DE3330491A1 - THERMOCOUPLE - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Thermoelement, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a thermocouple according to the Preamble of claim 1.
Bei den üblichen Thermoelementen dieser Art sind die Drähte an der Meßstelle in der Regel miteinander verschweißt oder verlötet und dort mittels eines keramischen Röhrchens elektrisch isoliert. Vielfach ist die Meßstelle auch zur elektrischen Isolierung innerhalb einer metallenen Hülse, z. B. einer Messinghülse in Keramik-Kitt eingebettet, welcher denRaum zwischen der inneren Mantelfläche der Hülse und dem Thermopaar ausfüllt. Eine solche Anordnung . genügt trotz Kornpensationsschaltungen zur Ausschaltung von Fehlerquellen nicht in allen Fällen den hinsichtlich der Meßgenauigkeit gestellten Anforderungen, insbesondere wenn es sich darum handelt, hochgezüchtete elektronische Steuerungen von Arbeitsmaschinen, zum Beispiel von Kunststoff-Spritzgießmaschinen mit Meßdaten zu versorgen.With the usual thermocouples of this type, the wires are on the Measuring point usually welded or soldered together and there electrically insulated by means of a ceramic tube. In many cases, the measuring point is also used for electrical insulation within a metal one Sleeve, e.g. B. a brass sleeve embedded in ceramic putty, which the space between the inner surface of the sleeve and the thermocouple fills. Such an arrangement. sufficient despite compensation switching to eliminate sources of error not in all cases meet the requirements with regard to measuring accuracy, especially when it comes to sophisticated electronic controls for work machines, for example plastic injection molding machines to be supplied with measurement data.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermoelement der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß es hinsichtlich Meßgenauigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit allen in der Praxis vorkommenden Anforderungen genügen, ohne daß es hierzu eines nennenswerten technischen Mehraufwandes bedarf.The invention is based on the object of a thermocouple of the initially mentioned genus in such a way that it is all in practice with regard to measuring accuracy and reaction speed Occurring requirements are sufficient without the need for significant additional technical effort.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the features in the characterizing part of the claim 1 mentioned features solved.
Zur weiteren Steigerung der Meßgenauigkeit können störende elektrische Potentiale von der Meßstelle ohne nennenswerte Beeinträchtigung der Wärmeleitung zwischen Objekt und Meßstelle dadurch femgehalten werden, daß zwischen der Stirnfläche der Wärmeleitscheibe und dem topfförmigen Wärmeleitgehäuse eine elektrisch isolierendeTo further increase the measurement accuracy, disruptive electrical Potentials are kept away from the measuring point without significant impairment of the heat conduction between the object and the measuring point, that between the end face of the heat conducting disk and the cup-shaped Heat conduction housing an electrically insulating
Scheibe, vorzugsweise eine Glimmerscheibe hoher thermischer Durchlässigkeit einfügbar ist. Durch eine solche am Bedarf orientierte Wahlmöglichkeit können die Kosten der Serienfertigung gesenkt werden, indem die Glimmerscheibe nur bedarfsweise, also nur für KundenDisc, preferably a mica disc of high thermal permeability is insertable. Such a demand-oriented option can lower the costs of series production, by placing the mica disc only when required, i.e. only for customers
eingefügt wird, bei welchen höchste Ansprüche an die Meßgenauigkeit gefordert sind.is inserted, with which the highest demands on the measurement accuracy are required.
Ein sehr hoher Grad der Rationalisierung der Serienfertigung ergibt sich dadurch, daß die aus Wärmeleitscheibe mit Zentrierhals, dem Mischmetalikörper und den Drähten bestehende bauliche Einheit in das aus einem hitzebeständigen, hochpolymeren Werkstoff im Spritzguß gefertigte Fonnstück eingebettet (eingespritzt) ist.A very high degree of rationalization of series production results in that the heat conducting disk with centering neck, the mixed metal body and the wires in the structural unit made of a heat-resistant, high-polymer material by injection molding Fonnstück is embedded (injected).
Dadurch liegt die Voraussetzung für ein einfaches Fertigungsverfahren vor, bei welchem die den Mischmetalikörper einschließende Wärmeleitscheibe in das Formstück eingespritzt und letzteres durch eine kalte EinbÖrdeiung des Wärmeleitgehäuses hintergriffen wird.This is the prerequisite for a simple manufacturing process before, in which the heat-conducting disk enclosing the mixed metal body is injected into the molded piece and the latter by a cold one EinÖrdeiung of the heat conduction housing is accessed from behind.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung an Ausfuhrungsbeispielen erläutert.The invention is illustrated below with the aid of exemplary embodiments explained.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 das in den Plastifizierzylinder einer Kunststoff-Figure 1 that in the plasticizing cylinder of a plastic
Spritzgießmaschine eingefügte Thermoelement, teilweise aufgeschnitten,Injection molding machine inserted thermocouple, partially cut open,
Figur 2 einen Ausschnitt aus dem längsgeschnittenen Thermo-Figure 2 shows a section of the longitudinally cut thermal
element in vergrößerter Darstellung,element in an enlarged view,
Figur 3 die noch nicht verformte Schutzhülse des ThermoeleFIG. 3 the not yet deformed protective sleeve of the thermocouple
mentes,mentes,
Figuren 4; 5; 6 die das Formstück bildende Keramikhülse; die Wärmeleitscheibe und die Glimmerscheibe des Thermoelementes sowieFigures 4; 5; 6 the ceramic sleeve forming the shaped piece; the heat conducting disk and the mica disk of the thermocouple as well
Figur 7 das noch nicht verformte Wärmeleitgehäuse des TherFigure 7 the not yet deformed heat conducting housing of the Ther
moelementes .moelementes.
Im zeichnerisch dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist das Thermopaar des Thermoelementes durch zwei in einer Schutzhülse 15 zugentlastend aufgenommene Drähte 13a1, 13b1 aus Eisen und Konstanten gebildet. DieseIn the exemplary embodiment shown in the drawing, the thermocouple of the thermocouple is formed by two wires 13a 1 , 13b 1 made of iron and constants and held in a protective sleeve 15 with strain relief. These
COPY.COPY.
. V1.. V 1 .
Drähte sind 'an einem Ende (Meßstelle) miteinander verschmolzen und im . Bereich der Meßstelle von einem durch eine Keramikhülse gebildeten Formstück 16 umschlossen. Als Vergleichsstelle ist das Spannungsmeß- : Instrument am anderen Ende der Drähte 13a1, 13b' angeschlossen. An der Meßstelle ist ein durch Verschmelzen der Drähte 13a1, 13b1 unter Vermischung der Metalle gebildeter Mischmetallkörper 13m formschlüssig in einer metallenen Wärmeleitscheibe 17 eingebettet, die aus Aluminium oder aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung spanabhebend gefertigt ist. Das Verschmelzen der Drähte wird in einer Edelgasatmosphäre mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens, also unter Ausschluß von Sauerstoff vollzogen. Dadurch wird zuverlässig jegliche Verzunderung vermieden. Es ergibt sich ein Mischmetallkörper hohen Mischungsgrades, der etwa die Gestalt eines Ellipsoides aufweist.Wires are fused together at one end (measuring point) and in. The area of the measuring point is enclosed by a molded piece 16 formed by a ceramic sleeve. The voltage measuring instrument is connected as a reference point to the other end of the wires 13a 1 , 13b '. At the measuring point, a mischmetal body 13m formed by fusing the wires 13a 1 , 13b 1 with mixing of the metals is positively embedded in a metal heat-conducting disk 17 which is machined from aluminum or a beryllium-copper alloy. The wires are fused in a noble gas atmosphere with the aid of an electric arc, i.e. with the exclusion of oxygen. This reliably prevents any scaling. The result is a mixed metal body with a high degree of mixing, which has approximately the shape of an ellipsoid.
Die Wärmeleitscheibe 17 ist an der Keramikhülse 16 axial abgestützt und überragt diese stimseitig. Mit ihrer Stirnfläche kontaktiert die. Wärmeleitscheibe 17*ein Wärmeleitgehäuse 18, durch welches die Wärmeleitscheibe 17 und die Keramikhülse 16 axial zusammengehalten sind. Die radialsymmetrische Wärmeleitscheibe 17 ist in einem Abschnitt größerer lichter Weite a-a angeordnet und an einer inneren Ringschulter 16a der Keramikhülse zentriert. Die.senkrecht zur Symmetrieachse des Thermoelementes stehende Ringschulter 16a schließt einen Ringraum 22a rückseitig ab, der außen von der inneren Mantelfläche der Keramikhülse 16 und innen vom Umfang der Wärmeleitscheibe 17 begrenzt ist. • Der Mischmetallkörper 13m ist annäherungsweise als Ellipsoid gestaltet. Der Mischmetallkörper 13m ist in einer konzentrischen, kegelförmigen Ausnehmung der Wärmeleitscheibe 17 unter Bildung zweier ringförmigen Berührungsflächen y, ζ eingepreßt. Er ist in der Ausnehmung 21 durch Einschnürung 17a1 eines rückseitigen, hohlen Zentrierhalses 17a der Wärmeleitscheibe 17 gefangen. Eine weitere Einschnürung 17a" des Zentrierhalses 17a faßt die ummantelten Drähte 13a, 13b zwecks Zugentlastung. Außerdem istϊder Schutzmantel 13 des-Thermopaares von einer Einschnürung 15b' der Schutzhülfe 15 zugentlastend umfaßt. Alle Einschnürungen 17a1, 17a" und 15b1 sind durch Kaltverformung der Zentrier-The heat-conducting disk 17 is axially supported on the ceramic sleeve 16 and projects beyond this on the front side. The face makes contact with the. Heat-conducting disk 17 * a heat-conducting housing 18, through which the heat-conducting disk 17 and the ceramic sleeve 16 are axially held together. The radially symmetrical heat-conducting disk 17 is arranged in a section of larger clear width aa and is centered on an inner annular shoulder 16a of the ceramic sleeve. The annular shoulder 16a, which is perpendicular to the axis of symmetry of the thermocouple, closes off an annular space 22a on the rear side, which is delimited on the outside by the inner jacket surface of the ceramic sleeve 16 and on the inside by the circumference of the heat-conducting disk 17. • The mixed metal body 13m is designed approximately as an ellipsoid. The mixed metal body 13m is pressed into a concentric, conical recess of the heat conducting disk 17, forming two annular contact surfaces y, ζ. It is caught in the recess 21 by a constriction 17a 1 of a rear, hollow centering neck 17a of the heat-conducting disk 17. Another constriction 17a "of the centering neck 17a holds the sheathed wires 13a, 13b for the purpose of strain relief. In addition, the protective jacket 13 of the thermocouple is surrounded by a constriction 15b 'of the protective sleeve 15 to relieve strain. All constrictions 17a 1 , 17a" and 15b 1 are formed by cold deformation of the Centering
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* thermisch ' . · _ "~* thermal '. · _ "~
hülse 17a bzw. der Schutzhülse 15 herbeigeführt. Deshalb ist der rückwärtige Abschnitt 15b der Schutzhülse 15 verhältnismäßig dünnwandig ausgeführt.sleeve 17a or the protective sleeve 15 brought about. That's why the one behind is Section 15b of the protective sleeve 15 is made relatively thin-walled.
DerDurchmesser der Wärmeleitscheibe 17 ist zweckmäßigerweise mindestens dreimal so groß wie der maximale Durchmesser des Mischmetallkörpers 13m, jedoch kleiner als die maximale lichte Weite a-a der Keramikhülse 16. . Dadurch ist eine intensive Wärmeleitung zwischen dem zu messenden Objekt, also zum Beispiel dem Plastifizierzylinder und der Meßstelle sichergestellt.The diameter of the heat conducting disk 17 is expediently at least three times as large as the maximum diameter of the mischmetal body 13m, but smaller than the maximum clear width a-a of the ceramic sleeve 16.. This creates intensive heat conduction between the object to be measured, So, for example, the plasticizing cylinder and the measuring point ensured.
Zwischen der Stirnfläche der Wärmeleitscheibe 17 und dem topfförmigen Wärmeleitgehäuse 18 ist bedarfsweise eine elektrisch isolierende Scheibe 20, vorzugsweise eine Glimmerscheibe hoher thermischer Durchlässigkeit einfügbar, welche die plane Stirnfläche der Wärmeleitscheibe 17 allseitig radial überragt. Bei Einfügung" der Glimmerscheibe können für höchste Ansprüche an Meßgenauigkeit elektrische Störpotentiale aus dem zu messenden Objekt von der Meßstelle abgeschirmt werden.Between the end face of the heat conducting disk 17 and the cup-shaped If necessary, the heat-conducting housing 18 is an electrically insulating pane 20, preferably a mica pane of high thermal permeability insertable, which protrudes radially beyond the flat end face of the heat conducting disk 17 on all sides. When inserting "the mica washer you can For the highest demands on measuring accuracy, electrical interference potentials from the object to be measured are shielded from the measuring point.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, liegt die plane Stirnfläche S des topfförmigen WärmeIeitgehäuses 18 unter der Last einer das Thermopaar umschließenden Spiralfeder 12 am Objekt 10 berührend an, welche Spiralfeder 12 einenends an dem Innenbördel 18a des Wärmeleitgehäuses 18· und anderenends am Stecker 14 widergelagert ist. Die Vorspannung der Spiralfeder 12, durch welche der Anlagedruck der Stirnfläche S bestimmt wird, ist mit Hilfe eines hohlen Gewindestückes 11 einstellbar, dessen Außengewinde 11a mit dem Objekt 10 und dessen Innengewinde mit der Spiralfeder 12 im Gewindeeingriff steht. Das in die Aufnahmebohrung 19 des Objektes mit Eingriffszapfen 11a eintauchende Gewindestück läuft rückseitig in einen Sechskant 11b aus.As can be seen from Figure 1, the flat end face S of the cup-shaped WärmeIeitgehäuses 18 under the load of a thermocouple enclosing Coil spring 12 touching the object 10, which coil spring 12 is at one end on the inner bead 18a of the heat conducting housing 18 and at the other end on the connector 14 is abutted. The preload of the spiral spring 12, by which the contact pressure of the end face S is determined, is adjustable with the help of a hollow threaded piece 11, its external thread 11a with the object 10 and its internal thread with the spiral spring 12 is in thread engagement. The threaded piece, which plunges into the receiving bore 19 of the object with engaging pin 11a, runs into a rear side Hexagon 11b.
Eine zeichnerisch nicht dargestellte Variante im Aufbau des Thermoelementes unterscheidet sich wie folgt von dem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel: · ' Das durch eine Keramikhülse 16 gebildete Formstück und die Schutzhülse 15 sind durch ein gemeinsames, im Spritzguß aus einem hitzebeständigen,A variant in the structure of the thermocouple, not shown in the drawing differs as follows from the exemplary embodiment shown in the drawing: The molded piece formed by a ceramic sleeve 16 and the protective sleeve 15 are made of a heat-resistant,
hochpolymeren Werkstoff gefertigtes Formstück gebildet, das im Abschnitt der Meßstelle den gleichen Außendurchmesser aufweist wie die Keramikhülse und im übrigen der äußeren Gestalt der Schutzhülse 15 entspricht.molded part made of high polymer material, which is in the section the measuring point has the same outer diameter as the ceramic sleeve and otherwise the outer shape of the protective sleeve 15 is equivalent to.
In dieses Formstück ist die aus der Wärmeleitscheibe 17 mit Zentrierhals 17a, aus dem Mischmetallkörper 13m und den Drähten 13a1, 13b1 gebildete Einheit eingebettet. Die Einbettung erfolgt im Fonmhohlraum einer Spritzgießform beim Spritgießverfahren. Somit ist das radialsymmetrische Formstück am rückwärtigen Erxfe der Meßstelle mit einer äußeren Ringschulter versehen, Welche dem Außenflansch 15a der Schutzhülse entspricht. Diese Ringschulter ist vom Innenbördel 18a des kalt verformten Wärmeleitgehäuses 18 hintergriffen. Der Endabschnitt des Schutzmantels 13 des Thermopaares ist in einem rückwärtigen, aus dem Wärmeleitgehäuse 18 herausragenden Abschnitt des Formstückes eingebettet. Bei dieser soeben beschriebenen Variante erübrigt sich demzufolge eine gesonderte Montage einer Schutzhülse 15 und einer Keramikhülse .16.The unit formed from the heat-conducting disk 17 with centering neck 17a, from the mixed metal body 13m and the wires 13a 1 , 13b 1 is embedded in this molded piece. The embedding takes place in the mold cavity of an injection mold during the injection molding process. Thus, the radially symmetrical shaped piece at the rear end of the measuring point is provided with an outer annular shoulder, which corresponds to the outer flange 15a of the protective sleeve. This annular shoulder is engaged from behind by the inner flange 18a of the cold-deformed heat-conducting housing 18. The end section of the protective jacket 13 of the thermocouple is embedded in a rear section of the molded piece protruding from the heat conducting housing 18. In this variant just described, there is therefore no need for a separate assembly of a protective sleeve 15 and a ceramic sleeve .16.
Das ebenfalls mögliche altemativsEinfügen der GlinnErscheibe und dieArbringung des Wärmeleitgehäuses 18 entsprechen dem Fertigungsverfahren beim zeichnerisch dargesteJJten. Ausfuhrungsbeispiel; denn die in das Formstück eingebettete Wärmeleitscheibe 17 überragt mit ihrer Stirnfläche das Formstück in gleicher Weise wie beim zeichnerisch, dargestellten Ausführungsbeispiel.The alternative, also possible, of inserting the glazing disc and applying it of the heat conducting housing 18 correspond to the manufacturing process in the drawing shown. Exemplary embodiment; because that in the fitting Embedded heat-conducting disk 17 protrudes with its end face over the shaped piece in the same way as in the case of the graphically illustrated Embodiment.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |