DE2558575A1

DE2558575A1 - Thermoelement

Info

Publication number: DE2558575A1
Application number: DE19752558575
Authority: DE
Inventors: Manfred Ing Grad Lehnert
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1975-12-24
Filing date: 1975-12-24
Publication date: 1977-07-07
Also published as: DE2558575C3; DE2558575B2

Description

Thermoelement
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Thermoelement gemass dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
zekanntc Tnernoeleg.ente wurden bislang entweder aus einer geschlossenen, also einer mit einem anoden versehenen Hülse hergestellt, in die ein den zweiten Pol der Paarung bildender Draht eingeschoben wurde, wobei anschließend im Bereich des Bodens der Draht an die Hülse angeschweißt wurde. Anschließend wurde das so geschaffene Thermoelement im Bereich der warmen Lötstelle mit einer Aluminiumschicht im Tauchverfahren überzogen.
Das so hergestellte Thermoelement war mit erheblichen Fertigungskosten behaftet, da die mit einem Boden versehene Hülse ein sehr teures Bauelement darstellt.
Gegenüber diesem Stand der Technik besteht somit die Aufgabe, ein Thermoelement mit einem Draht und einer Hülse wesentlich billiger bei gleicher Güte zu fertigen.
Es ist auch bekannt, den Draht von einer offenen Hülse zu umschließen, wobei im Bereich des i=iülsenendes der Draht mit dem Hülsenmantel verschweißt wird. Hierbei laßt es sich jedoch nicht vermeiden, daß Material des Drahtes, meist Konstantan, auf die Außenoberfläche der Hülse kommt.
Wenn dieses Material kupferhaltig ist, was im Falle der Konstantanpaarung gegeben ist, und das Thermoelement anschließend mit einer Aluminiumschicht überzogen wird, so bildet sich im Bereich der warmen Lötstelle ein Kupfer-Aluminium-Eutektikum, was zu einer sehr schnellen Korrosion des Thermoelementes führt, da der Scnmelzpunkt des Eutektikums wesentlich niedriger ist als der Schmelzpunkt des reinen Aluminiums bzw. des Hülsenmaterials.
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein korros i ons - und zunderfestes Tt)ermoelenlent zu schaffen, das auch gegen agressive, schwefelhaltige Gase über eine lange Zeit beständig ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Thermoelement der eingangs naher bezeichneten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.
In den Unteransprüchen sind Verfahrensmerkmale angegeben, wie man den Gegenstand nach dem Hauptanspruch zweckmäßigerweise herstellt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Fig. 1 - 21 in der nachfolgenden Bes ch rei Dung erläutert.
Es zeigen: Fig. 1, 4, 7, 10, 13, 16 und 19 - die Ausgangsstufe der zur Anwendung kommenden Hülse zur Fertigung des Thermoelementes, Fig. 2, D, 8, 11, 14, 17 und 2U - jeweils einen Verfahrenszwischenschritt eines anderen Verfahrens der Herstellung des Thermoelementes und Fig. 3, 6, 9, 12,15, 18 und 21 - die Endstufe des nach dem jeweiligen Verfahren produzierten Thermoelementes, jeweils im Schnitt.
In allen 21 Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
Bei dem Herstellungsverfahren gemäss den Fig. 1 bis 3 wird von einer offenen Hülse 1 aus einer Chrom-i4ickel-Legierung ausgegangen, die einen zylindrischen Mantelteil 2 mit relativ großem Druchmesser, einen ansetzenden kegelförmigen Mantelteil 3 und einen sich wiederum daran anschließenden zylinderförmigen Mantelteil 4 relativ kleinen Durchmessers aufweist. Die Stirnseiten 5 und 6 der Hülse sind offen.
Gemäss Fig. 2 wird in die Hülse 1 ein zylinderförmiger Konstantandraht 7 eingeführt, der aus einer Kupfer-Nickel-Legierung besteht.
Der Außendurchmesser des Drahtes 7 passt mit einer Spielpassung in den Innenraum 8 des Mantelteils 4 der Hülse 1. Das Ende 9 des Konstantandratites stößt nicht bis zur Stirnseite 6 der Hülse 1 vor. Anschließend wird das Ende 6 der Hülse 1 mit einem Presswerkzeug zusammengepresst, so daß sich ein Verformungsbereich 10 ergibt. Dieser Verformungsbereich 10 enthält jedoch keinen Stoff des Konstantandrahtes 7, also insbesondere kein Kupfer.
Anschließend wird der Verformungsbereich 10 in einem Lichtbogenschr/eißverfahren verflüssigt, so daß sich die warme Lötstelle 11 an der Spitze des Thermoelementes bildet. Das ebene Ende 9 des Konstantandrahtes wird durch die Schweißung zu einem Konkavende 12 eingezogen. Der das Konkavende 12 umgebende Hülsenteil ist jedoch, vergl. Fig. 3, so dick, daß kein Kupfer aus dem Konstantandraht an die Außenseite der Hülse, die nun topfförmig zugeschweißt ist, gelangen kann.
Anschließend wird die warme Lötstelle 11 des Thermoelementes von einer Aluminiumschicht 13 überzogen.
Bei dem Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens gemäss den Fig. 4 bis 6 wird wiederum von der gleichen Hülse 1 ausgegangen. Nach dem Einführen des Konstantandrahtes 7 wird die Stirnseite 6 der Hülse in einer Vorrichtung mit Gegenhalter umgebogen, so daß die Hülse topfförmig eingezogen ist. Hierbei bildet sich eine Trennfuge 14. Gemäss Fig. 6 wird diese Trennfuge 14 nunmehr verschweißt, wobei sich im Endzustand auch hier eine topfförmig zugeschweißte Hülse bildet, deren Material allseits das Ende des Konstantandrahtes 7 umgibt, so daß auch hier kein Kupfer aus dem Konstantan nach außen auf die Oberfläche der Hülse gelangen kann und mit dem Aluminiummantel Korrosionserscheinungen ergibt.
Bei dem Herstellungsverfahren gemäss der Variante nach Fig.
7 bis 9 wird der Konstantandraht 7 in die Hülse 1 eingezogen, anschließend wird das freibleibende Ende des Mantelteils 4 rechtwinklig abgebogen. Die Abbiegung 15 bleibt offen und überragt das Ende 9 des Kontantanstiftes. Anschließend wird gemäss Fig. 9 die Abbiegung 15 abgeschweißt bzw. zu einem topfförmigen Boden 16 zusammengeschwei ßt, der die Hülse 1 abschließt.
Nach dem Herstellungsverfahren gemäss den Fig. 10 bis 12 wird die Hülse 1 nach dem Einbringen des Konstantandrahtes 7 im oberen Bereich 18 des Mantelteils 4 keilförmig zusammengequetscht, der Innenraum 17 der keilförmigen Spitze 18 ist jedoch mit Luft gefüllt. Anschließend wird gemäss Fig. 12 der obere Bereich 18 der Hülse 1 zusammengeschweißt, so daß sich wieder ein topfförmiger Abschluß 16 ergibt.
Bei der anderen Möglichkeit der Herstellung gemass Fig. 13 bis 15 bleibt der obere Bereich des Mantelteils 4 unverändert, in den oberen Bereich wird ein Stück Nickel-Chrom-Draht 19 eingeführt, der aus dem gleichen Material wie die Hülse 1 besteht und im Durchmesser dem Konstantandraht 7 entspricht. Anschließend wird gemäss Fig.15 der obere Bereich der Hülse 1 zusammen mit dem Einsatz 19 verschweißt, so daß sich wieder der topfförmige Abschluß 16 der Hülse 1 ergibt.
Gemäss dem Herstellungsverfahren nach den Fig. 16 - 18 wird der obere Bereich der Hülse 1 von zwei Seiten gedrückt, so daß sich eine Anquetschung 20 ergibt, die jedoch nicht den Konstantanstift 7 erfasst. Bei diesem Verfahren wird aber ein luftgefüllter Zwischenraum zwischen dem Ende 9 und dem HUlsenmaterial vermieden. Anschließend wird gemäss Fig. 18 die Schweißung vollzogen, so daß sich wieder das topfförmige Ende 16 ergibt. Danach wird die Aluminiumschicht 13 durch Tauchen in flüssiges Aluminium aufgebracht.
Schließlich wird bei dem Herstellungsverfahren gemäss den Fig.
19 - 21 der Zylindermantelteil 4 der Hülse 1 weggelassen, so daß der Kegelmantelteil 3 sich bis zum Ende 6 der Hülse 1 fortsetzt. Der Konstantandraht 7 wird dann soweit in die Hülse eingeschoben, als dies ohne Verformung möglich ist. Im oberen Bereich 17 ist somit wieder ein Innenraum 18 mit Luft gefüllt.
Anschließend wird gemäss Fig. 21 der obere Bereich 17 verschweißt, so daß sich der Topf 16 bildet, der die Hülse 1 dicht nach außen abschließt.. ohne daß Kupfermaterial aus dem Konstantandraht 7 an die Außenoberfläche der Hülse 1 gelangt. Nach Aufbringen der Aluminiumschicht 13 ist das Thermoelement einsatzfähi g.
Es soll noch erwähnt werden, daß das erfindungsgemässe Thermoelement und die Verfahren zu seiner Herstellung nicht unbedingt auf Nickel-Chrom bzw. Konstantan als Paarung beschränkt sind. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann jederzeit dann sinnvoll werden ~wenn zu vermeiden ist, daß Material aus dem Innendraht nach außen auf die Hülse gelangt.
In diesem Zusammenhang ist auch wichtig, daß die Schutzschicht des Thermoelementes nicht notwendig aus Åluninium bestehen muß, es kann hierfür auch ohne weiteres ein anderes Material vorgesehen werden.
Ansprüche: L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche 1. Thermoelement mit einer einen Pol der Paarung bildenden Hülse sowie einem den anderen Pol bildenden von der Hülse umschlossenen Stift, die an einem Ende miteinander verschweiß sind und dort die warme Lötstelle bilden und mit einer die Warmlötstelle überziehenden Schicht aus Aluluinium, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lötstelle (11) von einer durch Schweißen aufgebrachten Schicht (16) aus Material der Hülse (1) umschlossen ist.
2. Verfahren zur Herstellung eines Thermoelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einer an beiden Enden (5, 6) offenen, einen Innenraum (8) bildenden Hülse (1) ausgegangen wird, in die der Stift eingebracht wird, indem er nicht bis zum einen Ende (6) der Hülse (1) reicht, worauf das Ende (6) der Hülse (1) angequetscht und anschließend mit dem Stift verschweißt wird, worauf das Thermoelement mit einer Aluminiumschutzscnicilt überzogen wird.
3. Verfahren zur Herstellung eines Thermoelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einer an beiden Enden (5, 6) offenen Hülse (1) ausgegangen wird, in die der Stift (7) so eingebracht wird, daß er im Abstand vom einen Ende (6) bleibt, worauf der überstehende Bereich der Hülse (1) rechtwinklig abgebogen und anschließend mit dem Stift (7) zu einem topfförmigen Abschluß der Hülse (1) verschweißt und die Aluminiumschutzschicht aufgebracht wird.
4. Verfahren zur Herstellung eines Thermoelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einer an beiden Enden (5, 6) offenen Hülse (1) ausgegangen wird, in die der Stift (7) so weit eingeschoben wird, daß vom Ende (6) ein Abstand besteht, worauf das Hülsenende (6) zu einer Spitze im oberen Bereich (17) zusammengedrückt und anschließend mit dem Stift verschweißt wird, so daß ein topfförmiger Abschluß (16) entsteht, worauf die Aluminiumschutzschicht (13) aufgebracht wird.
5. Verfahren zur Herstellung eines Thermoelementes 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 von einer an beiden Enden (5, 6) offenen Hülse (1) ausgegangen wird, in deren Innenraum (8) der Stift (7) so weit eingebracht wird, daß er an den Enden (9) im Abstand von der.l einen Ende (6> angeordnet ist, worauf der verbleibende Innenraum (8) der Hülse (1) durch ein Stück Draht (19) ausgefüllt wird, dessen chemische Zusammensetzung der des Hülsenmaterials entspricht, worauf das obere Ende (6) der Hülse (1) zusammen mit dem Stift (7) zu einem topfförmigen Abschluß (16) der Hülse (1) verschweißt und anschließend die Aluminiumschutzschicht aufgebracht wird.
6. Verfahren zur Herstellung eines Thermoelementes nach Anspruch 1, dadurch gek e n n z ei c h ne t, daß von einer an beiden Enden (5, 6) offenen Hülse (1) ausgegangen wird, in deren Innenraum (8) der Stift (7) so eingeschoben wird, daß ein Ende (9) im Abstand vom einen Ende (6) der Hülse (1) angeordnet ist, worauf der verbleibende freie Teil der Hülse (16) so abgequetscht wird, daß zwischen oberem Ende (9) des Stiftes (7) und dem Hülsenmaterial (20) kein nennenswerter Luftraum entsteht, worauf die Abquetschung (20) mit dem Stift (7) zu einem topfförmigen Abschluss (lo) vers chwe ißt und das Thermoelement der Schutzschicht (13) aus Aluminium versehen wird.
7. Verfahren zur Herstellung eines Thermoelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Hülse (1) ausgegangen ist, die einen zylinderförmigen ltantelteil (2) und einen anschließenden Kegelmantelteil (3) bildet, und die einen Innenraum (8) aufweist, in die der Stift (7) so weit eingeschoben ist, bis er die Wandung der Hülse (1) im Bereich des Kegelmantels (3) berührt, worauf der obere Bereich (17) der Hülse (1) zusammen mit dem Stift (7) zu einem topfförmigen Abschluß der Hülse (1) verschweißt und die Aluminiumschutzschicht (13) aufgebracht wird.