DE3513441A1 - Temperaturmessfuehler - Google Patents
TemperaturmessfuehlerInfo
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Description
Temperatürme ß fühler
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Temperaturmeßfühler zur Messung von hohen Temperaturen, insbesondere zur Verwendung
in einer Druckgasatmosphäre hoher Temperatur von etwa 2000 0C, zum Beispiel in unter Druck arbeitenden Sinterofen
oder isostatischen Heißpreßvorrichtungen, nachstehend auch kurz als HIP-Vorrichtung bezeichnet. Insbesondere betrifft
die Erfindung einen Thermoelement-Temperaturmeßfühler mit verbesserter Konstruktion zur Halterung der Thermoelementdrähte
.
In jüngster Zeit sind große Investitionen bei der Untersuchung und Entwicklung von oxidfreien Keramiken, wie zum
Beispiel Siliziumnitrid (Si3N4) und Siliziumcarbid (SiC)
gemacht worden, die als Materialien hoher Festigkeit angesehen werden und die zur Anwendung bei sehr effizienten
Gasturbinen und Dieselmotoren ausgelegt sind. Bei den Herstellungsverfahren für beispielsweise Si3N4 hat man in
Betracht gezogen, einen unter Druck stehenden Sinterofen, der eine ^-Atmosphäre von 1800 0C bis 2100 0C und einen
Druck von 10 bis 100 kgf/cm2 aushält, oder eine HIP-Vorrichtung zu verwenden, die eine N2-Atmosphäre von 1700 0C
bis 1800 0C unter einem Druck von 1000 bis 2000 kgf/cm2
aushält.
Hinsichtlich der Mittel zur Temperaturmessung in derartigen unter Druck stehenden Sinterofen und HIP-Vorrichtungen
ist es wünschenswert, einen optischen Temperaturmeßfühler
zu verwenden, und zwar im Hinblick auf den Betrieb in einem hohen Temperaturbereich, der in einigen Fällen 1700 0C überschreitet.
Im Falle eines optischen Temperaturmeßfühlers ist es jedoch erforderlich, das Strahlungslicht aus einem
Ofen direkt zu einem Sensorbereich des Meßfühlers zu leiten. Beispielsweise müssen bei einer HIP-Vorrichtung gemäß
Fig. 7 öffnungen 28 und 29 durch einen Druckbehälter 20 mit
1 oberem und unterem Deckel 21 bzw. 22 und durch eine Hitze-Abschirmwand
24 ausgebildet werden, die sich zwischen der Innenwandfläche des Druckbehälters 20 und einer Behandlungskammer 23 befindet, welche ein Tragteil 25 und eine Heizung
26 aufweist.
Das Anbringen einer derartigen öffnung 28 beeinträchtigt jedoch die Festigkeit des Druckbehälters 20, während die
öffnung 29 eine Zirkulation des Druckgasmediums durch sie hindurch einleitet, so daß die Innenwandflächen des Behälters
einer hohen Temperatur ausgesetzt und große Hitzeverluste hervorgerufen werden. Die Anwendung eines optischen
Temperaturmeßfühlers ist somit sehr schwierig und läßt sich derzeit in unter Druck arbeitenden Sinteröfen von
bis zu etwa 10 kgf/cm2 G finden.
Als Temperaturmeßfühler für unter Druck stehende Sinterofen
und HIP-Vorrichtungen, die bei höheren Druckwerten als 10 kgf/cm2 G arbeiten, gibt es auf dem Markt keine geeigneten
Temperaturmeßfühler mit Ausnahme von Thermoelementen auf W-Re-Basis, zum Beispiel ein W-Re 5/26 Thermoelement,
das von der Firma Hoskins in den USA mit einem Drahtdurchmesser von 0,5 mm hergestellt wird. Dementsprechend hat man
im Falle einer isostatischen Heißpreßvorrichtung oder HIP-Vorrichtung Versuche unternommen, in die Hitze- Abschirmwand
des Druckbehälters ein handelsübliches Thermoelement einzubauen, das in ein Isolierrohr eingesetzt und an dessen oberem
Ende gehalten wird, wobei das Thermoelement und das Isolierrohr von einem Schutzgehäuse aufgenommen werden, das
an seinem Vorderende geschlossen ist.
Das herkömmliche Verfahren, bei dem das Isolierrohr und das Thermoelement in großen Hochtemperaturbereichen miteinander
in Kontakt stehen, wirft jedoch insofern ein Problem auf, als es in der Praxis schwierig ist, aufgrund der nachlassenden
elektrischen Isolierung des Rohres Nebenschlußfehler zu vermeiden.
Außerdem haben die erwähnten, kommerziell erhältlichen Thermoelemente
normalerweise einen kleinen Drahtdurchmesser von ungefähr 0,5 mm, so daß bei der Anwendung in einer HIP-Vorrichtung
mit einem Durchmesser von 200 mm und einer Länge von 500 mm und einem Temperaturbereich von bis zu 2000 0C
es sehr wahrscheinlich ist, daß ein Bruch der feinen Thermoelementdrähte auftritt, und zwar wegen der Vergröberung
von Kristallkörnern. Infolgedessen tritt häufig der Fall auf, daß ein Thermoelement eine sehr kurze Betriebslebensdauer
besitzt, die nur etwa einen Betriebsablauf andauert. Dies verhindert natürlich eine Industrialisierung oder industrielle
Anwendung von HIP-Vorrichtungen in der 2000 0C-Klasse.
Unter Berücksichtigung der oben geschilderten Situation liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Temperaturmeßfühler
anzugeben, mit dem sich die Genauigkeit der Temperaturmessung durch ein Thermoelement verbessern und zugleich
die Betriebslebensdauer von W-Re-Thermoelementen verlängern läßt, so daß sich die Effizienz der Temperaturmeßeinrichtung
für öfen steigern läßt, die unter hohen Temperaturen und Hochdruckbedingungen arbeiten, wobei die Probleme
ausgeräumt werden, die ihre Anwendung auf industrielle Prozesse verhindern.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das genannte Ziel dadurch
erreicht, daß ein Temperaturmeßfühler vorgesehen wird, der zur Verwendung in einem Hochtemperatur- und Hochdruckofen
geeignet ist, wobei der Temperaturmeßfühler Thermoelementdrähte
aufweist, die in einem rohrförmigen Schutzgehäuse zum Schutz gegen die Ofenatmosphäre aufgenommen
sind, wobei die Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, daß der Temperaturmeßfühler folgende Bauteile aufweist: Ein
Paar von Stangen oder Stäben mit großem Durchmesser, die als Thermoelementpaar für die positive und negative Seite
dienen; ein Schutzgehäuse mit einem Stangen- oder Stabaufhängung shalter in seinem oberen Bereich, um die Stangen
oder Stäbe darin in vertikal aufgehängtem Zustand zu halten,
wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Stangen oder Stäbe außer Kontakt miteinander gehalten werden, mit Ausnahme
eines Temperaturmeßpunktes, und daß die Stangen oder Stäbe mit dem Schutzgehäuse nur in einem anderen Bereich
als dem Hochtemperaturbereich des Ofens in Kontakt stehen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Temperaturmeßfühler
zur Verwendung in einem Hochtemperatur- und Hochdruckofen angegeben, der Thermoelementdrähte aufweist,
die in einem rohrförmigen Schutzgehäuse zum Schutz gegen die Ofenatmosphäre aufgenommen sind, und ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Temperaturmeßfühler folgende Elemente aufweist:
Ein Isolierrohr mit einem Stabaufhängungshalter in seinem oberen Bereich, um darin die Stäbe in vertikal aufgehängtem
Zustand zu haltern, wobei das Isolierrohr mit
Stabaufnahmelöchern versehen ist, die einen größeren Durchmesser als die Stäbe zumindest in einem Hochtemperaturbereich
des Ofens aufweisen, um einen Abstand zwischen den Thermoelementstäben und den Stabaufnahmelöchern zu bilden
und die Stäbe konzentrisch in den Stabaufnahmelöchern, im wesentlichen in kontaktfreiem Zustand, aufzuhängen.
Das oben erwähnte Thermoelement besteht im wesentlichen aus W- und/oder W-Re-Grundmaterial, und die Stäbe, welche ihre
Hauptkomponenten bilden, haben größere Durchmesser und Festigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Gegenstücken, die
normalerweise einen Durchmesser von 0,5 mm haben, genauer gesagt haben die Stäbe auf den positiven und negativen Seiten
einen Durchmesser von mehr als 3 mm.
Diese Stäbe sind mit Schraubenbereichen an ihren gegenüberliegenden
Enden ausgestattet, welche entweder in Gewindeeingriff mit einem Stabbefestigungssockel stehen oder durch
Schrumpfsitz oder mit anderen mechanischen Mitteln verbunden oder zusammengeschweißt sind, um ein Thermoelementpaar
zu bilden.
Obwohl der Stab- oder Stangenbefestigungssockel aus einem
/Ο
der Materialien bestehen kann, welches die Stange bzw. den Stab der positiven oder negativen Seite bildet, wird im
Hinblick auf die Bearbeitung und Festigkeit bevorzugt, wenn dieses Teil aus dem Material der negativen Seite besteht,
das eine höhere Duktilität besitzt. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, das Thermoelement zusammenzubauen,
indem man ein anderes Material als das des positiven oder negativen Stabes zu verwenden, oder indem man ein
Material verwendet, das zwischen dem positiven und dem negativen Stab in der Zusammensetzung liegt.
Es ist auch bevorzugt, Befestigungsmuttern zu verwenden, welche den Gewindeeingriff der Stäbe mit dem Befestigungssockel stärken. In einem solchen Falle bestehen die Muttern
auf der positiven und der negativen Seite zweckmäßigerweise
aus den Materialien der positiven bzw. negativen Stäbe, um eine Lockerung aufgrund einer Differenz des thermischen Ausdehnungskoeffizienten
zu verhindern, und um in stabiler Weise eine thermoelektromotorische Kraft zu erzeugen.
Das Thermoelement mit dem oben beschriebenen Aufbau gemäß der Erfindung hat Stäbe mit großem Durchmesser, die kaum
einem Bruch unterliegen, der durch eine Vergröberung der Kristallkörner hervorgerufen wird, aber sie sind weniger
flexibel im Vergleich mit herkömmlichen Thermoelementdrähten.
Wenn somit die Stäbe, die an ihren einen Enden verbunden sind, mit Isolierteilen an ihren anderen Enden oder an
geeigneten Zwischenbereichen der Stäbe fixiert werden, kann eine ähnliche Deformation wie bei einem Bimetall auftreten,
und zwar wegen der Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten
zwischen den beiden Stäben, welche die Stäbe im ungünstigen Falle durch thermische Beanspruchung beschädigen.
Beispielsweise hat eine W 5 % Re-Legierung einen
—5 thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 5x10 /0C,
und eine W 26 % Re-Legierung hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 8 χ 10 /0C, so daß in einem
Falle mit 1 m langen Stäben die Differenz der Längung, die aus ihrer thermischen Ausdehnung resultiert, zu einem Wert
von etwa 6 mm bei 2000 0C führt. Um dieses Problem auszuschließen,
das aus der Differenz der thermischen Ausdehnung zwischen den beiden Stäben auftritt, ist es wünschenswert,
die entfernt liegenden Enden der Stäbe in freiem Zustand zu lassen, um die Stabverlängerungen durch thermische Ausdehnung
aufzufangen.
Für diesen Zweck wird in einem Falle, wo das Isolierrohr weggelassen wird, das Thermoelement in dem Schutzgehäuse
von einem Stabhalter getragen, der in einem oberen Bereich des Schutzgehäuses vorgesehen ist, wobei der Halter das
Thermoelement vertikal in dem Schutzgehäuse aufhängt, ohne die Stäbe zumindest in einem Hochtemperaturbereich zu
berühren, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die beiden Stäbe in jedem Bereich, ausgenommen der Temperaturmeßpunkt,
außer Kontakt miteinander gehalten sind.
In einem Falle, wo ein Isolierrohr verwendet wird, wird das Thermoelement mit dem oben beschriebenen Aufbau in ein
Isolierrohr mit einer Reihe von Aufnahmelöchern eingesetzt, um die positiven bzw. negativen Stäbe aufzunehmen, und zwar
in der Weise, daß die Stäbe von dem oberen Ende des Isolierrohres vertikal aufgehängt sind. Obwohl das Isolierrohr aus
einem einzigen länglichen Rohrkörper bestehen kann, wird bevorzugt, eine Vielzahl von kurzen Rohren zu verwenden,
um die Rohrlänge einstellen zu können, wobei die kurzen Rohre nacheinander in geeigneter Länge aufeinander gestapelt
werden.
Im letztgenannten Falle ist es erforderlich, die kurzen
Rohrabschnitte in konzentrischer Anordnung zueinander zu stapeln, und zu diesem Zweck ist das Isolierrohr vorzugsweise
mit einer Reihe von Durchgangslöchern zusätzlich zu den oben erwähnten Stabaufnahmelöchern versehen, wobei Ausrichtungsstangen
in die Durchgangslöcher über ihre gesamte axiale Länge eingesetzt werden, um sie in konzentrischer
Anordnung über die gesamte Länge in Axialrichtung auszufluchten. Im Hinblick auf ihre Lebensdauer bei 2000 0C
besteht die Zentrierstange vorzugsweise aus W und/oder W-Re-Material,
ähnlich wie die Stäbe des Thermoelementes.
Außerdem können die Durchgangslöcher, zusätzlich zur konzentrischen
Ausfluchtung der Stabaufnahmelöcher/ auch zum Prüfen von Eigenschaften der elektromotorischen Kraft des
Thermoelementes verwendet werden, indem man darin den Draht eines handelsüblichen Thermoelementes mit bewährten Eigenschaften
einsetzt, beispielsweise ein Thermoelement/ das von der Firma Hoskins in USA hergestellt wird.
Das Material des Schutzgehäuses, welches das Thermoelement aufnimmt/ ist vorzugsweise BN, und zwar unter dem Gesichtspunkt
der Haltbarkeit bei 2000 0C, der Bearbeitbarkeit und der Kosten. Weiterhin wird ein metallisches Material auf
Mo- oder W-Basis mit hohem Schmelzpunkt bevorzugt, und zwar unter dem Gesichtspunkt der Sicherung einer Atmosphäre für
die Thermoelementdrähte/ nämlich um Verschlechterungen oder Beeinträchtigungen des Thermoelementes zu verhindern/ die
sonst aus der Reaktion eines Thermoelementes mit den Verunreinigungen resultieren, die aus der Wand des Schutzgehäuses
in der Ofengas entweichen, oder aus der Reaktion eines Thermoelementes mit dem Verunreinigungsgehalt/ der aus dem
Schutzgehäuse bei hohen Temperaturen verdampft, oder um Abschirmungseffekte
gegen elektrisches Rauschen zu liefern. Wenn beispielsweise ein metallisches Material mit hohem
Schmelzpunkt verwendet wird, ist es möglich, seine Verwendung nur auf einen Hochtemperaturbereich bei einem Wert von
etwa 2000 0C zu beschränken; bei Verwendung eines metallisehen
Materials mit niedrigem Schmelzpunkt, wie zum Beispiel Inconel und rostfreiem Stahl, liegt der Temperaturbereich
unter 1000 0C.
In einem Falle, wo das Isolierrohr verwendet wird, besteht dies vorzugsweise aus BN, und zwar unter dem Gesichtspunkt
seiner Haltbarkeit bei einem Wert von 2000 0C, der Bearbeitbarkeit
und der Kosten, wie es oben bereits erwähnt wurde. Es ist jedoch auch möglich, Al3O3 in einem Bereich unterhalb
3513U1
der Thermoelementeinheit zu verwenden, das heißt in einem
Bereich, wo die Temperatur unter 1800 0C liegt.
Um andererseits geeignete Eigenschaften beim Thermoelement sicherzustellen, ist es erforderlich, dieses in aufgehängtem
Zustand zu halten, ohne daß es möglich ist, daß der positive und der negative Stab miteinander in Berührung
kommen, mit Ausnahme des Temperaturmeßpunktes, wie vorstehend
erwähnt. Da die Stäbe einen größeren Durchmesser als 3 mm sowie ausreichende Festigkeit besitzen, kann dieses
Erfordernis leicht erfüllt werden, indem man die vertikale Anordnung in den Aufhängungshaltern kontrolliert. In gleicher
Weise kann der Kontakt der Stäbe mit dem Schutzgehäuse oder dem Isolierrohr, mit Ausnahme des Aufhängungshalters,
leicht vermieden werden.
Bei einer Konstruktion ohne Isolierrohr wird bevorzugt, eine stabilere Konstruktion einschließlich eines Abstandshalters
zu verwenden, um einen Abstand zwischen den Stäben in einer Position unterhalb des Aufhängungshalters beizubehalten,
obwohl die positiven und negativen Stäbe leicht außer Kontakt miteinander und mit dem Schutzgehäuse gehalten
werden, indem man ihre vertikale Anordnung in dem Aufhängungshalter aufrechterhält. Genauer gesagt, der Abstandshalter
ist in einem Niedrigtemperaturbereich unterhalb des oberen Endes eines Werkstücktragblockes vorgesehen, der als
Wärmeisolator an der Unterseite der Behandlungskammer der HIP-Vorrichtung dient, so daß die stabilen Thermoelementstäbe
außer Kontakt mit anderen Komponenten in Hochtemperaturbereichen der Behandlungskammer gehalten werden, mit Ausnahme
des Stabaufhängungshalters, um Nebenschlußfehler auszuschließen, die durch nachlassende elektrische Isolierung
des Abstandshalters bei hohen Temperaturen hervorgerufen werden. Das gleiche gilt für die Konstruktion, bei der das
Isolierrohr oder -rohre eingebaut werden, wobei der gleiche Effekt erhalten werden kann, indem man die Stabaufnahmelöcher
von mindestens einem Isolierrohr mit gleichem Durchmesser
wie den Thermoelementstab ausbildet.
Somit wird in einem Falle, wo das Isolierrohr nicht verwendet wird, der Temperaturmeßfühler von einer Schutzgehäuseeinheit,
in der die Stäbe des Thermoelementes in vertikal aufgehängtem Zustand angeordnet sind, und einer oberen Einhext
gebildet, die an einem Ende geschlossen und an der Oberseite der Gehäuseeinheit montiert ist, um die Atmosphäre
zu schützen, und der gesamte Körper des Detektors oder Meßfühlers befindet sich vertikal innerhalb einer Ofenkammer.
Bei einer derartigen Konstruktion ist zur Halterung der Stäbe des Thermoelementes in aufgehängtem Zustand im Schutzgehäuse
der obere Bereich des Schutzgehäuses mit geeigneter Gestalt ausgebildet, oder ein Stabaufhängungshalter geeigneter
Form, beispielsweise ein nach innen vorstehender, ringförmiger Vorsprung oder Vorsprünge können an der Innenseite
des Schutzgehäuses vorgesehen sein, wobei sie mit dem Stabbefestigungssockel in vorspringender Weise in Eingriff
stehen.
In einem solchen Falle ist es jedoch für das Thermoelement-Aufhängungsteil
schwierig, den Kontakt mit dem Thermoelement zu vermeiden, so daß die Substanzen, welche das Thermoelement
und das Schutzgehäuse bilden, Abfälle bei der thermoelektromotorischen
Kraft durch Diffusion als Folge des Kontaktes hervorrufen können, gekoppelt mit dem Nachteil, daß
das Ersetzen eines gebrauchten Thermoelementes schwierig wird, und zwar aufgrund des Festfressens in einem langen
metallischen Schutzgehäuse.
Als Maßnahme zur Überwindung dieser Probleme wird bevorzugt, ein geeignetes Material einzusetzen, und zwar unter Berücksichtigung
seines Reaktionsvermögens mit dem Thermoelement-Aufhängung steil. Vor allem kann dieses Einsatzteil durch
Verwendung einer geeigneten Konstruktion sehr klein gemacht werden, so daß es möglich ist, ein Material mit geeigneten
Eigenschaften zu wählen, und zwar ohne Rücksicht auf die maschinelle Bearbeitbarkeit und die Kosten. Beispielsweise
ist es möglich, BeO und ThO2 zu verwenden, die ausgezeichnet
in der elektrischen Isolierung aber problematisch
hinsichtlich der Toxizität oder Strahlung sind, oder kostspielige
Materialien zu verwenden, wie HfO2, Y?°3 oäer dergleichen.
In Abhängigkeit von der Temperatur können auch Al3O3 oder ZrO „ verwendet werden. Ein Material dieser Art
kann in Form eines Ringes oder Sockels geformt und am Stabhalter oder an der Unterseite des Stabbefestigungssockels
angeordnet werden; alternativ kann daraus eine Beschichtung auf dem Stabhalter oder auf der Unterseite
des Stabbefestigungssockels ausgebildet werden, und zwar mit einem geeigneten Beschichtungsverfahren, wie zum Beispiel
durch Dampfabscheidung, Kathodenzerstäubung, Sprühverfahren
oder dergleichen, zu denen auch PVD- und CVD-Verfahren gehören.
Wenn ein gebrauchtes Thermoelement nach dem Betrieb aus einem Schutzgehäuse entfernt wird, besteht die Möglichkeit,
daß Komponenten des Gehäuses aneinander festhalten, ohne sich zu lösen. Somit ist es wünschenswert, eine Konstruktion
zu verwenden, die das Einsetzen des Thermoelementes in das Schutzgehäuse von unten und seine Aufhängung durch
Einhaken an einem Oberteil des Gehäuses ermöglichen.
Wenn eine Thermoelementeinheit der oben beschriebenen Art ein langes metallisches Schutzrohr verwendet, ist es auch
möglich, das Gehäuse zu erden, und zwar im Hinblick auf die Vermeidung von elektrischem Rauschen beim Thermoelement.
Der Vollständigkeit halber darf darauf hingewiesen werden, daß das Einsetzen oder Beschichten von heterogenem Material
auch bei einer Konstruktion anwendbar ist, die ein Isolierrohr verwendet.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen,
und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1(a) einen schematischen Längsschnitt einer Thermoelementeinheit
gemäß der Erfindung, wobei Teile der
Thermoelementeinheit zur Verdeutlichung weggelas
sen sind;
Fig. 1(b) einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 1(a);
5
Fig. 2 bis 4 Teillängsschnitte von weiteren Ausführungsformen gemäß der Erfindung;
Fig. 5(a) einen Teillängsschnitt einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5(b) einen schematischen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 5(a);
Fig. 6 einen schematischen Querschnitt einer isostatischen Heißpreßvorrichtung mit einem Thermoelement-Temperaturmeßfühler
gemäß der Erfindung;
Fig. 7 eine der Fig. 6 ähnliche Darstellung zur Erläuterung
eines herkömmlichen Temperaturmeßverfahrens;
Fig. 8(a) einen schematischen Längsschnitt einer modifizierten Konstruktion einer Thermoelementeinheit gemäß
der Erfindung;
Fig. 8(b) einen schematischen Querschnitt der Thermoelementeinheit
gemäß Fig. 8(a);
Fig. 9 einen Teillängsschnitt, der Thermoelementstäbe
zeigt, die in Stabaufnahmelöcher eines Isolier
rohres eingesetzt sind;
Fig.10(a) und 10(b) eine Draufsicht bzw. einen Teilschnitt des Isolierrohres längs der Linie Y-Y in Fig.
1
Fig. 11 (a) und 1Kb) sowie Fig. 12(a) und 12(b) Draufsichten
und Teilquerschnitte zur Erläuterung von Beispielen
zur konzentrischen Ausfluchtung von Stabaufnahmelöchern des Isolierrohres;
Fig. 13 einen schematischen Längsschnitt zur Erläuterung einer anderen Modifikation der Thermoelementeinheit
gemäß der Erfindung;
Fig.14(a) einen schematischen Schnitt einer isostatischen
Heißpreßvorrichtung mit einer Thermoelementeinheit gemäß Fig. 8; und in
Fig.14(b) einen Teilschnitt, der die oberen und unteren
Teile der Thermoelementeinheit zeigt.
Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen anhand von
bevorzugten Ausführungsformen erläutert, die in der Zeichnung
dargestellt sind. In Fig. 1 ist ein Beispiel einer Thermoelementeinheit dargestellt, die ein Hauptteil des
Hochtemperaturmeßfühlers gemäß der Erfindung darstellt. Dabei ist mit T eine Thermoelementeinheit bezeichnet; das
Bezugszeichen 1 bezeichnet ein Thermoelement in Gewindebauart; das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Stange oder einen
Stab auf der positiven Seite des Thermoelementes; und das Bezugszeichen 3 bezeichnet in gleicher Weise eine Stange
oder einen Stab auf der negativen Seite des Thermoelementes. Diese Stäbe 2 und 3 sind mit Gewindebereichen an ihren oberen
und unteren Enden versehen und sind mit den oberen Gewindeteilen in einen Stabbefestigungssockel 4 eingeschraubt
und an letzterem mit Befestigungsmuttern 5 und 6 befestigt. Die beiden Stäbe 2 und 3 im Sockel 4 sind
vertikal aufgehängt an einem Halter 13, der in einem oberen Bereich eines Schutzgehäuses 12 vorgesehen ist, welches die
Stäbe aufnimmt, während ein Abstandshalter 14 aus Isoliermaterial, der zur stabilen Aufrechterhaltung eines Abstandes
zwischen den beiden Stäben 2 und 3 dient, sich in einem unteren Bereich eines Niedrigtemperaturbereiches befindet,
wo der Abstandshalter ausreichende Isolierung gewährleisten kann, so daß das Thermoelement 1 entsteht. Muttern 7 und 8,
aus gleichem Material und mit gleicher Form wie die Muttern 5 und 6, sind fest auf die unteren Gewindeteile der unteren
Enden der Stäbe aufgeschraubt, die nach unten durch den Abstandshalter 14 vorstehen, wobei Leitungsdrähte 9 und 10
an den Muttern angebracht sind, um den Anschluß an ein nicht dargestelltes Temperatur-Aufzeichnungsgerät zu erleichtern.
Ein oberes Schutzgehäuse 11, das am oberen Ende verschlossen ist, sitzt kappenartig auf dem Haupt-Schutzgehäuse 12,
das in der oben beschriebenen Weise angeordnet ist, um die Atmosphäre abzuschirmen. Hinsichtlich der Materialien für
die Stäbe 2 und 3 der oben beschriebenen Thermoelement-Konstruktion besteht der Stab 2 der positiven Seite aus
einem W- oder W-Re-Basismaterial, wie zum Beispiel W-3%-Re
oder W-5%-Re. Andererseits besteht der Stab 3 der negativen Seite aus einem Material, das dem Material des positiven
Stabes 2 entspricht, beispielsweise aus W-26%-Re für einen positiven Stab aus W- oder W-5%-Re oder aus W-25%-Re
für für einen positiven Stab aus W-3%-Re in Normalfällen. Der Stabdurchmesser ist vorzugsweise größer als 3 mm zur
Gewährleistung einer ausreichenden Festigkeit und Stabilität der Stäbe und zur Erleichterung der Wirkung des Schraubengewindes,
insbesondere des Innengewindes, und unter Berücksichtigung der erwarteten Betriebslebensdauer bei Anwendung
auf industrielle Einrichtungen.
Der oben erwähnte Befestigungssockel 4, in den die Stäbe eingeschraubt werden, ist mit Innengewindebereichen an zwei
im Abstand voneinander angeordneten Positionen versehen, wie es insbesondere in Fig. 1(b) dargestellt ist. Normalerweise
besteht der Befestigungssockel 4 aus dem gleichen Material wie der positive oder der negative Stab oder einem
Material zwischen den positiven und negativen Stabmaterialien in der Zusammensetzung. Von den Muttern 5 bis 8 sind
diejenigen auf der positiven Seite aus demselben Material wie der positive Stab 2 und diejenigen auf der negativen
Seite aus demselben Material wie der negative Stab 3. Die Leitungsdrähte 9 und 10, welche den Anschluß oder die Verbindung
der Stäbe 2 und 3 mit großem Durchmesser erleichtern, bestehen beispielsweise aus 0,5 mm-Kompensations-Leitungsdrähten
für W-Re, wie sie zum Beispiel von Hoskins in USA hergestellt werden.
In den Fig. 2 bis 5 sind weitere Ausführungsformen gemäß
der Erfindung dargestellt, die den gleichen Grundaufbau wie die oben beschriebene Ausfuhrungsform haben und bei denen
gleiche oder entsprechende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Ausführungsform nach Fig. 2
verwendet ein Schutzgehäuse, das aus einem Oberteil 12a mit einem Stabaufhängungshalter 13 und einem Unterteil 12b ohne
einen derartigen Stabhalter besteht, um die (maschinelle) Bearbeitung des Stabaufhängungshalters 13, der im oberen
Bereich des Schutzgehäuses vorgesehen ist, zu erleichtern.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist ein oberer Abstandshalterring
14' aus anderem Material als das Schutzgehäuse zwischen den Stabaufhängungshalter 13 und den Befestigungssockel 4 eingesetzt, um Beeinträchtigungen der thermoelektromotorisehen
Kraft zu verhindern, und zwar durch Diffusion von Metallen, die durch den Kontakt der Stäbe mit dem
Stabaufhängungshalter in einem Falle hervorgerufen werden können, wo der Halter aus Metall besteht, oder um ein
Festfressen eines verwendeten oder gebrauchten Thermoelementes in anderen Metallteilen zu verhindern, was ein Ersetzen
oder Austauschen des Thermoelementes schwierig macht.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der ein knopfförmiger oder sockeiförmiger oberer Abstandshalter 14'
auf der Seite des Thermoelementes montiert ist, um ähnliche Wirkungen zu erzielen wie mit dem Abstandshalter 14' gemäß
Fig. 3. Ein Abstandshalter aus heterogenem Material kann entweder als separates Teil eingesetzt werden, wie es Fig.3
und 4 zeigen, oder an der Oberseite oder der seitlichen Seite des Stabaufhängungshalters 13 oder an der Unterseite
1 oder der seitlichen Seite des Stabbefestigungssockels 4 mit
einem Beschichtungsverfahren oder dergleichen angebracht oder aufgebracht werden, auch in einem Falle der Thermoelementkonstruktion,
wie sie Fig. 1 zeigt. 5
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der der Stabaufhängungshalter
13 und der Befestigungssockel 4 in der Draufsicht eine Gestalt gemäß Fig. 5(b) haben, wobei das
Thermoelement auf dem Halter 13 aufgehängt wird, indem man
den Stabbefestigungssockel 4 nach dem Einsetzen des Thermoelementes von unten in das Schutzgehäuse um einen Winkel von
90° dreht. Diese Stabhalterkonstruktion ist anwendbar auf
die Ausführungsformen gemäß Fig. 3 und 4, um das Austauschen bzw. Ersetzen von gebrauchten Thermoelementen auch in einem
Falle zu erleichtern, wo das Auseinandernehmen des Schutzgehäuses nach dem Betrieb bei hohen Temperaturen schwierig
wird, so daß die laufenden Kosten reduziert werden.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel einer Anwendung des Thermoelement-Temperaturmeßfühlers,
nämlich eine isostatische Heißpreßvorrichtung oder HIP-Vorrichtung, wobei das Thermoelement
in einem Hochtemperatur- und Hochdruckofen einer HIP-Vorrichtung
mit einem Träger 27 an einem Ort auf der Innenseite der Hitze-Abschirmwand 24 angebracht ist. Bei diesem
speziellen Beispiel besteht der Träger 27 aus metallischem Material und kann mit dem unteren Deckel des Hochdruckbehälters
elektrisch kurzgeschlossen sein, um den elektrischen Abschirmeffekt des Schutzgehäuses zu verwenden, so daß ein
stabiler Temperaturmeßfühler zur Verfügung steht, der frei von den Einflüssen des elektrischen Rauschens ist, das beim
Einschalten eines Schalters erzeugt wird.
In den Fig. 8(a) und 8(b) ist eine weitere Ausführungsform
dargestellt, die weitgehend der ersten Ausführungsform
gemäß Fig. 1 gleicht, mit der Abweichung, daß die Stäbe 2 und 3, die mit dem Befestigungs- oder Verbindungssockel 4
verbunden sind, an ihren oberen Enden in Stabaufnahmelöchern 33 und 33' eines Isolierrohres 31 aufgenommen und aufgehängt
Ζ/ι
sind, das aus einer Anzahl von konzentrisch aufeinander gestapelten oder -gesteckten kurzen Rohrabschnitten besteht
und in ein Schutzgehäuse 12 eingesetzt ist. Die Stabaufnahmelöcher 33 und 33· des Isolierrohres 31 sind mit einem
Durchmesser ausgebildet, der deutlich größer ist als der der Stäbe 2 und 3 des Thermoelementes, und es ist in diesem
Falle wichtig, daß die Stabaufnahmelöcher 33 und 33" der jeweiligen Rohrabschnitte in axialer Richtung in konzentrischer
Ausfluchtung miteinander gestapelt bzw. aufeinander angeordnet sind, wie es Fig. 9 zeigt. Als Material
für das Isolierrohr 31 kann BN zur Verwendung bei einem Wert von 2000 0C sowie Al2O- zur Verwendung bei einem Wert
unterhalb von 1800 0C eingesetzt werden.
In Fig. 10 bis 12 sind modifizierte Ausführungsformen und Konstruktionen mit Einrichtungen dargestellt, um die rohrförmigen
Abschnitte des Isolierrohres 31 konzentrisch auszufluchten. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 sind die
Rohrabschnitte des Isolierrohres 31 mit einem Paar von
Durchgangslöchern 34 und 35 in axialer Richtung in Ausfluchtung zusätzlich zu den Stabaufnahmelöchern 33 und 33' versehen,
und Ausfluchtungsstangen aus W-und/oder W-Re-Material
ähnlich den Stäben 2 und 3 des Thermoelementes sind in diese Durchgangslöcher über deren gesamte Länge eingesetzt. Andererseits
ist bei der Ausführungsform nach Fig. 11 und 12 das Isolierrohr 31 mit Einrichtungen versehen, so daß die
Möglichkeit der Untersuchung mit einem bewährten handelsüblichen Thermoelement besteht, zusätzlich zu der konzentrischen
Ausfluchtung der Stabaufnahmelöcher 33 und 33'.
Das Isolierrohr ist nämlich mit Löchern 37 und 38 zur Aufnahme der Drähte eines bewährten Thermoelementes versehen,
wobei ein eingelassener Bereich 39 an der oberen Stirnfläche der Rohrabschnitte zu den Drahtlöchern 37 und 38
vorgesehen ist, um das vordere Ende des bewährten Thermoelementes
T_|_ aufzunehmen.
Fig. 13 zeigt eine weitere abgewandelte Ausführungsform des Thermoelement-Temperaturmeßfühlers gemäß der Erfindung,
wobei ein Abstandshalter 16 aus einem anderen Material als das Isolierrohr 31 und mit einer Reihe von Löchern zwischen
dem obersten Ende des Isolierrohres 31 und dem Befestigungssockel 4 dazwischengeschaltet ist, um die Genauigkeit der
Messung zu verhinden, indem man Abfälle der thermoelektromotorischen Kraft aufgrund eines Kontaktes zwischen dem
Thermoelement und dem Isolierrohr während der Benutzung über eine lange Zeitspanne verhindert.
In ähnlicher Weise wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen
befindet sich die Thermoelementeinheit mit der oben beschriebenen modifizierten Konstruktion beispielsweise
in einem Hochtemperatur- und Hochdruckbehälter einer HIP-Vorrichtung, und zwar unter Verwendung eines Trägers 25
auf der Innenseite einer Heizung 26, die innerhalb einer Hitze-Abschirmwand 24 angeordnet ist. In diesem Falle sind
die Stäbe 2 und 3 in hängendem Zustand innerhalb der Stabaufnahmelöcher 33 und 33' des Isolierrohres 31 gehaltert,
wobei ein Spaltabstand um die Stäbe 2 und 3 gelassen ist, da sie einen kleineren Durchmesser haben als die Stabaufnahmelöcher
33 und 33*. Im Falle des Thermoelementes gemäß Fig. 8 sind die Stäbe 2 und 3 fast außer Eingriff mit dem
Isolierrohr angeordnet, wobei sie mit letzterem nur an einem oberen Punkt B in Kontakt stehen, vergleiche den oberen
rohrförmigen Abschnitt in Fig. 14(b).
Die Stabaufnahmelöcher 33 und 33' in mindestens einem rohrförmigen
Abschnitt 31a, der sich in einem Bereich unterhalb des oberen Endes A des Werkstück-Tragteiles 25 befindet, das
auch zur Hitzeisolierung an der Unterseite der Ofenkammer oder Behandlungskammer 23 dient, sind mit im wesentlichen
gleichem Durchmesser ausgebildet wie die Stäbe 2 und 3, vergleiche den unteren rohrförmigen Abschnitt in Fig. 14(b).
Auch wenn sie in diesem rohrförmigen Bereich miteinander in Kontakt stehen, stehen die steifen Stäbe 2 und 3 mit dem
Isolierrohr 31 oder seinen rohrförmigen Abschnitten 31a nur am Punkt B in Fig. 8 in Hochtemperaturbereichen in Kontakt,
so daß Nebenschlußfehler ausgeschlossen werden, die
ORIGINAL INSPECTED
sonst Einbrüche oder Abfälle der elektrischen Isoliereigenschaften
des Isoliermaterials hervorrufen könnten. Bei der
Verwendung einer Kombination eines Thermoelementes aus W-Re und einem Isolierrohr aus BN befinden sich die Rohrabschnitte
31a mit engeren Stabaufnahmelöchern 33a und 33a1 vorzugsweise
in einem Temperaturbereich von weniger als 1600 0C unter Berücksichtigung der elektrischen Isolierwiderstandsfähigkeit
des Isolierrohres aus BN, die bei höheren Temperaturen als 1600 0C nachläßt bzw. abfällt.
Da jedoch das Ziel gemäß der Erfindung in der oben beschriebenen Weise auch trotz des Kontaktes der Thermoelementstäbe
mit dem Isolierrohr am Punkt B gemäß Fig. 8 erreicht werden
kann, wird bevorzugt, den Kontakt auch dann zu vermeiden, wenn die Stabaufnahmelöcher am Punkt B des obersten
Isolierabschnittes mit kleinerem Durchmesser ausgebildet
sind, um Nebenschlußfehler zu verhindern. Die beabsichtigten Wirkungen können in ausreichendem Maße erreicht werden,
wenn der Kontakt nicht in einem anderen Bereich als dem obersten Bereich stattfindet.
Nachstehend sind Versuchsergebnisse des Thermoelement-Temperaturmeßfühlers
gemäß der Erfindung angegeben.
Testbeispiel 1
Als Thermoelementdrähte wurden experimentell W-5%Re und W-26%Re-Stäbe mit 3 mm Durchmesser und 800 mm Länge mit
Schraubengewinden M3 χ 0,5 an ihren gegenüberliegenden Enden hergestellt. Ferner wurden Befestigungssockel aus W-26%Re,
Muttern aus W-5%Re und W-26%Re aus denselben Chargen als Komponenten zur Montage der Thermoelementstäbe hergestellt.
Ferner wurden Schutzgehäuse zur Halterung und Aufhängung der Thermoelementstäbe in abgeschirmtem Zustand aus Wolfram
hergestellt. Jede Thermoelementeinheit wurde zusammengebaut, indem man ein Thermoelement in einem Schutzgehäuse aufhängte
und einen Isolier-Abstandshalter in einem unteren
Bereich des Schutzgehäuses derart einsetzte, daß der Abstand zwischen den Thermoelementstäben beibehalten wird.
Dementsprechend war der Kontakt zwischen den Stäben des Thermoelementes und dem Schutzgehäuse auf den Aufhängungshalter
beschränkt. Die resultierende Thermoelementeinheit wurde in einer HIP-Vorrichtung montiert und einem wiederholten
Dauertest von Ar bei 1000 kgf/cm2, einer Temperatur von
2000 0C für 1 Stunde ausgesetzt.
Zu Vergleichszwecken wurden W-Re5/26-Thermoelemente mit
Drahtdurchmessern von 0,5 mm und 1,0 mm (Hoskins-Produkte) in Isolierrohre gemäß einem herkömmlichen Verfahren eingesetzt,
wobei jedes Thermoelement an einem Oberteil des Isolierrohres aufgehängt wurde. Diese Isolierrohre mit jeweils
einem darin angeordneten Thermoelement wurden in Schutzgehäuse eingesetzt, die an den jeweiligen Vorderenden
verschlossen waren, um Thermoelementeinheiten zur Verwendung als Testproben in dem gleichen Dauertest zu erhalten. Gemäß
den Testresultaten ergab sich, daß die Thermoelemente mit 0,5 mm und 1,0 mm Drahtdurchmesser eine kurze Betriebslebensdauer besaßen, die nur einem bzw. zwei bis drei
Betriebszyklen entsprechen, im Gegensatz zu den Proben von
Thermoelementeinheiten gemäß der Erfindung, die zumindest 23 Betriebszyklen mit einer Genauigkeitsgarantie von - 1 %
aushalten konnten.
Es wurden Abstandshalter aus BeO, ThO2, HfO2 bzw. Y2°3 in
die Thermoelemente der oben beschriebenen Bauart für Dauerversuche eingesetzt. Als Ergebnis des wiederholten Dauerversuches
von Ar bei 1000 kgf/cm2, einer Temperatur von 2000 0C und einer Dauer von 1 Stunde, ergab sich, daß jede
der oben beschriebenen Kombinationen eine Betriebslebensdauer von mindestens einer Länge besaß, die 25 Betriebszyklen mit einer Genauigkeitsgarantie von - 1 % entspricht,
wobei die Thermoelemente nach dem Gebrauch leicht herausgenommen werden konnten.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung auf einen Thermoelement-Temperaturmeßfühler gerichtet
ist, der zur Verwendung in einem Hochtemperatur- und Hochdruckofen geeignet ist, wobei der Temperaturmeßfühler
ein Thermoelement verwendet, das aus einem Paar von Stäben mit größerem Durchmesser als übliche Thermoelementdrähte
und einem Schutzgehäuse mit einem Halter besteht, der zur Halterung der Stäbe in aufgehängtem Zustand in dem Schutzgehäuse
dient, ohne die Stäbe zumindest im Hochtemperaturbereich zu berühren. Alternativ dazu sind die Stäbe in ein
Isolierrohr mit Stabaufnahmelöchern mit größerem Durchmesser
eingesetzt, um die Stäbe in aufgehängtem Zustand zu haltern, und zwar fast ohne sie zu berühren. Da die Thermoelementdrähte
aus Stäben mit großem Durchmesser bestehen, wird es möglich, die Betriebslebensdauer des Thermoelementes
in erheblichem Maße zu verbessern, die Länge der Betriebslebensdauer bis zum Drahtbruch durch Vergröberung
der Kristallkörner zu verlängern sowie die Widerstandsfähigkeit gegenüber Verunreinigungen durch Verunreinigungskomponenten
des Atmosphärengases zu vergrößern.
Infolgedessen hat die Erfindung den bemerkenswerten Effekt, die Häufigkeit des Austausches von Thermoelementen zu reduzieren,
um eine maximale Leistungsfähigkeit jeder Thermoelementeinheit
unter Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen zu erhalten, was die industriellen Anwendungen unter
Verwendung eines Ofens hoher Temperatur und hohen Druckes, wie zum Beispiel einer HIP-Vorrichtung, erleichtert. Da die
Konstruktion des Thermoelement-Temperaturmeßfühlers gemäß der Erfindung den Kontakt zwischen den Thermoelementstäben
und dem Isolierrohr auf einen extrem kleinen Bereich am oberen Ende des Isolierrohres begrenzt oder das Isolierrohr
vollständig wegläßt, können Nebenschlußfehler, die sonst durch Abfälle des elektrischen Isoliervermögens des
Isolierrohres auftreten, verhindert werden, um eine Temperaturmessung in der Praxis mit hoher Genauigkeit zu gewährleisten.
Die Stäbe des Thermoelementes, die von einem Halter am oberen Ende des Isolierrohres oder des Schutzgehäuses herunterhängen,
sind mit ihrem jeweiligen unteren Bereich fast in einem freien Zustand oder vollständig frei vom Kontakt mit
dem Isolierrohr, so daß Dehnungen der jeweiligen Stäbe durch thermische Ausdehnung von den unteren Bereichen absorbiert
werden können, ohne Beschädigungen hervorzurufen, die sonst bei herkömmlichen Thermoelementen dieser Art infolge
der thermischen Ausdehnung auftreten.
Obwohl BN-Schutzgehäuse geeignet sind, insbesondere zur Verwendung
in einer N2-Gasatmosphäre, sind metallische Schutzgehäuse
unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Festigkeit, der Beibehaltung einer sauberen Atmosphäre im Gehäuse
und der Verhinderung von elektrischem Rauschen beim Thermoelement bevorzugt.
Das Einsetzen oder Beschichten von heterogenen Materialien auf den Stabaufhängungsteilen verhindert Verschlechterungen
oder Beeinträchtigungen der Qualität beim Leistungsvermögen des Thermoelementes aufgrund der Diffusion von Substanzen
infolge des Kontaktes zwischen dem Thermoelement und dem Aufhängungsteil, oder verhindert das Festfressen des Thermoelementes,
das sonst seinen Austausch schwierig macht.
-lh-
- Leerseite -
Claims (22)
1. Temperaturmeßfühler für einen Hochtemperatur- und Hochdruckofen
, mit Thermoelementdrähten, die in einem rohrförmigen Schutzgehäuse zum Schutz gegen die Ofenatmosphäre
aufgenommen wird, gekennzeichnet durch ein Paar von Stangen oder Stäben (2, 3) mit großem
Durchmesser, die als Thermoelementpaar für die positive und negative Seite dienen,
und ein Schutzgehäuse (12) mit einem Stabaufhängungs-Haltebereich
(13) in seinem oberen Bereich, um darin die Stäbe (2, 3) in vertikal aufgehängtem Zustand zu
haltern, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Stäbe (2, 3) mit Ausnahme eines Temperaturmeßpunktes
außer Kontakt miteinander gehalten sind, wobei das Schutzgehäuse (12) mit den Stäben (2, 3) zumindest in
einem anderen Bereich als dem Hochtemperaturbereich in Kontakt steht.
2. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stäbe (2, 3) aus W- und/oder W-Re-Basismaterial bestehen und daß das Schutzgehäuse (12)
zumindest in einem Hochtemperaturbereich aus BN oder einem metallischen Material auf Mo-Basis oder einem
metallischen Material auf W-Basis hohen Schmelzpunktes besteht.
3. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stäbe (2, 3) mit Ausnahme des Temperaturmeßpunktes in einem Hochtemperaturbereich mit
einer Abstandseinrichtung (14, 14') außer Kontakt miteinander und mit dem Schutzgehäuse (12) gehalten sind.
4. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abstandseinrichtung (14, 14') ein elektrisch isolierender Abstandshalter mit Löchern zur
Aufnahme der Stäbe (2, 3) ist.
5. Temperaturmeßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (12) in
seinem oberen Bereich mit einem Stabaufhängungs-Halteteil
(13) versehen ist.
6. Temperaturmeßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (1) einen
Stabbefestigungssockel (4) aufweist, dessen Unterseite gegen das Stabaufhängungs-Halteteil (13) des Schutzgehäuses
(12) anliegt.
7. Temperaturmeßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein anderes Material als
das des Schutzgehäuses (12) zumindest auf eine Kontaktfläche des Stabaufhängungs-Halteteiles (13) des Schutzgehäuses
(12) und/oder die Unterseite des
Stabbefestigungssockels (4) des Thermoelementes (1) aufgebracht ist.
8. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 7, dadurch gekenn-
zeichnet, daß das andere Material in Form eines Abstandshalters
(141) oder durch Beschichtung der Kontaktfläche
des Stabaufhängungs-Halteteiles (13) des Schutzgehäuses (12) oder des Stabbefestigungssockels (4) aufgebracht
ist.
10
10
9. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das andere Material aus zumindest einer Verbindung besteht, die aus der Gruppe gewählt
ist, die aus BeO, ThO2, HfO2, Y2O3, Al2O3 und ZrO3
besteht.
10. Temperaturmeßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (12) zur
Aufnahme und Aufhängung des von unten eingesetzten Thermoelementes ausgelegt ist.
11. Temperaturmeßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (12)
elektrisch geerdet ist.
12. Temperaturmeßfühler für einen Hochtemperatur- und Hochdruckofen,
mit Thermoelementdrähten, die in einem rohrförmigen Schutzgehäuse zum Schutz gegen die Ofenatmosphäre
aufgenommen sind, gekennzeichnet durch ein Paar von Stangen oder Stäben (2 oder 3) mit großem
Durchmesser, die als Thermoelementpaar für die positive und die negative Seite dienen,
und ein Isolierrohr (31) mit einem Stabaufhängungs-Haltebereich in seinem oberen Bereich, um die Stäbe
(2, 3) darin in vertikal aufgehängtem Zustand zu haltern, und mit Stabaufnahmelöchern (33, 33') mit größerem
Durchmesser als die Stäbe (2, 3) zumindest in einem Hochtemperaturbereich, die einen Abstand zwischen
den Thermoelementstäben (2, 3) und den Stabaufnahmelöchern (33, 3') lassen, wobei die Stäbe (2, 3) in
der Stabaufnahme in einem im wesentlichen kontaktfreien Zustand aufgehängt sind.
13. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelementstäbe (2, 3) aus W-
und/oder W-Re-Basismaterial bestehen und daß das Isolierrohr
(31) und/oder das Schutzgehäuse (12) zumindest im Hochtemperaturbereich aus BN bestehen.
14. Temperaturmeßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelementstäbe (2, 3) einen Durchmesser haben, der größer oder gleich
3 mm ist.
15. Temperaturmeßfühler nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines (33a, 33a1)
der Stabaufnahmelöcher (33, 33') des Isolierrohres (31) mit einem Durchmesser ausgebildet ist, der im wesentlichen
gleich dem der Stäbe (2, 3) in einem Tieftemperaturbereich
ist.
16. Temperaturmeßfühler nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierrohr (31) aus
einem Stapel oder einer zusammengesteckten Anordnung von kurzen Rohrabschnitten besteht.
17. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierrohr (31) mit Mitteln (34, 35;
37, 38) zur konzentrischen Ausfluchtung der aufeinander gestapelten Rohrabschnitte versehen ist und ein
Paar von Durchgangslöchern (34, 35; 37, 38) in jedem Rohrabschnitt zusätzlich zu den Stabaufnahmelöchern
(33, 33') und in die Durchgangslöcher eingesetzte Ausfluchtungsstangen aufweist.
18. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausfluchtungsstangen aus einem W- und/oder W-Re-Basismaterial bestehen.
19. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß das Isolierrohr (31) mit Mitteln zur konzentrischen Ausfluchtung der aufeinander gestapelten
rohrförmigen Abschnitte (31) in axialer Richtung versehen ist und ein Paar von Durchgangslöchern (34,
35; 37, 38), die in jedem Rohrabschnitt zusätzlich zu den Stabaufnahmelöchern (33, 33') ausgebildet sind,
sowie Thermoelementdrähte aufweist, die in die Durchgangslöcher (34, 35; 37, 38) eingesetzt sind und
bewährte Eigenschaften hinsichtlich der thermoelektromotorischen Kraft aufweisen, um das Thermoelement (1)
des Temperaturmeßfühlers zu testen.
20. Temperaturmeßfühler nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (1)
in aufgehängtem Zustand in dem Isolierrohr (31) gehaltert
ist, wobei die Unterseite des Stabbefestigungssockels gegen das obere Ende des Isolierrohres (31)
anliegt.
21. Temperaturmeßfühler nach einem der Ansprüche 12 bis
19, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (1) in aufgehängtem Zustand in dem Isolierrohr (31) gehaltert
ist, wobei die Unterseite des Stabbefestigungssockels (4) gegen das obere Ende des Isolierrohres (31)
über einen Abstandshalter (14') aus einer anderen Art
von Material als das Isolierrohr (31) oder mit einer Beschichtung aus einer anderen Art von Material anliegt,
die an der Unterseite des Stabbefestigungssockels (4) ausgebildet ist.
22. Temperaturmeßfühler nach Anspruch 21, daß die andere Art von Material aus zumindest einer Verbindung besteht,
die aus der Gruppe gewählt ist, die aus BeO, Y3O3, Al3O3, HfO2 und ZrO2 besteht.
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