DE1927147A1 - Waermeschluessige Anordnung eines Messfuehlers an einem Werkstueck - Google Patents

Description

Messerschmitt-Bölkow Ottobrunn, 20. Mai I969

Gesellschaft mit sx 2 dN/bn

beschränkter Haftung BP 8^0 München

Wärmeschlüssige Anordnung eines Meßfühlers an einem Werkstück

Beim Verwenden von Meßfühlern, beispielsweise der Sonden temperaturanzeigender Meßgeräte, an einem Werkstück (Prüfstück) wird gefordert, daß ihre Fixierung am Ort der Messung· gegen mechanische Beanspruchungen weitgehend unempfindlich ist. Es müssen jedoch trotz der dazu notwendigen Befestigungselemente die zu messenden Daten, also etwa die Wärmebelastungen des Werkstückes, unverfälscht an das Meßgerät weitergegeben werden,

Durch örtliche mechanische oder thermische Überbeanspruchungen beim Einbau und Fixieren des Meßfühlers können Veränderungen

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im GefUge der Werkstoffe, sowohl des Meßfühlers als auch des "Prüflings, verursacht werden, die fehlerhafte Messungen zur Folge haben. Sie müssen deshalb vermieden werden.

Die Befestigung derartiger Meßfühler erfolgt jedoch fast stets . durch Schweißen, Löten, Kleben oder Verschrauben. Dabei wird die Art ihrer Fixierung dem jeweiligen Ort ihrer Verwendung, an dem Messungen vorzunehmen sind, anzupassen sein.

Soweit es sich hierbei um Befestigungsverfahren handelt, bei welchen eine örtliche Wärmezufuhr (Schweißen, Löten) erfolgt, ist eine zweckgerechte Befestigung nur dann möglich, wenn später beim Betrieb wärmetechnisch keine Schwierigkeiten auftreten. Das ist jedoch beispielsweise dann der Fall, wenn es sich um Feuerraumwände oder Brennkammerwände mit komplizierten Kühlsystemen handelt, wie sie etwa bei Raketentriebwerken üblich sind. Hier besteht die Gefahr, daß sich das Volumen der verwendeten verschiedenen Metalle bzw. Metallegierungen entsprechend ihren unterschiedlichen Dehnungskoeffizienten verschieden verändert; eine Verschlechterung des Strom- und/oder Wärme- und/oder Kraftschlusses ist die Folge. Dabei ist unter "Schluß" eine einen guten Übergang zwischen Werkstoffen bewirkende, direkte oder indirekte flächenhafte Berührung derselben untereinander zu verstehen, ohne daß deren Wärmeleitfähigkeit dabei verschlechtert wird.

Geklebte Verbindungen zwischen Meßfühlern und Werkstück sind in der Regel nicht genügend homogen, insbesondere wenn die Klebestelle wechselnden Temperaturen ausgesetzt werden muß. Der Strom-, Wärme-, Kraftschluß ist daher also auch hier nicht immer einwandfrei. Ähnliches gilt für Verschraubungen,

Aber auch die Größe der Meßfühler sowie die Zugänglichkeit des Ortes ihrer Anbringung im Werkstück sind von Bedeutung. Sie beeinträchtigen oder behindern unter Umständen ihre einwandfreie Befestigung. Handelt es sich um kleine oder kleinste Meßsonden, welche definiert in den Wandungen der Werkstücke befestigt werden müssen, dann können sie nicht örtlich erhitzt werden, ohne daß unerwünschte Gefügeveränderungen und Spannungen im Werkstoff die Folge sind.

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Die der.Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, unter Vermeidung der bisherigen Fehlerquellen eine Anordnung aufzuzeigen, mittels welcher Meßfühler, auch solche kleiner und kleinster Abmessungen, definiert in Ausnehmungen .so befestigt werden, daß Beschädigungen sowie unerwünschte Änderungen des Gefüges der Metalle des Meßgerätes und des Werkstückes mit Sicherheit ausgeschaltet sind. Außer einem guten Strom-, Wärme-, Kraftschluß soll die Anordnung ggf.. auch noch völlige Dichtheit und hohe Festigkeit gewährleisten, damit sie auch hohen Drücken standhalten, also nicht bereits durch relativ geringe Kräfte aus ihrer Lage herausgepreßt werden kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer wärmeschlüssigen Anordnung eines Meßfühlers in einer Ausnehmung eines Werkstückes dadurch gelöst, daß der Zwischenraum zwischen dem Meßfühler und dem Werkstück mit weicherem Werkstoff als jene ausgefüllt ist. Dabei wird man den weicheren Werkstoff vorwiegend mittels plastischer Verformung und ohne Wärmezufuhr einbringen.

Von Vorteil ist es, wenn die Wärmeleitzahl des weicheren Werkstoffes mindestens ebenso groß ist wie die des Meßfühlers und des Werkstückes»

Bei einer bevorzugten Ausführung der nach der Erfindung ausgebildeten Anordnung umgibt der weichere Werkstoff den Meßfühler in Form einer Manschette, deren Außenmantel am Werkstück anliegt.

Es i'st zwar schon eine formschlüssige und druckfeste Verbindung (DBGM 1 965 489) bekanntgeworden, bei welcher die FUhrungsbuchse für ein Düsenverschlußglied mittels eines Hohlstopfens befestigt und gesichert wird. Hierbei wird der Hohlstopfen in eine innere Abstufung des umgebenden Gehäuses eingepreßt und durch Druck in axialer Richtung verformt, derart, daß der Werkstoff des Hohlstopfens in eine Ringnut des Gehäu-

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ses verdrängt wird. Ein Formschluß wird aber hier nur zwischen dem Außenumfang des Hohlstopfens und dem umgebenden Gehäuse angestrebt, nicht aber zugleich auch radial nach innen in Richtung zu dem darin geführten Düsenverschlußglied. Demzufolge fehlt hier der Strom-, Wärme-, KraftSchluß, der durch die Erfindung herbeigeführt wird.

Nach einem weiteren bekannten Vorschlage (Rocketdyne) hat man den Außenmantel eines Meßfühlers mit Spezialweichlot beschichtet und in eine entsprechende Ausnehmung einer Feuerraumwand eingelötet.

Die hierbei entwickelte Methode ist aber infolge des dabei erforderlichen Aufwandes an Arbeitszeit unwirtschaftlich und schon deshalb nicht immer realisierbar. Außerdem weisen Lötungen einen nicht beherrschbaren, unterschiedlichen "Füllgrad" auf, d.h. das zum Fließen gebrachte Lötmetall füllt u.U. nur Teile des zwischen dem Meßfühler und dem Prüfling bestehenden Ringspaltes aus. Im übrigen kann bei einer lokalen Aufheizung der Einbaustelle, wie bereits beschrieben, die Gefahr von Verformungen und Gefügeveränderungen am Werkstück und am Meßfühler niemals ausgeschlossen werden. Jede noch so geringe Verformung während der Erhitzung beim Löten stellt aber die Brauchbarkeit der Meßstelle infrage» Auch weitere Instrumentationen können durch örtliche oder einseitige Aufheizung Schaden nehmen. Eine Vorwärmung des gesamten Werkstückes in einem genügend großen Vorwärmofen, sofern überhaupt ohne Gefügeveränderung statthaft, kann aus wirtschaftlichen Gründen im allgemeinen nicht in Erwägung gezogen werden. Auch bedingt die verwendete Lötsorte oft eine Lötung in Schutzgasatmosphäre.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand mehrerer in Schnittzeichnungen dargestellter Beispiele von wärmeschlüssigen Anordnungen eines Meßfühlers erläutert:

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Pig. 1 ist eine Schemaskizze, aus der das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip zu ersehen ist;

Fig. 2 zeigt die Anordnung eines Meßfühlers in einer Rohrwandung;

Fig. 3 zeigt die Halterung eines Meßfühlers in einer Bohrung in der Wand einer Raketenbrennkammer O

Gemäß Fig. 1 ist in die Bohrung 2 des Werkstückes 1 der Meßfühler 3 zentrisch eingeführt. Den Zwischenraum zwischen seinem Außenmantel und der Wand der Bohrung 2 füllt eine Manschette 4 aus, die aus weicherem Werkstoff besteht als der Meßfühler 3 und das Werkstück 1„ Der Werkstoff der Manschette wird durch Pressen in Richtung der Pfeile 6 bei entsprechender Gegenhaltung mittels des Stabes 5 plastisch verformt und legt sich sowohl an die Wandung der Bohrung 2 als auch an den Außenmantel des Meßfühlers 3 eng an, wobei er alle Unebenheiten beider Flächen satt ausfüllt. Der Meßfühler 3 ist somit unverrückbar,, elektrisch leitend und wärmeschlüssig in der Bohrung 2 festgelegt. Der Durchmesser des Stabes 5 übersteigt den der Bohrung 2, so daß beim Gegenhalten des Stabes 5 dessen Außenrand auf dem Werkstück 1 aufsitzt. Dadurch fluchtet die Endfläche des in der beschriebenen Weise festgelegten Meßfühlers 3 mit der Begrenzungsfläche des Werkstückes 1.

Fig. 2 zeigt in etwa fünffacher Vergrößerung ein Anwendungsbeispiel, bei welchem in einer Bohrung 8 einer Rohrwandung 7 ein Meßfühler 3 mittels einer Manschette 4 in der vorbeschriebenen Weise festgelegt ist* Das im Inneren 9 des Rohres strömende Medium streicht unmittelbar und ohne Druckverlust am Meßfühler 3 vorbei, wodurch ein unverfälschtes Meßergebnis gewährleistet ist.

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Pig. 3 zeigt in der Bohrung IO einer von Kühlkanälen 11, 12 durchzogenen Wandung IjJ eine Raketenbrennkamraer. Hier ist ein als Meßfühler ausgebildeter Temperaturfühler 14 zentrisch in die Bohrung eingesetzt. Er wird von einer Manschette 15 aus weichem Werkstoff umgeben, deren Außenwandung an der Wandung der Bohrung 10 anliegt. Auf der Stirnfläche der Manschette 15 ist eine Büchse 16 aufgesetzt, die in ihrer zentrischen Bohrung 17 den Temperaturfühler 14 aufnimmt. Durch deren Belastung in der Pfeilrichtung 18 wird das weiche Metall der Manschette 15 in die Oberflächenunebenheiten sowohl des Temperaturfühlers als auch der Bohrung 10 gepreßt. In dieser Weise wird auf kaltem Wege, also ohne Anwendung von Wärme, eine kraftschlüssige, elektrisch leitende und den Wärmefluß von der Wandung der Brennkammer zum Temperaturfühler nicht beeinträchtigende Verbindung zwischen diesen Bauteilen hergestellt. Durch eine Rille 19 oder ähnliche formschlüssige Mittel an der zylindrischen Bohrung 10 kann der Kraftschluß der Verbindung erhöht werden.

Patentansprüche;

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Claims (7)

1. Messerschmitt-Bölkow ~f Ottobrunn, 20. Mai I969 Gesellschaft mit SX 2 dN/bn

   beschränkter Haftung BP 8^0

   München

   Patentansprüche

   Wärmeschlüssige Anordnung eines Meßfühlers in einer Ausnehmung eines Werkstückes, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen dem Meßfühler (j5, 14) und dem Werkstück (1, 13) mit weicherem Werkstoff als jene ausgefüllt ist.
2. 2. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der weichere Werkstoff mittels plastischer Verformung eingebracht wird.
3. 3» Verfahren nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ohne Wärmezufuhr erfolgt.
4. 4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis ^, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitzahl des weicheren Werkstoffes mindestens ebenso groß ist wie die des Meßfühlers (5, lA) bzw. des Werkstückes (1,
5. 5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der weichere Werkstoff den Meßfühler (j5, 14) in Form einer Manschette (4, I5) umgibt, deren Äußenmantel am Werkstück (l, I3) anliegt.
6. 6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch g e kennzeiclinet, daß der weichere Werkstoff weichgeglühtes Silber ist.
7. 7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück Teil der Wandung (15) eines Feuerraums ist.

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   L e e r s e i i e

   ORIGINAL INSPECTED