrom-Nickel-Eisen-MolybdMn-Knetlegierung besteht.
7. Thermoelement nach Anspruch 6, d a d u r zu e h g e z k e n n z e i c h n e t , daß der erste und zweite Mantel (33,35) aus einer Legierung bestehen, die aus 20,50 - 23,00 % Chrom, 17,00 - 20,00 % Eisen, 8,00 -10,00 % Molybdän, 0,50 - 2,05 % Kobalt, 0,20 - 1,00 % Wolfram, weniger als 1,0 % Silizium, weniger als l/o Mangan, 0,05 - 0,15 % Kohlenstoff und aus Nickel als Rest zusammengesetzt ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines ummantelten elektrischen Leiters gegebenen Durchmessers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß ein Leiter (12) in einem ersten Mantel (11) mit einer Zwischenisolierung (10) angeordnet wird,daß mechanisch diese Einheit auf einen Durchmesser verjüngt wird, der mindestens gleich dem gegebenen Durchmes serumstl die Isolierung und den Mantel um den Leiter zu verdichten, daß ein zweiter Mantel (14)auf dem ersten Mantel angebracht wird,und daß die Einheit weiter auf den gegebenen Durchmesser verjüngt wird. (Fig. 1)
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß mehrere ungleiche, axial verlaufende, angrenzende Leiter (30£ 31) einen Thermoelementtibergang bilden, daß der zweite Mantel (35) an beiden Enden angefast und auf dem ersten Mantel (34) so angebracht wird, daß er über dem Thermoelementübergang (32) verlauft, und daß das weitere mechanische Verjüngen zu einem verjüngten Thermoelementübergang mit einer Verbundwand führt.

L e e r s e i t e