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Schutztoht für ein Tkermoeleent
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Die Erfindung betrifft ein Schutzrohr für ein Thermoelement, das zur
Messung hoher Temperaturen einer Gasatmosphäre oder eines geschmolzenen Metalls
verwendet wird.
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Die Verwendung von Bornitrid in einer Atmosphäre hoher Temperatur
ist bekannt und ein Schutzrohr aus Bornitrid ist im weiten Umfang verwendet worden,
um ein darin enthaltenes Thermoelement zu schützen, da Bornitrid extrem hohen Temperaturen
widersteht und ausgezeichnet widerstands fähig ist gegenüber einem thermischen Schock.
Daher sind Schutzrohre aus Bornitrid mit einem darin enthaltenen Thermoelement benutzt
worden, um hohe Temperaturen von Gasatmosphären, beispielsweise Helium oder Kohlenmonoxid,
ebenso wie von geschmolzenen Metallen, wie z.R Kupfer, Silber, Mganesium, Zink,
Aluminium oder Eisen zu messen. Ein Vorteil von Bornitrid liegt darin, daß es nicht
mit einem solchen geschmolzenen Metall reagiert. Jedoch hat das bekannte Schutzrohr
aus Bornitrid den Nachteil, daß Bornitrid mit Platin reagiert, was zu einer Zerstörung
des Platindrahtes führt, wenn ein gekapseltes Rohr aus Bornitrid als Schutzrohr
für
ein Platin/Platin-Rhodium-Thermoelement eingesetzt wird. Als
Folge hiervon wird die Lebensdauer des Platin/Platin-Rhodium-Thermoelements verkürzt,
wenn das Schutzrohr aus Bornitrid besteht. Es sind zwar Schutzrohre für Thermoelemente
bekannt, die aus Tonerde (Aluminiumoxid) mit einem Reinheitsgrad von nicht weniger
als 99,5 % oder auch aus einer Zusammensetzung bestehen, die im wesentlichen aus
Molybdän oder aus Zirkonerde (Zirkondioxid) bestehen, aber diese für Schutzrohre
bekannten Materialien sind nicht zufriedenstellend, weil sie nachteilig von einer
Temperaturänderung beeinflußt werden und dabei auch beschädigt oder zerbrochen werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Schutzrohr für ein Thermoelement
anzugeben, das in seiner Widerstandsfähigkeit gegen Hitze ausgezeichnet ist, das
einen thermischen Schock aushält und wiederholt verwendbar ist.
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Weiter ist-es Ziel der Erfindung, ein Schutzrohr für ein Thermoelement
anzugeben, das an Temperaturwechsel angepaßt ist und durch solche nicht beschädigt
oder zerbrochen wird.
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Schließlich ist es Ziel der Erfindung, ein Schutzrohr für ein.Thermoelement
anzugeben, das widerstandsfähig gegen ein Zersplittern ist und das korrosionsbeständig
ist.
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Diese Aufgabe wird mit einem im Oberbegriff des Patentanspruches 1
angegebenen Schutzrohr für ein Thermoelement gelöst, das erfindungsgemäß nach der
im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Weise ausgestaltet ist.
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Im folgenden wird nun die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben und näher eriäutert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Schutzrohr für ein Thermoelement
eine äußere Schale auf, die aus einem röhrenförmig geformten Körper aus Bornitrid
besteht und aus einem inneren Gehäuse, das aus einem röhrenförmig geformten Körper
aus Keramik besteht.
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Im folgenden wird nun die Erfindung anhand-des in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispiels beschrieben und näher erläutert.
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Die Figur zeigt einen Teilschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Schutzrohres für ein .Thermoelement gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In der Figur ist das Schutzrohr allgemein mit dem Bezugszeichen 10
bezeichnet; es weist ein-äußeres geformtes Rohr 1 aus.Bornitrid auf, ein inneres
geformtes Rohr oder Gehäuse 2 aus Keramik, das in Kontakt mit dem äußeren geformten
Rohr 1 montiert ist. Ein Platin/Platin-Rhodium-Thermoelement 3, das mit Aluminiumoxidröhren
4 (Tonröhren) versehen ist, ist lose in das innere.Gehäuse 2 eingesetzt, und an
dem Ende 5 des Rohres 1 ist das Thermoelement 3 mit einer Anschlußvorrichtung, wie
z.B.
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einer Bolzen-Mutter-Einheit, mit einer Ausgleichsleitung verbunden,
die fest an dem öffnungsende des Schutzrohres 10 montiert ist.
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Bei der vorliegenden Erfindung Wird- das"Formrdhr 1 aus Bornitrid,
das als äußere Schale eingesetzt wird, vorzugsweise hergestellt, indem Bornitridpulver
bei einer Temperatur oberhalb von 15000C unter Anwendung eines Druckes von 100 bis
500 kg/cm2 geformt wird, so daß ein geformter
Block aus heiß gepreßtem
Bornitrid-gebil.det wird, indem ein Stab mit den gewünschten Abmessungen und der
gewünschten Gestalt von dem geformten Block abgeschnitten wird! und indem dieser
Stab gebohrt wird, so daß er einen Zylinder bildet. Ein röhrenförmiger Körper oder
Zylinder mit einem Biegewiderstand von etwa 600 bis .1000 kg/cm2 kann mit den beschriebenen
Verfahrensschritten hergestellt werden. Der Zylinder kann aber auch mit anderen
Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann ein geformter Block hergestellt
werden, indem Bornitridpulver mit'einem anorganischen Bindemittel, wie z.B.
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Aluminiumphosphat oder kolloidalem Silica (Siliciumoxid), oder mit
einem organischen Binder, wie z.B. Polyvinylalkohol oder Carboxymethylcellulose
gemischt wird und anschließend das Formgeben unter Sintern unter atmosphärischem
Druck bei einer Temperatur oberhalb von .10000C, vorzugsweise oberhalb von 15000C,
ausgeführt wird. Eine zylindrische äußere Schale 1 kann durch Ausschneiden und Bohren
ähnlich den oben erwähnten Verfahrensstufen hergestellt werden. Obgleich eine mit
dem zuletzt erwähnten Prozeß hergestellte zylindrische äußere Schale einen Biegewiderstand
von 100 kg/cm2 besitzt, kann sie zufriedenstellend unter Bedingungen eingesetzt
werden, bei denen der geforderte Widerstand nicht so hoch ist.
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In einem anderen Fall kann ein zylindrischer Körper, der die äußere
Schale bildet, dadurch hergestellt werden, daß durch eine Gasphasenreaktion von
Bortrichlorid und Ammonium auf der Peripherie eines Graphitkerns eine Schicht aus
Bornitrid abgeschieden wird und der Kern entfernt wird.
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Ohne Rücksicht darauE, ob die äußere Schale 1 nach einer der vorher
erwähnten Verfahren hergestellt ist, ist es wünschenswert, daß das die äußere Schale
bildende Bornitrid eine Dichte von 1,7 bis 2,2 gjcm3 besitzt, vorzugsweise
1,75
bis 1,85 g/cm3. Ganz allgemein sollten diejenigen Materialien, die für Schutzrohre
für Thermoelemente eingesetzt werden, solche physikalische. Eigenschaften .
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haben, daß sie sowohl widerstandsfähig gegen ein Zerbröckeln oder
Zersplittern sind und auch korrosionsbeständig sind. Jedoch sind diese Eigenschaften
zueinander entgegengesetzt. Das bedeutet, wenn die-Widerstands-fähigkeit gegen ein
Zersplittern oder Zerbröckeln ausgezeichnet ist, so ist die Korrosionsbeständigkeit
schlecht und-umgekehrt. Es hat sich herausgestellt, daß diese zueinander entgegengesetzten
Eigenschaften eng mit der Dichte des verwendeten Bornitrids zusammenhängen und daß
diese beiden Eigenschaften gegeneinander abgewogen werden können, indem die Dichte
des Bornitrids in dem oben definierten Bereich gehalten wird.
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Ein röhrenförmiger oder zylindrisch geformter Körper 2 aus Keramik,
der als innere-Hülse verwendet wird, kann aus einem kommerziell erhältlichen Material
gefertigt sein. Zu den bevorzugten Materialien für die innere Hülse gehören Aluminiumoxid
(Tonerde), Berylliumoxid (Beryllerde), Siliciumnitrid, Zirkonoxid (Zirkonerde),
Siliciumoxid (Kieselerde), Thoriumoxid .(Thorerde), Yttriumoxid und deren Mischungen,
das am meisten bevorzugte Material m-it den besten Eigenschaften ist Aluminiumoxid.
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Die innere Hülse kann hergestellt werden, indem Pulver von einem oder
mehreren dieser Materialien wahlweise mit einem Binder, z.B. mit niedrig schmelzendem
Magnesiumoxid (Magnesia), Yttriumoxid oder Aluminiumoxid gemischt werden und indem
ein Oxid, und indem ein Sintern oder Heißpressen unter einem Druck von 50 bis 500
kg/cm2 bei einer Temperatur von mehr als 10000C, vorzugsweise von mehr als 15000C
durchgeführt wird.
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Das Schutzrohr gemäß der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet
durch eine zweilagige Struktur der Rohr -wand, wobei die äußere Schicht aus Bornitrid
besteht und die innere Schicht aus Keramik. Es ist vorzuziehen-, daß die Schichten
eng miteinander im Kontakt stehen, damit die Temperatur präziser gemessen werden
kann.
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Wenn ein Schutzrohr gemäß der vorliegenden Erfindung zum Schutz eines
Platin/Platin-Rhodium-Thermoelements verwendet wird, so besteht nicht die Gefahr,
daß der Platin/Platin-Rhodium-Draht unterbrochen wird, wie dies auftritt, wenn ein
konventionelles Schutzrohr, das nur aus Bornitrid gefertigt ist, verwendet wird.
Ein Platin/ Platin-Rhodium-Thermoelement, das mit einem Schutzrohr gemäß dieser
Erfindung vereinigt ist, kann wiederholt und öfter als 200 Mal verwendet werden,
um Temperaturen geschmolzener Metalle oder Temperaturen in Glühöfen zu messen. Obwohl
voranstehend die Kombination des Schutzrohres mit einem Platin/Platin-Rhodium-Thermoelement
-beschrieben worden ist, können auch andere Typen von Thermoelementen in dem Schutzrohr
nach dieser Erfindung enthalten sein. Das.Schutzrohr nach der vorliegenden Erfindung
kann in Kombination mit -irgendeinem der bekannten Thermoelemente einsc-hließlich
Thermoelementen aus Chromel-Alumel, - Eisen-Constantan und Kupfer-Constantan verwendet
werden.
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Obgleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf ein besonderes
Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, können zahlreiche Änderungen, Modifikationen
und Abwandlungen ausgeführt werden, ohne daß man von dem Gedanken der Erfindung
abweicht. Derartige Änderungen, Modifikationen und Abwandlungen sind in dem Gegenstand
der vorliegenden Erfindung mit enthalten.
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