DE2558575C3

DE2558575C3 - Thermoelement und Verfahren zum Herstellen

Info

Publication number: DE2558575C3
Application number: DE2558575A
Authority: DE
Inventors: Manfred Ing.(Grad.) 5609 Hueckeswagen Lehnert
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1975-12-24
Filing date: 1975-12-24
Publication date: 1978-06-29
Also published as: DE2558575B2; DE2558575A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Thermoelement gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bekannte Thermoelemente wurden bislang entweder aus einer geschlossenen, also einer mit einem Boden versehenen Hülse hergestellt, in die ein den zweiten Schenkel 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.

Aus der US-PS 37 74 297 ist ein Thermoelement bekanntgeworden, das aus einer an der Warmlötstelle offenen Hülse und einem Stift aus einer Kupfer-Nickel Legierung mit 60% Kupfer und 40% Nickel besteht, wobei die Warmlötstelle so verschweißt wird, daß sie von einer Schicht aus Material der Hülse umschlossen ist. Hierbei wird darauf geachtet, daß die geschweißte Warmlötstelle dicht ist, um Oxydation des Innenleiters zu vermeiden. Im Bereich der geschweißten Warmlötstelle kommt eine auf den Stift aufgesteckte Hülse zur Anwendung, die aus dem gleichen Material wie die Außenhülse besteht.

Eine äußere Schutzschicht auf der Außenhülse ist nicht vorgesehen. Nach einem Ausführungsbeispiel wird der Stift in die an einem Ende offene Hülse so weit eingeschoben, daß er im Abstand von diesem Ende der Hülse steht. Anschließend kann das Hülsenende zusammengedrückt werden, worauf die Schweißung erfolgt. Es ist schließlich auch möglich, daß von einer an beiden Händen offenen Hülse ausgegangen wird, in deren Innenraum der Stift so weit eingebracht wird, daß er mit seinem Ende im Abstand vom Hülsenende steht, worauf der verbleibende Innenraum der Hülse durch ein Stück Draht vom Material der Hülse ausgefüllt wird. Anschließend wird das obere Ende der Hülse zusammen mit dem Draht und dem Stift verschweißt

Bei einem Thermoelement nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs besteht die Gefahr, daß das Kupfer des Stiftes auf die Außenfläche der Hülse kommt und mit der Aluminiumschicht im Bereich der warmen Lötstelle eine Kupfer-Aluminium-Eutektikum bildet, was zu einer sehr schnellen Korrosion des Thermoelementes führt,

da der Schmelzpunkt des Eutektikums wesentlich niedriger ist als der Schmelzpunkt des reinen Aluminiums bzw. des Hülsenmaterials.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, bei einem Thermoelement nach dem OberDegriff des Hauptanspruchs zu verhindern, daß das Kupfer nach außen dringt und mit dem Aluminium ein Eutektikum bildet.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst Der technische Fortschritt des so ausgebildeten Thermoelements liegt in seiner sehr langen Standzeit insbesondere in einer Atmosphäre aus aggressiven, insbesondere schwefelhaltigen Gasen.

In den Unteransprüchen sind Verfahren angegeben, wie man den Gegenstand nach dem Hauptanspruch zweckmäßigerweise herstellt

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Fig. 1—21 in der nachfolgenden Beschreibung erläutert Es zeigen

F i g. 1,4,7,10,13,16 und 19 die Ausgangsstufe der zur Anwendung kommenden Hülse zur Fertigung des Thermoelementes,

Fig. 2, 5, 8, 11, 14, 17 und 20 jeweils einen Verfahrenszwischenschritt verschiedener Verfahren 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 F i g. 1 bis 3 wird von einer offenen Hülse I aus einer Chrom-Nickel-Legierung ausgegangen, die einen zylindrischen Mantelteil 2 mit relativ großem Durchmesser, 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 F i g. 2 wird in die Hülse 1 ein zylinderförmiger Stift 7 eingeführt, der aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit 60% Kupfer und 40% Nickel besteht. Der Außendurchmesser des Stifes 7 paßt mit einer Spielpassung in den Innenraum 8 des Mantelteils 4 der Hülse 1. Das Ende 9 des Stiftes 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 Stiftes 7, also insbesondere kein Kupfer.

Anschließend wird der Verformungsbereich 10 in einem Lichtbogenschweißverfahren verflüssigt, so daß sich die warme Lötstelle 11 an der Spi'ze des Thermoelementes bildet. Das ebene Ende 9 des Stiftes wird durch die Schweißung zu einem Konkavende 12 eingezogen. Der das Konkavende 12 umgebende Hülsenteil 1 ist jedoch, vgl. Fig.3, so dick, daß kein Kupfer aus dem Stift 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 aus der obengenannten Kupfer-Nickel-Legierung bestehenden Stiftes 7 wird die Stirnreite 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

S Material allseits das Ende des Stiftes 7 umgibt so daß

auch hier kein Kupfer nach außen auf die Oberfläche der

Hülse gelangen kann und mit dem Aluminiummantel Korrosionserscheinungen ergibt Bei dem Herstellungsverfahren gemäß der Variante

ίο nach Fig.7 bis 9 wird der aus der obengenannten Kupfer-Nickel-Legierung bestehende Stift 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 Stiftes. Anschließend wird gemäß F i g. 9 die Abbiegung 15 abgeschweißt bzw. zu einem topfförmigen Boden 16 zusammengeschweißt der die Hülse 1 abschließt.

Nach dem Herstellungsverfahren gemäß den Fig. 10 bis 12 wird die Hülse 1 nach dem Einbringen des aus der obengenannten Kupfer-Nickel-Legierung bestehenden Stiftes 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 F i g. 12 der obere Bereich 18 der Hülse 1 zusammengeschweißt, so daß sich wieder ein topfförmiger Abschluß 16 ergibt

Bei der anderen Möglichkeit der Herstellung gemäß F i g. 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 aus der obengenannten Kupfer-Nickel-Legierung bestehenden Stift 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 aus der obengenannten Kupfer-Nickel-Legierung bestehenden Stift 7 erfaßt. Bei diesem Verfahren wird aber ein luftgefüllter Zwischenraum zwischen dem Ende 9 und dem Hülsenmaterial vermieden. Anschließend wird gemäß F i g. 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 aus der obengenannten Kupfer-Nickel-Legierung bestehende Stift 7 wird dann so weit 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 F i g. 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 Stift 7 an die Außenoberfläche der Hülse 1 gelangt Nach Aufbringen der Aluminiumschicht 13 ist das Thermoelement einsatzfähig.
Ste't Nickel-Chrom bzw. der obengenannten Kupfcr-Nickel-Legierung können auch andere Materialien als Paarung verwendet werden, bei denen zu vermeiden ist daß Kupfer aus dem inneren Stift nach außen auf die Hülse gelangt

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Thermoelement mit einer einen Schenkel der Paarung bildenden Hülse sowie einem den anderen Schenkel bildenden von der Hülse umschlossenen Kupfer enthaltenden Stift, die an einem Ende miteinander verschweißt sind und dort die Warmlötstelle bilden und mit einer die Warmlötstelle überziehenden Schicht aus Aluminium, dadurch "o gekennzeichnet, daß die Warmlötstelle (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, >5 daß von einer an beiden Enden (5,6) offenen, einen Innenraum (8) bildenden Hülse (1) ausgegangen wird; in die der Stift eingebracht v. ird, indem er nicht bis zum einen Ende (6) der Hülse (1) reicht, worauf dieses Ende (6) der Hülse (1) angequetscht und anschließend mit dem Stift verschweißt und die Aluminiumschutzschicht aufgebracht wird (F i g. 1 bis 3).

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 Hülsenende (6) bleibt, worauf der überstehende Bereich der Hülse (1) rechtwinklig abgebogen und anschließend mit dem Stift (7) zu einem topfförmigen Abschluß (16) der Hülse (1) verschweißt und die Aluminiumschutzschicht aufgebracht wird (F i g. 7 bis 9).

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 von einem Hülsenende (6) ein Abstand besteht, worauf dieses Hülsenende (6) zu einer Spitze im oberen Bereich (17) zusammengedrückt und anschließend mit dem Stift zu einem topfförmigen Abschluß (16) verschweißt wird, worauf die Aluminiumschutzschicht (13) aufgebracht wird(Fig. 19bis 21).

5. Verfahren zur Herstellung eines Thermoelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 mit einem Ende (9) im Abstand von dem einen Hülsenende (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 (F i g. 13 bis 15).

6. Verfahren zur Herstellung eines Thermoele- (*> mentes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einer an beiden Enden (5,6) offenen Hülse (1) ausgegangen wird, in dere? 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 (16) verschweißt und mit der Schutzschicht (13) aus Aluminium versehen wird (F ig. 16 bis 18).

7. Verfahren zur Hersteilung eines Thermoelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Hülse (1) ausgegangen ist, die einen zylinderförmigen Mantelteil (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 (F i g. 20 und 21).