DE1927147B2 - Verfahren zum wärmeschlüssigen Anbringen eines Meßfühlers in einer mit einem wärmeleitenden Werkstoff versehenen Ausnehmung eines Werkstückes - Google Patents
Verfahren zum wärmeschlüssigen Anbringen eines Meßfühlers in einer mit einem wärmeleitenden Werkstoff versehenen Ausnehmung eines WerkstückesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren mm wärmeschiüssigen
Anbringen eines Meßfühlers in einer mil einem wärmelei. :nden Werkstoff versehenen Ausnehmung
eines Werkstückes, insbesondere der druckfcr.ten
Wandung eines Fejerrauyics.
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 irot/ der da7u notwendigen Befestigungselemente
die zu messenden Daten, also etwa die Wärmebelastungen des Werkstückes, unverfälscht an
das Meßgerat weitergegeben werden.
Durch örtliche mechanische oder thermische fjberbeanspruchungen
beim Einbau und Fixieren des Meßfühlers können Vei änderungen im G ο füge der
Werkstoffe, sowohl des Meßlühlers 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. Dabe; vMiddie 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 /weckgerechte Befestigung nur dann möglich, wenn später beim Betrieb wärmetechnisch keine Schwierigkeiten auftreten. Das ist jedoch beispielsweise dann der Fall, wenn
es sich um Fi-uerraumwände 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 t bergang zwischen Werkstoffen bewirkende, direkte oder indirekte flächenhafte Berührung
derselben unterejnanderzu verstehen, ohne daß deren Wärmeleitfähigkeit dabei verschlechtert wird.
Geklebte Verbindungen zwischen Meßfühlern und
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 Versohraubun-
Jo gen.
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 Befe-
»5 stigung. 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, clüiv. daß unerwünschte
Gefügeveränderungen und Spannungen im
so Werkstoff die Folge sind.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht 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 ggfs. 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.
Die Erfindung ist beim Verfahren der eingangs genannten
Art dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler zunächst von einer aus vergleichsweise weicherem
wärmeleitenden Werkstoff bestehenden Manschette
umgeben und danach mittels plastischer Verformung der Manschette und ohne Wärmezufuhr
in der als Durchlaß ausgebildeten Ausnehmung druckdicht festgelegt wird, so daß er schließlich über
seine Manschette in der Ausnehmung des Werkstükkes anliegt.
Von Vorteil ist es. wenn die Wärmeleitzahl des weicheren Werkstoffes mindestens ebenso groß ist wie
die des Meßfühlers und des Werkstückes. In Weiterbildung
der Erfindung wird als Werkstoff für die Manschette weich geglühtes Silber verwendet.
Es ist zwar schon bekannt, Meßsonden in einer Gehäusewand mittels einer gegenüber dieser isolierten
Hülse anzuordnen (österreichische Patentschrift 248 148). Ein unverfälschter Wärmeübergang wird
aber in diesem Falle nur auf eng begrenzter Fläche im Bereich der Stirnfläche der Meßsonde erzielt. Im
übrigen ist der Sitz des Meßgerätes in der GcIiüuäC-
wand nur wenig belastbar und liült hohem Innendruck
nicht stand.
der Temperatur von heißen Metallschmelzen ist das Thermoelement von einem metallkeramischen Verschlußstück umgeben, das zwar wärmeleitend ist aber
ebenfalls keinen mechanisch festen Sitz verbürgt (österreichische Patentschrift 259901).
Es ist schließlich schon eine formschlüssige und druckfeste Verbindung (deutsches Gebrauchsmuster
1 965 489) bekanntgeworden, bei welcher die Führungsbuchse für ein Düsenvcrschlußglied mittels eines
i 927147
Hoblstopfeas befestigt und gesichert wird. Hierbei!
wird der Hohlstopfen in eine innere Abstufung de« umgebenden Gehäuses eingepreßt und durch Druck
in axialer Richtung verformt, derart, daß der Werkstoff des Hohlstopfens in eine Ringnut des Gehäuses
verdrängt wird. Ein Formschluß wird aber hier nuir zwischen dem Außenumfang des Hohlstopfens und
dem umgebenden Gehäuse angestrebt, nicht aber zugleich auch radial nach innen in Richtung zu dem darin
geführten DüsenverschlußgJied, 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 reali-
lierbar. Außerdem weisen Lötungen ein' η nicht belierrschbaren,
unterschiedlicnen »Füllgrad« auf, d. h. das zum Fließen gebrachte Lötmetall füllt unter Um-Itänden
nur Teile des zwischen dem Meßfühler und «1cm 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 in Frage. 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
Lötsortc oft eine Lötung in Schutzgasatmosphäre.
Nachfolgend ist die Erfindung an Hand mehrerer in Schnittzeichnungen dargestellter Beispiele von
wiiirmeschlüssigcn Anordnungen eines Meßfühlers erläutert:
Fi g. 1 ist eine Schemaskizze, aus der das der Erfindung
zugrundeliegende Prinzip zu ersehen ist:
F i g. 2 zeigt die Anordnung eines Meßfühlers in einer
Rohrwandung;
F i g. 3 zeigt die Halterung eines Meßfühlers in ei ner
Bohrung in der Wand einer Raketenbrennkammer.
Gemäß Fig, 1 ist in die Bohrung 1 des Werkstükkes
1 der Meßfühler 3 zentrisch eingeführt. Den Zwischenraum zwischen seinem Außenmamel 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 4 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 Begrenzur.gsfläche des Werkstükkes
1.
Fig. 2 zeigt in etwa fünffache- 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.
Fig. 3 zeigt in der Bohrung 1 (I einer von Kühlkanälen
11, 12 durchzogenen Wandung 13 eine Raketenbrennkammer. Hier ist ein als Meßfühler ausgebildeter
Temperaturfühler 14 zentrisch in die Bohrung eingesetzt. Er wird von einer Manschen. 15 aus weichem
Werkstoff umgeben, deren Außenwandung an der Wandung der Bohrung 10 anüegt. Auf der Stirnfläche
der Manschette 15 isi 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 Manscheue
15 in die Überflächenunebenheiten sowohl de^
Temperaturfühlers 14 als auch d.r Bohrung 10 gepreßt,
!η dieser Weise wird auf kaltem Wege, also
ohne Anwendung von Wärme, eine kraftH.hlüssige.
elektrisch leitende und den Wärmefluß von der Wan dung der Brennkammer zum Temperaturfühler nich!
beeinträchtigende Verbindung /wischen diesen Bauteilen hergestellt. Durch eine Rille 19 oder ähnliche
formschlüssige Mittel an der zylindrischen Bohrung 10 kann der Kraftschluß der Verbindung erhöht werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zum wärmeschlüssigen Anbringen
eines Meßfühlers in einer mit einem wärmeleitenden Werkstoff versehenen Ausnehmung eines
Werkstückes, insbesondere der druckfesten Wandung eines Feuerraumes, dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßfühler (3, 4) zunächst von einer aus vergleichsweise weicherem wärmeleitenden Werkstoff bestehenden Manschette
(4, 15) umgeben und danach mittels plastischer Verformung der Manschette und ohne Wärmezufuhr in der als Durchlaß ausgebildeten Ausnehmung (2, 8) druckdicht festgelegt wird, so daß
er schließlich über seine Manschette in der Ausnehmung des Werkstücks (1, 7, 13) anliegt.
2. Ausbildung eines nach dem Verfahren nach Anspruch 1 angeordneten Meßfühlers, dadurch
gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Manschette (4, 15) weich geglühtes Silber ist.
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