DE2942018A1

DE2942018A1 - Verbrauchbares eintauchthermoelement

Info

Publication number: DE2942018A1
Application number: DE19792942018
Authority: DE
Inventors: Richard James Hance; John Rudolf Wiese
Original assignee: Leeds and Northrup Co
Current assignee: Leeds and Northrup Co
Priority date: 1978-10-18
Filing date: 1979-10-17
Publication date: 1980-05-08
Also published as: CA1113271A; BE879357A; US4179309A; JPS5589725A; JPS5938527B2; GB2032176B; DE2942018C2; IT1123804B; BR7906684A; IT7926408A0; GB2032176A

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein verbrauchbares Eintauchthermoelement und insbesondere eine Konstruktion, die die Herstellung solcher Thermoelemente vereinfacht.

Es sind bereits verbrauchbare Eintauchthermoelemente bzw. Eintauchthermoelemente für den Einmalgebrauch bekannt (US-PS 2 999 121), die zum Messen der Temperatur von Metallschmelzen verwendet werden. Infolge der weitreichenden Abnahme solcher Einrichtungen werden jährlich auf der Welt Millionen solcher Eintauchthermoelemente für den Einmalgebrauch verwendet. Wegen dieser weitreichenden Verwendung solcher Einrichtungen ist es wesentlich, daß sie einfach zu montieren und dennoch robust, dauerhaft und genau sind, so daß man sich auf die mit diesen Einrichtungen gemachten Ablesungen verlassen kann. Es gibt eine breite Vielfalt von Auslegungen und Konstruktionen solcher verbrauchbarer Eintauchthermoelemente. Bei einer bekannten Ausführungsform (US-PS 3 29Θ 874) ist ein in einem Stuck geformtes Kunststoffteil, welches die mit dem Thermoelement verbundenen elektrischen Leiter trägt, und eine mechanische Halterung für das Thermoelement vorgesehen, bis ein feuerfester Zement in den Hohlraum gegossen wird, der in dem geformten Kunststoffteil ausgebildet ist. Wenn der feuerfeste Zement aushärtet, ergibt sich eine starre Einheit mit den gewünschten elektrischen und wärmeisolierenden Eigenschaften.

Bei anderen bekannten verbrauchbaren Thermoelementen (US-PS 3 95o 992) ist ein Keramikkörperteil an einem Ende eines Endstücks anzementiert, das aus Kunststoff hergestellt ist, wobei das Endstück die Leiter trägt, die zum Thermoelement führen.

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Obwohl die bekannten Einrichtungen zuverlässige verbrauchbare Eintauchthermoelemente darstellen, erfordert ihre Herstellung zeitraubende Maßnahmen, wie das Zusammenkleben des Endstücks und des Körperteils und das Aushärten des Klebstoffs, ehe mit der abschließenden Montage des verbrauchbaren Eintauchthermoelementes fortgefahren werden kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine verbesserte Konstruktion eines verbrauchbaren Eintauchthermoelementes zu schaffen, die sine schnelle und einfache Montage ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine sich selbst verriegelnde Anordnung verwendet, bei welcher sich das Endstück und das Körperteil, wenn sie mechanisch zusammengefügt werden, selbst verriegeln.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein verbrauchbares Eintauchthermoelement mit einem Keramikkörperteil und einem Kunststoffendstück, welches das Thermoelement trägt und einen Hohlraum aufweist, in den ein feuerfester Zement zur Festlegung des Thermoelementes gegossen wird. Das Endstück ist mit sich axial erstreckenden elastischen Armen mit erweiterten Endabschnitten versehen, die als Verriegelungseinrichtungen dienen, um das Endstuck an dem Keramikkörper vorübergehend zu halten.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 im Axialschnitt das Körperteil eines verbrauchbaren Eintauchthermoelementes,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Körperteil von Fig. 1,

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Fig. 3 eine Seitenansicht des Endstücks eines verbrauchbaren Eintauchthermoelementes,

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Endstück von Fig. 3, Fig. 5 eine Ansicht des Endstücks von Fig. 3 von unten,

Fig. 6 eine Seitenansicht des Thermoelementes und der elektrischen Leiter eines verbrauchbaren Eintauchthermoelementes und

Fig. 7 im Schnitt ein erfindungsgemäß vervollständigtes verbrauchbares Eintauchthermoelement.

Das in Fig. 1 gezeigte zylindrische Körperteil 1o ist vorzugsweise aus einem Keramikmaterial hergestellt, beispielsweise aus Cordierite welches Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd und Siliciumoxyd aufweist. Das Körperteil 1o hat eine sich axial erstreckende Durchgangsöffnung, die einen ersten unregelmäßig geformten zylindrischen Hohlraum 12 an einem Ende und einen zweiten unregelmäßig geformten zylindrischen Hohlraum 14 am anderen Ende bildet. Der Hohlraum 12 ist größer als der Hohlraum 14. Infolge des Abmessungsunterschieds des Hohlraums 14 und des Hohlraums 12 wird in dem Körperteil 1o eine Umfangsschulter 16 erzeugt. Die Seitenwände des Hohlraums 14 sind mit einem Paar von sich axial erstreckenden Nuten 18 und 2o versehen.

In den Figuren 3, 4 und 5 ist ein Endstück 22 gezeigt, das vorzugsweise aus einem elastischen Kunststoff geformt wird. Das Endstück 22 hat einen Steckerabschnitt 24, einen Umfangsflansch 26 und ein Thermoelementkontakthalteteil 28. Das Endstück 22 hat zusätzlich ein Paar elastische Arme 3o und 32 mit erweiterten äußeren Enden. Die erweiterten äußeren Enden der elastischen Arme 3o und 32 haben geneigte ebene Flächen 3oa und 32a, die, wie später erläutert wird. Befestigungsmittel

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sind, um das Endstück 22 im Korperteil 1o zu halten.

Das Endstuck 22 ist mit einem Paar sich axial erstreckenden Löchern 34 und 36 versehen. Der Durchmesser des Loches 34 ist kleiner als der des Loches 36. Das Loch 34 liegt von der Achse des Endstücks 22 weiter weg als das Loch 36. Das Loch 36 endet an einem Ende in einer Nute 36a, die sich vom Ende des Endstücks 22 zur Schulter 28a des Kontakthalteteils 26 axial erstreckt. Wenn ein Thermoelementkontaktteil in das Loch 36 eingeführt wird, liegt eine Oberfläche des Kontaktteils frei zwischen der Schulter 28a und dem Ende des Endstücks 24 für die elektrische Verbindung mit einer Seite des Thermoelementes. In gleicher Weise endet, was nicht gezeigt ist, das L<#ch 34 in einer Nut, die sich axial von der Basis 29 des Endstücks 22 zur Schulter 28a des Kontakthalteteils 28 erstreckt. Dadurch ergibt sich eine freiliegende Kontaktfläche deS anderen Thermoelementkontaktteils.

In Fig. 6 ist eine Thermoelementanordnung 38 mit einem Thermoelementbefestigungsteil 4o gezeigt, das aus elastischem Kunststoff, wie Polypropylen, geformt ist. Der untere Abschnitt des Thermoelementbefestigungsteils 4o ist mit einem Paar von Vorsprüngen 42 und 43 zum Halten eines Thermoelementkontaktteils 44 und einem zweiten Paar von Vorsprüngen 45 und 46 zum Halten eines zweiten Thermoelementkontaktpaares 48 versehen. Weiterhin ist das Thermoelementbefestigungsteil 4o mit einer Reihe von Vorsprungen 49, 5o, 51 und 52 zum Halten eines Thermoelementschutzrohrs 54 versehen, das in bekannter Weise gewöhnlich aus Quarz oder geschmolzenem Siliciumoxyd hergestellt ist. Wegen der Elastizität des geformten Kunststoffs, aus dem das Thermoelementhalteteil 4o besteht, kann das Thermoelementschutzrohr 54 in seine Position zwischen den Vorsprüngen 49 und 5o sowie den Vorsprüngen 51 und 52 einschnappen. In dem Thermoelementschutzrohr 54 sind die Thermoelementdrähte 56 und 58 am Ende der Schleife verbunden und bilden an der Biegung eine Thermoelementkontaktstelle. Der Draht 56 ist dann an dem

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Thermoelementkontaktteil 54 angeschweißt oder in anderer Weise daran befestigt. Der Thermoelementdraht 58 ist in gleicher Weise an dem Thermoelementkontaktteil 48 befestigt.

Fur die Montage des Körperteils 1o, des Endstucks 22 und der Thermoelementanordnung 38 zu einem vollständigen verbrauchbaren Eintauchthermoelement, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, wird das Endstück 22 am unteren Ende des Körperteils 1o so angeordnet, daß die elastischen Arme 3o und 32 in die unteren öffnungen der sich axial erstreckenden Nuten 18 und 2o im Körperteil 1o eingreifen. Wegen der Elastizität der Arme 3o und 32 können die erweiterten äußeren Enden der Arme 3o und 32 gegeneinandergedrückt werden, entweder durch Aufbringen einer ausreichenden Kraft zwischen dem Endstuck 22 und dem Körperteil 2o oder durch Ausüben einer Kraft von Hand auf die elastischen Arme 3o und 32, um sie gegeneinander zu biegen. Wenn die Arme so gebogen sind, gehen die erweiterten Abschnitte der äußeren Enden der Arme 3o und 32 durch die Nuten 18 und 2o, wenn das Endstück 22 in den unteren Hohlraum 14 des Körperteils 1o eingeführt wird. Das Körperteil 1o und das Endstück 22 sind so bemessen, daß, wenn der Flansch 26 am Ende des Körperteils 1o angreift, die erweiterten Abschnitte der äußeren Enden der Arme 3o und 32 sich über die Umfangsschulter 16 in den ersten unregelmäßig geformten zylindrischen Hohlraum 12 erstrecken.

Wenn die erweiterten äußeren Enden der Arma 3o und 32 in den Hohlraum 12 eintreten, möchten die Arme 3o und 32 aufgrund der Elastizität des Materials wieder ihre ursprüngliche unverformte Stellung einnehmen. Die Elastizität der Arme führt dazu, das Endstück 22 in seiner Stellung in dem Körperteil 1o fest zu arretieren, wobei der Flansch 26 dicht am unteren Rand des Körperteils 1o festgelegt ist. Obwohl für die Ausgestaltung der erweiterten äußeren Enden der Arme 3o und 32 eine spezielle Gestalt gezeigt ist, kann die Form der Enden der Arme modifiziert werden, was von den gewünschten Ergebnissen

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abhängt. Wenn die Flächen 3oa und 32a sich von den Armen 3o und 32 aus jeweils rechtwinklig erstrecken sollen, wird die Arretier- bzw. Verriegelungswirkung zwischen den Flächen 3oa und 32a und der Umfangsschulter 16 durch die Materialfestigkeit der Arme 3o und 32 und des Korperteils 1o bestimmt.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, erstrecken sich die Flächen 3oa und 32a nicht rechtwinklig von den Armen 3o und 32, sondern mit einer Neigung. Obwohl die Verriegelungswirkung der geneigten Fläche nicht so groß ist wie die Verriegelungswirkung, die sich ergäbe, wenn die Flächen 3oa und 32a rechtwinklig zu den Armen 3o und 32 verlaufen, hat die geneigte Fläche bestimmte Vorteile. Wenn die Flächen 3oa und 32a geneigt sind, braucht die Länge der Arme 3o und 32 wicht genau gleich zu sein, da die Nuten 18 und 2ο den Flansch 26 fest gegen den unteren Rand des Körperteils 1o halten. Wenn die Arme 3o und 32 kürzer als die Nuten 18 und 2o sind, ruht der Rand der Umfangsschulter 16 auf den Flächen 3oa und 32a, wobei der Flansch 26 am unteren Rand des Korperteils 1o festgelegt ist. Bei einer solchen Anordnung hält die Elastizität der Arme 3o und 32 den Flansch 26 fest am Boden des Korperteils 1o. Wenn die Oberflächen 3oa und 32a rechtwinklig zu den Armen 3o und 32 sind, läßt die Anordnung keine Abmessungsänderungen in der Länge des Hohlraums 14 oder in den Längen der Arme 3o und 32 zu. Wenn die Nuten 18 und 2o zu kurz fur die Arme 3o und 32 waren, ergäbe sich überhaupt keine Verriegelungswirkung, während, wenn die Nuten 18 und 2o zu lang für die Arme 3o und 32 wären, der Flansch 26 nicht am Boden des Körperteils 1o, sondern mit einer Relativbewegung dazu festgelegt wäre.

In Fig. 7 sind das Körperteil 1o und das Endstuck 22 aneinander durch die Verriegelungsarms 3o und 32 des Endstücks 22 mit dem Umfangsflansch 26 aneinander festgelegt, der fest am Bodenrand des Körperteils 1o sitzt. Wenn das Enstück 22

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im Körperteil 1o montiert ist, wird als nächster Montageschritt die Thermoelementanordnung 38 in das Korperteil derart eingeführt, daB das Thermoelementkontaktteil 44 in das Loch 36 und das Thermoelementkontaktteil 49 in das Loch 34 gleiten. Das Thermoelementbefestigungsteil 4o ruht auf der Oberseite des Steckerabschnittes 24 des Endstucks 22, wobei das untere Ende des Thermoelementkontaktteils 44 zwischen dem Ende des Endstücks und der Schulter 26a freiliegt, während das Thermoelementkontaktteil 4Θ zwischen der Schulter 26a und der Basis 29 freiliegt. Wenn die Teile derart montiert sind, werden der obere Hohlraum 12 und der untere Hohlraum 14 mit einem feuerfesten Zement 6o gefüllt, der nach dem Trocknen einen starren Körper bildet und die gewünschten elektrischen und wärmeisolierenden Eigenschaften hat. Der feuerfeste Zement dient dazu, die verschiedenen Teile des verbrauchbaren Eintauchthermoelementes in einer festgelegten Stellung zueinander zu halten. Damit das verbrauchbare Eintauchthermoelement in eine Metallschmelze eingetaucht werden kann, wird es in die Enden eines Rohres 62 aus Pappe oder aus einem anderen geeigneten Wärmeisolationsmaterial eingeführt. Das Thermoelement kann vor mechanischen Beschädigungen mit einer dünnen Metallkappe geschützt werden, welche die Enden des Thermoelementes bedeckt und kurz nach dem Eintauchen in die Metallschmelze wegschmilzt.

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Claims

Patentansprüche

/ 1.)Verbrauchbarss Eintauchthermoelement zum Bestimmen der Temperatur von geschmolzenem Metall, gekennzeichnet durch ein zylindrisches Körperteil (1o), das an beiden Enden offen ist, durch ein Endstuck (22) mit einem Steckerabschnitt (24) zum Halten des Thermoelementes (3Θ), einem Kontaktabschnitt (2Θ) für die elastische Kontaktabstutzung und einem Flanschabschnitt (26) für den Sitz an einem Ende des Korperteils (1o), und durch Verriegelungssinrichtungen zum Befestigen des Körperteils (1o) und des Endstücks (22) aneinander mit wenigstens einem Verriegelungselement (3o, 32), das elastisch von dem Endstück (22) gehalten wird, und mit einem damit zusammenwirkenden Verriegelungselement (16) an der Innenfläche des Körperteils (1o).

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2. Thermoelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endstück (22) aus elastischem Kunststoff geformt ist und daß das eine Verriegelungselement ein länglicher Arm (3o, 32) des Formkörpers ist, wobei das äußere Ende des Arms (3o, 32) einen erweiterten Abschnitt (3oa, 32a) hat.
3. Thermoelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammenwirkende Verriegelungselement eine Schulter (16) im Körperteil (1o) ist, welches mit dem erweiterten Abschnitt (3oa, 32a) am Außenende des länglichen Arms (3o, 32) zusammenwirkt.
4. Thermoelement, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine sich durch das zylindrische Körperteil (1o) erstreckende öffnung mit einem ersten unregelmäßig geformten zylindrischen Hohlraum (16) an einem Ende des Körperteils (1o), der mit einem zweiten kleineren unregelmäßig geformten zylindrischen Hohlraum (14) am anderen Ende des Körperteils (1o) verbunden ist, durch eine Umfangsschulter (16), die an der Verbindung des ersten und zweiten Hohlraums (16, 14) gebildet wird, durch ein Paar sich axial erstreckenden Nuten (1Θ, 2o) in den gegenüberliegenden Seitenwänden des zweiten Hohlraums (14), durch ein Endstück (22) mit einem Steckerabschnitt (24), der so bemessen ist, daß er in den zweiten Hohlraum (14) paßt und Halteöffnungen (24, 26) für den Thermoelementleiterdraht aufweist, durch einen Umfangsflansch (26) am Endstuck (22), der so bemessen ist, daß er das Ende des zweiten Hohlraums (14) verschließt, und durch ein Paar elastische Arme (3o, 32), die sich vom Endstück (22) in eine solche Richtung erstrecken, daß sie die Nuten (16, 2o) ausfüllen, wenn das Endstück (22) in das Körperteil Mo) eingesetzt ist, wobei die elastischen Arme (3o, 32) mit

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ihren erweiterten äußeren Enden (3oa, 32a) eine Verriegelung mit der Schulter (16) bilden, wenn das Endstuck (22) in das Körperteil (1o) so eingeführt ist, daß der Flansch (26) in Kontakt mit der Stirnseite des Körperteils (1o) steht.
5. Thermoelement, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zylindrisches Gehäuseteil (1o) mit einer durchgehenden Öffnung, die an einem Ende (12) größer als am anderen Ende (14) ist, so daß in der öffnung eine Umfangsschulter (16) gebildet wird, durch ein Paar von diametral gegenüberliegenden Längsnuten (18, 2o) in den inneren Seitenwänden des Gehäuses Mo) an dem Ende des Gehäuses (1o) mit der kleineren Abmessung, wobei die Nuten (16, 2o) sich von der Stirnseite des Gehäuses (1o) bis zur Schulter (16) erstrecken, und durch ein Endstück (22) aus geformtem elastischen Kunststoff mit einem Steckerabschnitt (24), einem Umfangsflansch (26), einem Paar von sich axial erstreckenden Armen (3o, 32) mit erweiterten äußeren Endabschnitten (3oa, 32a), wobei die sich axial erstreckenden Arme (3o, 32) so bemessen sind, daß sie in die Längsnuten (18, 2o) ragen, die erweiterten Abschnitte (3oa, 32a) eine Verriegelungskraft mit der Schulter (16) bilden, der Flansch (26) an der Stirnseite des Gehäuseteils (1o) festgelegt ist und der Steckerabschnitt (24) und der Umfangsflansch (26) die Stirnseite der öffnung verschließen.

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