DE3737502C2

DE3737502C2 -

Info

Publication number: DE3737502C2
Application number: DE19873737502
Authority: DE
Inventors: Horst Dr. 8025 Unterhaching De Neubert
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1986-11-10
Filing date: 1987-11-05
Publication date: 1992-07-16
Also published as: DE3737502A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Temperatur-Indikator nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a temperature indicator according to the Preamble of claim 1.

Temperatur-Indikatoren sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Ihre Einsatzmöglichkeiten, wie z. B. von Thermostiften, beschränken sich jedoch auf relativ niedrige Temperaturen oder erfordern bei der Messung hoher Temperaturen definierte Bauteilgrößen und Bauteilober flächen. Besondere Probleme treten bei Temperaturmessungen an sich bewegenden, insbesondere schnell rotierenden und sehr heißen Bauteilen auf, wie sie bei Wärmekraftmaschinen, z. B. bei Gasturbinentrieb werken, vorliegen. Eine Meßwertübertragung mittels elektrischer Leitungen ist hierbei nur in wenigen Anwendungsfällen möglich.Various types of temperature indicators are known. Your possible uses, such as B. limit thermal pens however, to relatively low temperatures or require at Measurement of high temperatures, defined component sizes and component sizes surfaces. Particular problems arise with temperature measurements moving, especially fast rotating and very hot components on how they work with heat engines, e.g. B. in gas turbine engine works, available. A transmission of measured values by means of electrical Cables are only possible in a few applications.

Aus der US-PS 34 15 122 ist ein Temperaturindikator für hohe Tempera turen bekannt, der auf einem Trägerkörper angeordnet ist und aus Korngruppen besteht, die bei Erreichen einer Grenztemperatur sich so verändern, daß sich kleinere Körner zu einem größeren Korn vereinigen. Die vorbekannte Anordnung hat den Nachteil, daß nur eine Oberflächen temperatur bestimmt werden kann und daß darüber hinaus für die Tempe raturbestimmung die Feststellung der Aussetzungszeit erforderlich ist, da aus dem Maß des Kornwachstums, welches sowohl von der Aussetzungs temperatur als auch von der Einwirkzeit dieser Temperatur abhängig ist, aus die Temperatur geschlossen werden soll.From US-PS 34 15 122 is a temperature indicator for high tempera Doors known, which is arranged on a support body and from Grain groups exist that change when a limit temperature is reached change that smaller grains combine to form a larger grain. The known arrangement has the disadvantage that only one surface temperature can be determined and that in addition for the tempe determination of the exposure time is necessary, because of the degree of grain growth, which depends both on the exposure temperature as well as the exposure time of this temperature is the temperature to be inferred from.

Aus der US-PS 38 69 919 ist ein Temperaturindikator bekannt, der dar auf basiert, daß eine vorher exakt festgelegte geometrische Kontur eines makroskopischen Körpers aufgrund des Aufschmelzens und der wir kenden Oberflächenspannung deutlich verändert wird. Da die Veränderung der äußeren Kontur von Trägheitskräften, die auf den Prüfkörper bzw. Indikator einwirken, abhängig ist, ist seine Anwendung auf ruhende Systeme beschränkt. Darüber hinaus erfordert die Herstellung von Tem peraturindikatoren mit einer exakt festgelegten äußeren Kontur hohen baulichen Aufwand und darüber hinaus ausreichend Bauraum für die In stallation am Prüfkörper.From US-PS 38 69 919 a temperature indicator is known, which represents is based on a previously defined geometric contour of a macroscopic body due to the melting and we kenden surface tension is significantly changed. Because the change the outer contour of inertial forces acting on the test specimen or Action indicator is dependent, its application is dormant Systems limited. In addition, the production of Tem temperature indicators with a precisely defined outer contour construction effort and in addition sufficient space for the In installation on the test specimen.

Schließlich ist auch aus der US-PS 32 20 259 ein Temperaturindikator bekannt, bei dem die geometrische Formänderung eines makroskopischen Körpers als Anzeige der Expositionstemperatur verwendet wird. Ein Nachteil dieser vorbekannten Anordnung besteht darin, daß nicht nur eine bestimmte Expositionstemperatur sondern auch eine Mindest expositionsdauer benötigt wird, um die Umwandlung der geometrischen Form zu verwirklichen und dadurch eine verwertbare Anzeige zu erhal ten. Bei der bekannten Anordnung wird in Wirklichkeit nicht eine Tem peratur angezeigt, sondern eine übertragene Wärmemenge, aus der dann auf die Temperatur zu schließen ist. Da es sich bei dem Indikator körper um einen exakt konturierten Eisblock handelt und die Schmelz wärme von Eis beträchtlich hoch liegt, ist der Nachweis von nur kurz zeitig über der Schmelztemperatur liegenden Temperaturen praktisch nicht möglich.Finally, there is also a temperature indicator from US Pat. No. 3,220,259 known in which the geometric shape change of a macroscopic Body is used as an indication of the exposure temperature. A The disadvantage of this known arrangement is that not only a certain exposure temperature but also a minimum exposure time is needed to convert the geometric Realize form and thereby get a usable advertisement In the known arrangement, in reality not a tem displayed temperature, but a transferred amount of heat, from which then the temperature is to be deduced. Since it is the indicator body is a precisely contoured block of ice and the enamel heat of ice is considerably high, is the proof of only short Temperatures above the melting temperature are practical not possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Meßgeräte und Meßmethoden zu vermeiden und einen Temperatur-Indikator zu schaffen, der nicht nur minimales Eigengewicht und kleinste Einbau maße aufweist und so nur geringe wirksame Bauteiloberflächen erfor dert, sondern auch von Trägheitskräften unabhängig ist und der daher bei sich schnell bewegenden Bauteilen, von Wärmekraft maschinen einsetzbar ist.The invention has for its object the disadvantages of the known Avoid measuring instruments and measuring methods and a temperature indicator to create the not only minimal dead weight and smallest installation has dimensions and so requires only small effective component surfaces different, but is also independent of inertial forces and therefore with fast moving components, from thermal power machines can be used.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This object is achieved with the features of patent claim 1.

Der erfindungsgemäße Temperaturindikator zeichnet sich dadurch aus, daß das Material temperaturspezifisch seine Gefügestruktur ändert. Es wird also nicht, wie im Stand der Technik (vgl. DE-OS 20 63 754) bekannt, aus einer makro skopischen Gestaltänderung auf eine Expositionstemperatur geschlossen, sondern aus einer mikroskopischen Gefügeänderung. Hierdurch ist die temperaturspezifische Veränderung von Trägheitskräften unabhängig und ermöglicht so einen weiten Einsatzbereich unter Einschluß von z. B. schnell rotierenden Bauteilen. Die Struktur des Ausgangsgefüges er fährt innerhalb eines engen Temperaturbereiches eine charakteri stische, irreversible Veränderung, wodurch auf die Expositionstempera tur geschlossen wird. Dabei wird eine sehr exakte und von der Exposi tiondauer praktisch unabhängige Anzeige erzielt. Darüber hinaus sind mit der erfindungsgemäßen Lösung in einfacher Weise unterschiedlichste Temperaturbereiche und Temperaturpunkte zu fixieren, indem eine ent sprechende Legierung für die Anzeigekorngruppe verwendet wird. Die Verwendung einer Korngruppe mit evakuierten Zwischenräumen stellt in sofern eine besonders glückliche Lösung dar, als hierdurch vorher vor handene Korngrenzen verschwinden und dieses Verschwinden der Korngren zen sehr klar und eindeutig bei einer mikroskopischen Untersuchung feststellbar ist. The temperature indicator according to the invention is characterized in that that the material changes its structure depending on the temperature. It is therefore not, as in the prior art (see. DE-OS 20 63 754), from a macro scopic shape change concluded on an exposure temperature, but from a microscopic structural change. This is the temperature-specific change of inertial forces independently and thus enables a wide range of applications including z. B. fast rotating components. The structure of the initial structure drives a character within a narrow temperature range tical, irreversible change, which affects the exposure temperature door is closed. This is a very exact and from the Exposi practically independent display achieved. Beyond that very different with the solution according to the invention in a simple manner Fix temperature ranges and temperature points by adding an ent speaking alloy is used for the display grain group. The Use of a grain group with evacuated gaps represents in if it is a particularly happy solution than before existing grain boundaries disappear and this disappearance of the grain boundaries zen very clear and unambiguous in a microscopic examination is noticeable.

Werden in spezieller Ausführung der Erfindung eutektische Legierungen zur Herstellung der Temperatur-Indikatorelemente bzw. der diese bildenden Korngruppen verwendet, so sind äußerst genaue Meßergebnisse zu erwarten, denn Eutektika entstehen bekanntlich in einem engen Legierungs- und Temperaturbereich.Are eutectic in a special embodiment of the invention Alloys for the production of the temperature indicator elements or the grain groups forming them are so extremely accurate measurement results to be expected, because eutectics are known to arise in a narrow alloy and Temperature range.

Zum Messen eines bestimmten Temperaturbereiches, insbesondere zwischen 200 bis 2000°C, werden, um diesen Temperaturbe reich eingrenzen und einzelne Temperaturen bestimmen zu können, viele erfindungsgemäße Temperatur-Indikatoren bzw. Temperatur-Indikatorelemente, insbesondere in einem gemein samen Trägerkörper eingesetzt, wobei die einzelnen Indikator elemente verschiedene eutektische Legierungszusammensetzungen und damit auch verschiedene eutektische Temperaturen auf weisen.For measuring a certain temperature range, in particular between 200 to 2000 ° C, be around this temperature narrow down and determine individual temperatures can, many temperature indicators according to the invention or Temperature indicator elements, especially in one common seed carrier used, the individual indicator elements various eutectic alloy compositions and thus also different eutectic temperatures point.

Die Untersuchung des umgewandelten Indikatorgefüges erfolgt metallographisch.The converted indicator structure is examined metallographically.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Er findung dargestellt. Es zeigtIn the drawing is an embodiment according to the Er shown. It shows

Fig. 1 ein Erstarrungs- bzw. Zustandsdiagramm eines von vielen möglichen Legierungssystemen, Fig. 1 is a diagram of a solidification or state of many possible alloy systems,

Fig. 2 ein Temperatur-Indikatorelement in Form einer Korngruppe vor der Temperatureinwirkung, Fig. 2, a temperature indicator element in the form of a particle group prior to the action of temperature,

Fig. 2a einen Ausschnitt A des Temperatur-Indikator elementes nach Fig. 2, Fig. 2a shows a detail A of the temperature indicator element according to Fig. 2,

Fig. 3 das Temperatur-Indikatorelement nach Fig. 2 nach der Temperatureinwirkung, Fig. 3, the temperature indicator element according to Fig. 2 according to the temperature effect,

Fig. 3a einen Ausschnitt B des Temperatur-Indikator elementes nach Fig. 3, Fig. 3a shows a detail B of the temperature indicator element according to Fig. 3,

Fig. 4 einen vollständigen Temperatur-Indikator mit mehreren gleichen Temperatur-Indikatorelementen und Fig. 4 shows a complete temperature indicator with several identical temperature indicator elements and

Fig. 5 einen vollständigen Multi-Temperatur-Indikator mit mehreren verschiedenen Temperatur-Indikator elementen. Fig. 5 elements a complete multi-temperature indicator with several different temperature indicator.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Zustandsdiagramm ist auf der Abszisse, welche die Achse für die jeweiligen Legierungsbe standteile, z. B. A und B, bildet, das Eutektikum E_AB einge tragen. Die Ordinate stellt die Temperaturachse T dar. Auf ihr ist die eutektische Temperatur T_E-AB des Eutektikums E_AB vermerkt.In the state diagram shown in Fig. 1 is on the abscissa, which constituent parts of the axis for the respective alloys, e.g. B. A and B, forms, wear the eutectic E _AB . The ordinate represents the temperature axis T. The eutectic temperature T _{E-AB of} the eutectic E _{AB is} noted on it.

Das in Fig. 2 gezeigte Temperatur-Indikatorelement IE-1 eutektischer Materialzusammensetzung besteht aus mehreren Körnern K_E-AB, deren Teilchen- bzw. Partikelgrenzen PG sich vor der Temperatureinwirkung scharf voneinander abheben, wie aus der Fig. 2a ersichtlich.The temperature indicator element IE- 1 eutectic material composition shown in FIG. 2 consists of several grains K _E-AB , the particle or particle boundaries PG of which stand out sharply from one another before the effect of temperature, as can be seen from FIG. 2a.

Anders ist dies in den Fig. 3 und 3a, bei denen das Tempe ratur-Indikatorelement IE-1 nach der Temperatureinwirkung über der materialspezifischen eutektischen Temperatur T_E-AB ein eutektisches Gesamtgefüge aufweist, in dem die ur sprünglichen Grenzflächen je nach verwendeter Legierung und Expositionsdauer ganz verschwinden oder nur noch unvoll ständig vorhanden sind. Bei starker Diffusion zwischen den Teilchen, z. B. bei hohen Temperaturen oder langer Expositions dauer, kann es von Vorteil sein durch Beschichtung oder Oxydation der Teilchen vor dem Sintern Diffusionsbarrieren zu erzeugen, um den metallographischen Nachweis der Tempe raturüberschreitung (T < T_E) zu erleichtern.This is different in FIGS . 3 and 3a, in which the temperature indicator element IE- 1 has a total eutectic structure after the temperature effect above the material-specific eutectic temperature T _E-AB , in which the original interfaces depending on the alloy used and the duration of exposure disappear completely or are only partially present. With strong diffusion between the particles, e.g. B. at high temperatures or long exposure, it may be advantageous to generate diffusion barriers by coating or oxidation of the particles before sintering, in order to facilitate the metallographic detection of excess temperature (T <T _E ).

Die Fig. 4 zeigt ein vollständiges Temperatur-Indikator element, bei dem in einem Trägerkörper 12 in gegenseitigem Abstand mehrere eutektisch gleiche Temperatur-Indikator elemente IE-1 eingesetzt sind. Mehrere gleiche Indikator elemente erleichtern den metallographischen Nachweis der Überschreitung einer kritischen Höchsttemperatur, da mit größerer Zahl der Indikatorelemente die Wahrscheinlichkeit steigt, eines der Elemente in einer Schliffebene anzu treffen. FIG. 4 shows a complete temperature indicator element, are used in which in a support body 12 in spaced several eutectic same temperature indicator elements IE. 1 Several identical indicator elements make it easier to metallographically prove that a critical maximum temperature has been exceeded, since the greater the number of indicator elements, the greater the likelihood that one of the elements will be found in a ground plane.

In Fig. 5 ist ein Multi-Temperatur-Indikator mit mehreren, in ihren Legierungszusammensetzungen verschiedenen Tempe ratur-Indikatorelementen IE-1, IE-2 bis IE-mn mit daher auch verschiedenen eutektischen Temperaturen T_E _-1, T_E _-2 und T_E-mn darstellt. Mit einem solchen Multi-Temperatur- Indikator können unterschiedliche auf das Bauteil zur Ein wirkung kommende Expositionstemperaturen ermittelt werden, d. h. es kann ein breiter Temperaturbereich eingegrenzt werden.In Fig. 5 is a multi-temperature indicator with several, in their alloy compositions different temperature indicator elements IE- 1 , IE- 2 to IE-mn with therefore also different eutectic temperatures T _E _-1 , T _E _-2 and T _E-mn represents. With such a multi-temperature indicator, different exposure temperatures acting on the component can be determined, ie a wide temperature range can be limited.

Claims

1. Temperature indicator, for installation in moving components of thermal engines, such as gas turbine engines, for determining a critical temperature occurring during operation, such as. B. the permissible maximum temperature, or for measuring a critical temperature range, characterized by a, in particular in a carrier body ( 12 ) arranged, temperature indicator element (IE- 1 ), the grains from a grain group with individual, evacuated intermediate spaces (K _E-AB ) which, when their melting temperature, which corresponds to the operating temperature to be determined, is reached or exceeded and the gaps disappear, unites to form a larger grain.

2. Temperature indicator according to claim 1, characterized in that the individual grains (K _E-AB ) of the grain group of a temperature element (IE- 1 ) consist of a eutectic alloy.

3. Temperature indicator according to claims 1 and 2, characterized in that arranged at a mutual distance from one another, in particular in a carrier body ( 12 ), several identical temperature indicator elements (IE- 1 ) are provided with eutectically identical alloy components ( Fig . 4).

4. Temperature indicator according to claims 1 and 2, characterized in that arranged at a mutual distance from one another, in particular in a carrier body ( 12 ), several different temperature indicator elements (IE- 1 , IE- 2 to IE-mn) with individual grains (K _E-AB or K _E-CD or K _E-mn ) are provided, which share the same eutectic alloy components, from temperature indicator element to temperature indicator element (IE- 1 to IE-mn) however, have different eutectic alloy components.