DE3738440A1 - Verfahren zur herstellung einer elektrischen und mechanischen verbindung von mantel-thermo-leitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Im Gasturbinentriebwerksbau werden u. a. Mantelleitungen der genannten Art eingesetzt, um elektrisch umgesetzte Meßwerte, z.B. aus Drücken und Temperaturen an Triebwerks­ baugruppen wie Verdichter, Brennkammer oder Turbine laufend zu Test- und Auslegungszwecken wie aber auch bei­ spielsweise zur Steuerung und Regelung in Form einschlägiger Triebwerksvariablen (-parameter) zu erfassen.

Reparaturen und Teilzerlegungen des Triebwerks erzwingen häufig eine Trennung der betreffenden Mantelleitungen und im Falle der Triebwerksmontage die Wiederherstellung der betreffenden Verbindungen einander zugehöriger Leitungs­ stränge, was in der Fachsprache auch als sogenanntes "Schäften" oder "Anschäften" bezeichnet wird. Eine "Schäf­ tung" wird vielfach auch dadurch erforderlich, daß infolge Eindringens von Luftfeuchtigkeit Mantelleitungsstränge un­ brauchbar werden und demzufolge durch neue Leitungsstränge ersetzt werden müssen.

Schon vorgeschlagene Schäftungskonzepte verlangen einen verhältnismäßig großen Zeit und Bauaufwand, um häufig mehrere voneinander getrennte elektrische Leitungen unter­ schiedlicher Polarität exakt und für den Langzeiteinsatz masseschlußlos elektrisch und mechanisch betriebssicher zu verbinden.

Ein schon vorgeschlagenes Schäftungskonzept sieht u.a. eine auf die zu verbindenden Mantelleitungsenden aufzuschrumpfen­ de, aus Teflon gefertigte Hülse vor. Dieses Konzept scheidet bereits aus der Sicht mangelnder Temperaturbeständigkeit aus, und zwar bei Temperaturen über etwa 260°C (Langzeiteinsatz) oder etwa 350°C (Kurzzeiteinsatz).

Ein weiterer Vorschlag sieht die Schäftung zweier Mantel­ leitungen auf einem mit Hochtemperaturzement isolierten Unter­ grund vor; bereits aus der Sicht eines enormen Zeitaufwands kann dieser Vorschlag als nicht praktikabel bezeichnet wer­ den, da hierbei verschiedene Lagen Zement jeweils wenigstens 1 Stunde bei einer Temperatur von etwa 180°C ausgehärtet werden müssen; auch dürfte es beim genannten Vorschlag als nachteilhaft anzusehen sein, daß die zur Bereitstellung der Aushärtung extern aufzubringende Wärme vergleichsweise rasch aus dem Schäftungsverbund abfließt, wodurch wiederum der Schäftung unmittelbar benachbarte Bauteile des Triebwerks unzulässig erwärmt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Mantelleitungsenden auf verhältnismäßig einfache Weise so betriebssicher verbindbar sind, daß äußere Umgebungskriterien wie vergleichsweise hohe Temperaturen und Luftfeuchtigkeit beherrscht werden können.

Die gestellte Aufgabe ist bei einem Verfahren nach der ein­ gangs genannten Art durch die im Kennzeichnungsteil des Patent­ anspruchs 1 angegebenen Merkmale erfindungsgemäß gelöst.

Daraus ergeben sich für eine parallele Verbindung oder eine Längsverbindung u. a. folgende Vorteile:

• 1. Eindeutige parallele Fixierung der Drahtenden innerhalb der Schäftung mittels des kapillarartigen keramischen Einsatztes mit Längsbohrungen. Keine Möglichkeit für einen Masseschluß.
• 2. Die einwandfreie Drahtführung im keramischen Einsatz ermöglicht exzellente Schweiß- bzw. Lötverbindung an den parallel liegenden Drähten.
• 3. Äußerst geringer Platzbedarf bei unkomplizierter Verar­ beitung. Bei Notwendigkeit kann die Verbindung weiter miniaturisiert werden.
• 4. Durch die Wahl der geeigneten Lote für die Außenhülse ist eine Anpassung der Schäftungen an Temperaturen bis 900°C möglich. Durch den Einsatz eines Nickellots wären auch Temperaturen über 900°C beherrschbar.
• 5. Die Verbindung ist hermetisch gekapselt und somit gegen Luftfeuchte, Öl und aggressive Medien unempfindlich.
• 6. Alle Schäftungen sind mit Teilen aus Meterware herstell­ bar. Es sind keine komplizierten Hilfsmittel oder Werk­ zeuge erforderlich, somit ist die Durchführung der Arbei­ ten auch unter Freifeldbedingungen möglich.
• 7. Die Verbindungen können vor dem endgültigen Verlöten der Außenhülse visuell und elektrisch in ihrer mechanischen Endlage geprüft werden.
• 8. Durch die "fliegende Anordnung" kann die Schäftung an jeder beliebigen Stelle am Triebwerk, also auch an ört­ lich heißen Stellen untergebracht werden, ohne kon­ struktiv eine Unterbringung in kühleren Bereichen schaffen zu müssen.
• 9. Außer den zuvor erwähnten Punkten ergeben sich folgende Möglichkeiten für den Einsatz dieser Verbindungen bzw. Schäftungen:
  • 9.1 Bei schwierigen Montageabläufen (kein direktes Herausziehen der Leitungen möglich) können die verschiedenen Bauteile oder Baugruppen bzw. Module eines Gasturbinentriebwerks vorinstrumentiert wer­ den, während die Schäftung unmittelbar vor der mechanischen Verbindung der Bauteile, -gruppen oder Module erfolgt. So sind Leitungsführungen möglich, die sonst nicht ausgeführt werden können.
  • 9.2 Bei Teilzerlegungen können Meßleitungen an vorge­ sehenen Trennstellen gekappt und bei erneuter Mon­ tage an den eingelegten Loslängen geschäftet wer­ den. Dadurch entfallen bei Modulbauweise Montage­ schritte längs der Leitungsführung.

Insbesondere im Hinblick auf eine Parallelverbindung oder -schäftung ermöglicht die Erfindung mit Rücksicht auf ver­ hältnismäßig geringe räumliche Abstände zwischen den Triebwerksbaugruppen oder -modulen quer zur Triebwerksachse bzw. quer zu den Komponentenachsen verlaufende Verbindungen ohne große Schleifenbildung (Knickgefahr!) der Mantel­ leitungen bzw. Schäftungen.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Parallelverbindung bzw. -schäftung zwischen zwei Mantel-Thermo-Leitungsenden, teilweise auf­ geschnitten dargestellt,

Fig. 2 die gegenüber Fig. 1 um 90° verdrehte Ansicht der Parallelverbindung oder -schäftung, im Sinne der genannten Ver­ drehung teilweise aufgeschnitten dar­ gestellt,

Fig. 3 eine Längsverbindung oder -schäftung an zwei Mantel-Thermo-Leitungsenden, teilweise aufgeschnitten dargestellt und

Fig. 4 einen Schnitt gemäß III-III der Fig. 3.

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen zugeordneten Enden von Mantel- Thermo-Leitungen angegeben, bei denen Drähte 1, 2; 3, 4 elek­ trisch isoliert und umgebungsgeschützt in Metallmäntel 5, 6 eingebettet sind; grundsätzlich sollen bei dem Verfahren aus den Metallmänteln 5, 6 herausragende Enden der Drähte, z.B. 2, 4 bzw. 1, 3, durch Längsbohrungen 7, 8 eines keramischen Einsatzes 9 hindurchgeführt, an diesem masseschlußlos gehal­ tert und entlang einander überlappend aus dem Einsatz 9 herausragender Abschnitte gleicher Polarität miteinander ver­ schweißt oder verlötet werden (Schweißpunkte 10), hierauf soll die den Einsatz 9 enthaltende elektrische Verbindung mittels einer auf die Metallmäntel 5, 6 aufgeschobenen metal­ lischen Außenhülse 11 durch Lötung hermetisch verschlossen werden (Lötnähte 12 bzw. am Spaltende 15).

Zum Beispiel im Wege einer Zange können die Enden der Drähte 2, 4 im Hinblick auf die vorgegebene Anordnung der Längsbohrungen 7, 8 des Einsatzes 9 vorgeformt und dann gegebenenfalls noch auf das erforderliche Längenmaß zugeschnitten werden. Wie bei­ spielsweise am Ende des Drahtes 2 verdeutlicht, muß dieses nach innen (Fig. 1) und außen (Fig. 2) in Anpassung an die Lage der zugehörigen Bohrung 7 umgebogen sowie am übrigen Ende begradigt werden, um in Längsrichtung mit der Bohrung 7 fluchten zu können.

Im Rahmen der zuvor genannten Merkmale - soweit sie mit den Merkmalen nach den Patentansprüchen 1 und 2 übereinstimmen - ist die Erfindung durchaus auch für eine später noch näher erläuterte Längsschäftung äußerst praktikabel.

Um die Verbindungsvorkehrungen zu erleichtern, ist es bei einer Parallelverbindung oder -schäftung von Mantel-Thermo -Leitungen nach Fig. 1 und 2 vorteilhaft, daß vor Durch­ führung der Halterung und Verbindung der Drahtenden am keramischen Einsatz 9 zunächst zwei Endabschnitte der Metallmäntel 5, 6 mittels einer Fixierhülse 13 unverrückbar und in gemeinsamer Längenanpassung aneinander festgelegt wer­ den. Die Fixierhülse 13 wird mit den Metallmänteln 5, 6 mecha­ nisch verklemmt und dann mit den Mänteln 5, 6 verlötet (Löt­ nähte 14); nach vorzugsweise gemeinsamer Verlötung 14 bzw. 12 der Fixierhülse 13 wie auch des einen Endteils der Außen­ hülse 11 mit den beiden Endabschnitten der Metallmäntel 5, 6 kann ferner ein auf der gegenüberliegenden Seite an der Außenhülse 11 verbliebenes offenes Endteil 15 entenfußartig zusammengedrückt und dann durch Schweißen oder Löten herme­ tisch verschlossen werden. Die Zusammendrückung kann mittels einer geeigneten Formzange durchgeführt werden, deren Zangen­ backen entsprechend der gewollten Zusammendrückung vorge­ formte Ausprägungen aufweist.

Gemäß Fig. 3 weisen bei einer Längsverbindung oder -schäftung von Mantel-Thermo-Leitungen örtlich einander gegenüber­ liegend zu positionierende Endabschnitte der Metallmäntel 16, 17 mit diesen verlötete (Lötnähte 18, 19) und wandver­ stärkende metallische Innenhülsen 20, 21 auf, auf welche eine gemeinsame metallische Außenhülse 23 aufgeschoben wird, nachdem zuvor die elektrische Verbindung am keramischen Einsatz 24 hergestellt worden ist.

Zweckmäßiger- und vorteilhafterweise sollte die Außenhülse 23 bereits vor Herstellung der elektrischen Verbindung am Einsatz 24 bereits auf einen der beiden Metallmäntel 16 bzw. 17 lose aufgesetzt worden sein.

Die gemeinsame Außenhülse 23 soll nach dem Aufschieben auf beide Innenhülsen 20, 21 mit letzteren verlötet (Lötstellen 25, 26) und so die elektrische Verbindung nebst Einsatz 24 gegenüber der äußeren Umgebung hermetisch verschlossen wer­ den.

Zwecks Vereinfachung des Verfahrens können erst nach dem Auf­ schieben der gemeinsamen Außenhülse 23 auf die Innenhülsen 20, 21 die letzteren mit den betreffenden Endabschnitten der Metallmäntel 16, 17 verlötet werden (Lötnähte 18, 19). Mit anderen Worten können also nach dem Aufschieben der Außen­ hülse 23 die genannten Verlötungen 18, 19 sowie 25, 26 (Fig. 3) durchgeführt werden.

Gemäß dem Verfahren können die Innenhülsen 20, 21 so auf die Endabschnitte der beiden gemäß Fig. 3 einander gegenüber­ liegenden Metallmäntel 16, 17 aufgeschoben bzw. aufgesetzt werden, daß die mit den herausragenden Drähten 26, 27 bzw. 28, 29 versehenen Endteile der Metallmäntel 16, 17 gering­ fügig die einander zugekehrten Endflächen beider Innenhülsen 20, 21 überragen.

Im Rahmen der Längsschäftung gemäß Fig. 3 und 4 können also zunächst Enden der Drähte 26, 27 unterschiedlicher Polarität eines mit der einen Innenhülse 20 versehenen Endabschnitts des einen Metallmantels 16 durch zugeordnete voneinander getrennte Längsbohrungen 30, 31 (Fig. 4) des Einsatzes 24 hindurchgeschoben werden; hierauf können die Enden der Drähte 28, 29 unterschiedlicher Polarität eines mit der anderen Innenhülse 21 versehenen Endabschnitts des übrigen Metall­ mantels 17 durch die schon genannten Längsbohrungen 30, 31 des Einsatzes 24 soweit und derart hindurchgeschoben werden, daß jeweils beidseitig des Einsatzes 24 einander überlappend geführte Abschnitte der Drähte 26, 28 bzw. 27, 29 gleicher Polarität vorliegen, an denen eine örtliche Punktschweißver­ bindung P erfolgt.

Wie ferner aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, können die jeweils äußersten Enden 32, 33 bzw. 34, 35 der beidseitig aus dem Ein­ satz 24 herausragenden Drähte 26, 27 bzw. 28, 29 zwecks Ausbil­ dung der örtlichen Punktschweißverbindung gegenüber einem unmittelbar benachbarten durchlaufenden Draht 28, 29 bzw. 26, 27 gleicher Polarität seitlich abgekrümmt werden.

Wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, können die am bzw. in der Nähe des Einsatzes 24 miteinander verschweißten oder verlöteten Drahtenden, vor dem Aufschieben der Außenhülse 23, in ein Dielektrikum 24′ eingebettet werden.

In weiterer Ausgestaltung ist die Erfindung durch die Verwen­ dung eines im Wege der genannten Längsbohrungen 7, 8 (Fig. 1 und 2) bzw. 30, 31 (Fig. 3 und 4) kapillarförmig ausgebildeten keramischen Einsatzes 9 bzw. 24 gekennzeichnet mit ent­ sprechend der Anzahl der paarweise zu verbindenden Enden der Drähte räumlich getrennt sowie in gleichmäßigen Abständen parallel neben- und/oder übereinander angeordneten Längs­ bohrungen oder -öffnungen, bzw. in Ausbildung als Mehrlochkapillare.

Um eine optimale Lötung sowie im Hinblick auf variable Einsatztemperaturen eine beständig hermetisch dichte Verbin­ dung zu gewährleisten, sollen ferner gleiche oder ähnliche metallische Werkstoffe mit gleichen oder sehr ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten für die Außenhülse und für die betreffenden Metallmäntel vorgesehen werden unter Ein­ schluß gegebenenfalls der Innenhülsen.

Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Außen­ hülse und die betreffenden Metallmäntel aus Nickel oder einer Nickellegierung gefertigt werden, dies ebenfalls im gegebenen Fall unter Einschluß der Innenhülsen.

Im Hinblick auf Hochtemperatureinsätze ist es vorteilhaft, daß Außenhülse, gegebenenfalls Innenhülsen (soweit vorhanden) und Metallmäntel aus Platin oder einem überwiegend platin­ haltigen Werkstoff gefertigt oder mit einem dieser Werkstof­ fe beschichtet sein können.

Eine Längsschäftung nach Fig. 3 und 4 kann in Arbeitsschrit­ ten erfindungsgemäß z.B. wie folgt dargestellt werden:

• - Abisolieren, Befestigen der Innenhülse 20, Formbiegen der Drähte 26, 27, Polkennzeichnung (+Pol), Auffädeln des Einsatzes 24 auf die Drähte 26, 27 (hier links);
• - Polrichtiges Einführen der Drähte 28, 29 (hier von rechts), nachdem diese ebenfalls zuvor durch Form­ biegen angepaßt worden sind, Nachausrichten der Drähte 26, 27 bzw. 28, 29, die aus dem Einsatz 24 her­ ausragen, Punktschweißen P sowie Abtrennen von je­ weiligen Drahtüberlängen;
• - Aufbringen des jeweiligen Dielektrikums 24′;
• - Aufschieben der Außenhülse 23 und Verlötung gemäß Lötnähten 18, 19 bzw. 25, 26.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen und mecha­ nischen Verbindung zwischen zugeordneten Enden von Mantel- Thermo-Leitungen, bei denen Drähte elektrisch isoliert und umgebungsgeschützt in Metallmäntel eingebettet sind, da­ durch gekennzeichnet, daß aus den Metallmänteln (5, 6) herausragende Enden der Drähte (2, 4, 1, 3) durch Längs­ bohrungen (7, 8) eines keramischen Einsatzes (9) hindurchge­ führt, an diesem masseschlußlos gehaltert und entlang einander überlappend aus dem Einsatz (9) herausragender Abschnitte gleicher Polarität miteinander verschweißt oder verlötet werden, worauf die den Einsatz (9) enthal­ tende elektrische Verbindung mittels einer auf die Metall­ mäntel (5, 6) aufgeschobenen metallischen Außenhülse (11) durch Lötung hermetisch verschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Drähte (2, 4) im Hinblick auf die vorge­ gebene Anordnung der Längsbohrungen (7) des Einsatzes (9) vorgeformt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere zur Parallel­ verbindung oder -schäftung von Mantel-Thermo-Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß vor Durchführung der Verfahrens­ vorkehrungen zur Halterung der Drahtenden am keramischen Einsatz (9) zunächst zwei Endabschnitte der Metallmäntel (5, 6) mittels einer Fixierhülse (13) unverrückbar und in gemeinsamer Längenanpassung aneinander festgelegt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 insbesondere zur Längs­ verbindung oder -schäftung von Mantel-Thermo-Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß auf örtlich einander gegen­ überliegend zu positionierende Endabschnitte der Metall­ mäntel (16, 17) wandverstärkende metallische Innenhülsen (20, 21) aufgesetzt werden, auf die eine gemeinsame metallische Außenhülse (23) aufgeschoben wird, nachdem zuvor die elektrische Verbindung am keramischen Einsatz (24) hergestellt worden ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse (23) bereits vor Herstellung der elektri­ schen Verbindung am Einsatz (24) auf einen der beiden Me­ tallmäntel (16, 17) geschoben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Außenhülse (23) nach dem Aufschieben auf beide Innenhülsen (20, 21) mit letzteren verlötet und so die elektrische Verbindung nebst Einsatz (24) gegen­ über der äußeren Umgebung hermetisch verschlossen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß erst nach dem Aufschieben der gemeinsamen Außenhülse (23) auf die Innenhülsen (20, 21) die letzteren mit den betref­ fenden Endabschnitten der Metallmäntel (16, 17) verlötet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach vorzugsweise gemeinsamer Befestigung bzw. Verlötung (12; 14) eines Endteils (8) der Außenhülse (11) sowie der Fixierhülse (13) mit den beiden Endabschnitten der Metall­ mäntel (5, 6) ein auf der gegenüberliegenden Seite an der Außenhülse (11) verbliebenes offenes Endteil (15) enten­ fußartig zusammengedrückt und dann durch Löten oder Schweißen hermetisch verschlossen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülsen (20, 21) so auf die Endabschnitte der Metallmäntel (16, 17) aufgeschoben werden, daß die mit den herausragenden Drahtenden versehenen Endteile der Metall­ mäntel (16, 17) die zugehörigen Endflächen der Innenhülsen (20, 21) überragen.

10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Enden von Drähten (26, 27) unterschiedlicher Pola­ rität eines mit der einen Innenhülse (20) versehenen Endab­ schnitts des einen Metallmantels (16) durch zugeordnete voneinander getrennte Längsbohrungen (30, 31) des Einsatzes (24) hindurchgeführt und erst hierauf die Enden von Drähten (28, 29) unterschiedlicher Polarität eines mit der anderen Innenhülse (21) versehenen Endabschnitts des übrigen Metallmantels (17) durch die genannten Längsboh­ rungen (30, 31) des Einsatzes (24) soweit und derart hin­ durchgeschoben werden, daß jeweils beidseitig des Ein­ satzes (24) einander überlappend geführte Drähte (26, 28; 27, 29) gleicher Polarität vorliegen, an denen eine örtliche Punktschweißverbindung (P) erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils äußersten Enden (32, 33 bzw. 34, 35) der beid­ seitig aus dem Einsatz (24) herausragenden Drahtabschnitte zwecks Ausbildung der örtlichen Punktschweißverbindung (P) gegenüber einem unmittelbar benachbarten durchlaufenden Draht (28, 29 bzw. 26, 27) gleicher Polarität seitlich ab­ gekrümmt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die am keramischen Einsatz (24) verlöteten oder verschweißten Drahtenden, vor dem Aufschieben der Außenhülse (23), in ein Dielektrikum (24′) eingebettet werden.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Verwendung eines im Wege der genannten Längsbohrungen (7, 8; 30, 31) kapillarförmig ausgebildeten keramischen Einsatzes (9; 24) mit entspre­ chend der Anzahl der paarweise zu verbindenden Enden der Drähte räumlich getrennt sowie in gleichmäßigen Abständen parallel neben- und/oder übereinander angeordneten Längs­ bohrungen oder -öffnungen bzw. in der Ausbildung als Mehrlochkapillare.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß gleiche oder ähnliche metal­ lische Werkstoffe mit gleichen oder sehr ähnlichen Wärme­ dehnungenkoeffizienten für die Außenhülse, die Innenhül­ sen und die für die betreffenden Metallmäntel vorgesehen werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse, die Innenhülsen und die betreffenden Metallmäntel aus Nickel oder einer Nickellegierung ge­ fertigt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Außenhülse, Innenhülsen und Metallmäntel aus Platin oder einem überwiegend platinhaltigen Werkstoff gefertigt oder mit einem dieser Werkstoffe beschichtet sind.