DE3937194A1 - Hochtemperatur-fluidsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Sensoren für hohe Temperaturen oder Feuer zur Verwendung in Umgebungen, die Fluide enthalten, die außerordentlich hohe Temperaturen an­ nehmen können, beispielsweise ein Gefäß oder ein Rohr, das mittels Luft, Gas oder mittels einer Flüssigkeit unter Druck gesetzt ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Hochtemperatur-Fluidsensor mit einem schmelzbaren Detektor.

Hochtemperatur-Fluidsensoren stehen gegenwärtig zur Verwendung in den genannten Umgebungen zur Verfügung, die auch Hochdruckanwendungen umfassen, wobei ein mechanischer Schalter verwendet wird, der durch Hitze aktiviert wird. Solche Sensoren sind aus den folgenden Gründen allgemein nachteilig:

• 1. Hohe Kosten,
• 2. geringe Zuverlässigkeit,
• 3. lange Ansprechzeit.

Es sind Hochtemperatur-Fluidsensoren bekannt, die schmelzbare Glieder haben. Diese sind allgemein den wärmeaktivierten Schalttypen überlegen, weil sie weniger kost­ spielig und zuverlässiger sind und weil sie ein schnelles Ansprechen ermöglichen. Beispiele hierfür finden sich in US 2 54 887 (1882) und US 33 87 593 (1968).

Ziel der Erfindung ist es, einen neuen Hochtemperatur-Fluidsensor mit einem schmelzbaren Detektor zu schaffen, der einige bisher im Stand der Technik unbe­ kannte Merkmale und Vorteile aufweist.

Die Erfindung ist insbesondere in den Patentansprüchen offenbart und gekenn­ zeichnet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungs­ gemäßen Sensors;

Fig. 2 ist eine Endansicht von der linken Seite von Fig. 1 gesehen;

Fig. 3 ist eine Endansicht von der rechten Seite von Fig. 1 gesehen;

Fig. 4 ist eine vergrößerte Seitenansicht des Kopfendes des Körpers des Sensors, wobei das schmelzbare Material nur in gestrichelten Linien dargestellt ist;

Fig. 5 ist eine Endansicht des Kopfendes von der rechten Seite von Fig. 4 gesehen;

Fig. 6 ist eine Ansicht entsprechend Fig. 4, jedoch in Draufsicht.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel des Sensors 10 weist einen durch Spritzen aus polymerem Material hergestellten Körper 12 mit einer Längsachse 14 auf. Ein Paar elektrischer Leiter 16 und 16 a ist innerhalb des Körpers 12 untergebracht, und die Leiter liegen im wesentlichen parallel zu der Achse 14. Teile der Leiter 16 und 16 a ragen von den entgegengesetzten axialen Enden A und B des Körpers 12 vor. Die vorragenden Teile der Leiter 16 und 16 a an dem Ende B sind durch schmelzbares Material 18 umgriffen und elektrisch überbrückt. Es befindet sich jedoch kein schmelzbares Material 18 zwischen den vorragenden Teilen der Leiter 16 und 16 a. Stattdessen ist ein Puffer 20 aus polymerem Material dazwischen aus Gründen vorhanden, die unten erläutert werden.

Der Abstand oder Leerraum 22 zwischen den vorragenden Teilen der elektri­ schen Leiter 16 und 16 a am axialen Ende B muß mit einem isolierenden Material gefüllt sein. Wenn der Hohlraum 22 offen oder mit schmelzbarem Material 18 gefüllt ist, würde ein elektrisch leitender Pfad selbst dann bestehen bleiben, wenn das schmelzbare Material 18 sich in geschmolzenem Zustand befindet. Eine Kriech- oder Dochtwirkung des geschmolzenen schmelzbaren Materials würde die Tendenz haben, das geschmolzene schmelzbare Material zwischen den vor­ ragenden Teilen der Leiter 16 und 16 a zu halten. Demgemäß wird bei der Er­ findung der Hohlraum 22 mit dem polymeren Puffer 20 während des Spritzens des Körpers 12 ausgefüllt. Der Puffer 20 vermindert auch die Menge des schmelzbaren Materials 18, wodurch die Ansprechzeit des Sensors 10 bei dessen Aktivierung bei hohen Temperaturen verbessert wird.

Der Puffer 20 hat eine mechanische Halterung in Form einer V-förmigen Kerbe 24, die das schmelzbare Füllermaterial 18 mechanisch an dem Kopfteil 26 des Sensors 10, der einen kleinen Durchmesser aufweist, verriegelt.

Die V-förmige Kerbe 24 ist einer runden, quadratischen oder rechteckigen Kerbe oder Halterung überlegen, weil sie einen besseren Fluß des Kunststoffes während des Spritzens, einen dauerhafteren Einsatz an dem Spritzwerkzeug und ein besseres Füllen des Hohlraums während des Anbringens des schmelzbaren Materials ermöglicht und weil sie das schmelzbare Material 18 näher an die Umfangsoberfläche bringt, wo die Reaktionszeit gegenüber einer hohen Tempe­ ratur kürzer ist.

Wie bereits gesagt, hat der Körper 12 einen Kopfteil 26 mit kleinem Durch­ messer. Er hat auch einen Schaftteil 28 mit größerem Durchmesser sowie einen abgeschrägten Übergangsabschnitt 30. Die Abschrägung des Abschnitts 30 bildet eine abgewinkelte Rampe, die es dem geschmolzenen schmelzbaren Mate­ rial 18 gestattet, von den vorstehenden Teilen der elektrischen Leiter weg­ zufließen, wenn der Sensor 10 in aufrechter Stellung verwendet wird. Der Rampenwinkel beträgt vorzugsweise zwischen 30 und 60°, und er ist in Fig. 1 mit 45° gezeigt.

Bei der Herstellung des Sensors 10 wird der Kopfteil 26 nach unten in eine heiße Schmelze eingesetzt, durch die das schmelzbare Material 18 aufge­ bracht wird. Das geschmolzene schmelzbare Material 18 füllt während dieses Formvorgangs die V-förmige Kerbe 24. Die Kerbe 24 hat eine abgewinkelte Rampe 32 an einem Ende, um es eingeschlossenen Gasen zu gestatten, während des Formvorgangs zu entweichen. Auch dieser Rampenwinkel beträgt vorzugs­ weise zwischen 30° und 60°. Der Winkel der Rampe 32 ist in Fig. 4 mit 45° dargestellt, und die Rampe 32 endet an einem Ende und an der äußeren Ober­ fläche des Kopfteils 26.

Der Körper 12 hat ein kegeliges Rohrgewinde 34, das dazu dient, den Sensor durch die Wand eines Druckgefäßes oder Druckrohres hindurch zu installieren. Das Gewinde 34 ist auf dem Schaftteil 28 ausgebildet. Es sind elektrische Verbindungen mit den blattartigen elektrischen Anschlüssen 36 hergestellt.

Der mit Gewinde 38 versehene Teil des Körpers 12, benachbart zu den blatt­ artigen Anschlüssen 36, wird verwendet, um Zubehörteile anzubringen, bei­ spielsweise ein Kennzeichnungsschild oder einen Verbinder für eine Abschir­ mung oder ein Schutzschild für eine Kabelbaum-Verdrahtung.

Der aus gespritztem polymerem Material hergestellte Körper 12 trägt die elektrischen Leiter 16 und 16 a, schafft einen geeigneten Abstand zwischen diesen an dem schmelzbaren Ende B, schafft einen geeigneten Abstand der An­ schlüsse an dem Verbindungsende A, schafft eine Abdichtung in einem Druck­ gefäß mittels der einstückig mit dem Körper ausgebildeten Gewinde 34, weist einen sechseckigen Kopf 40 zum Einsetzen und Entfernen auf und hat schließ­ lich einen mit Gewinde 38 versehenen verlängerten Kopf zum Anschließen von Zubehörteilen, wie Kennzeichnungsschildern oder Abschirmungsadaptern. Der Körper 12 ist aus einem elektrisch nicht leitenden Material mit einer dielek­ trischen Stärke von 400 Volt/mil oder besser nach der Vorschrift ASTM D-149 hergestellt, so daß die Leiter 16 und 16 a nicht gegenüber dem Körper 12 isoliert werden müssen. Der Sensor 10 kann in einer unter Druck stehenden oder in einer nicht unter Druck stehenden Umgebung verwendet werden.

Speziell ist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Körper aus Polyätherimid-Harz hergestellt, das 10 bis 40% darin feinstverteilte Glas­ verstärkung aufweist. Alternativ kann Polyphenylen-Sulfid oder ein flüssiges Kristallpolymer verwendet werden. Jedes dieser Polymere bietet gute Abdicht­ eigenschaften, so daß die Verwendung zusätzlicher äußerer Dichtungsmittel für das Gewinde bei vielen Anwendungsfällen nicht erforderlich ist. Die Glasverstärkung liefert hohe Stärke bei erhöhten Temperaturen.

Die Kontur des schmelzbaren Materials 18 bildet eine zylindrische Hülse. Dieser Umriß hat mehrere vorteilhafte Eigenschaften:

• a) Er hat ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, wodurch eine gute Wärmeübertragung und eine kurze Ansprechzeit beim Schmelzen ge­ geben sind.
• b) Er hat eine gute aerodynamische Gestalt, um geringe Störungen oder Widerstände in einer Strömung zu erzeugen. Die Luft- oder Gasgeschwin­ digkeiten an dem schmelzbaren Material 18 könnten 550 bis 600 km/h überschreiten. Die zylindrische Gestalt vermindert die aerodynamische Erosion.
• c) Die äußere Kontur ist symmetrisch, so daß ihre Wirkung nicht von ihrer Orientierung abhängt.
• d) Schmelzbares Material ist leicht anzubringen und in einen zylindrischen Umriß zu formen.

Die elektrischen Leiter 16 und 16 a müssen während des Spritzens des Körpers 12 genau lokalisiert sein. Es ist schwer, die Leiter an dem Ende B zu halten und den Kunststoff dazwischen über die ganze Länge bis zu diesem Ende ein­ zuspritzen. Die Leiter 16 und 16 a sind um etwa 3 mm (0,125 Zoll) verlängert, um es Werkzeugen zu gestatten, die Leiter während des Spritzens in genauer Ausrichtung zu halten. Die etwa 3 mm vorragenden Spitzen der Leiter werden dann vor dem Anbringen des schmelzbaren Materials 18 abgeschnitten. Diese Verlängerungen 42 sind in gestrichelten Linien in Fig. 4 und 6 gezeigt.

Es ist wünschenswert, den Durchmesser des Kopfteils 26 so klein wie möglich zu halten, um die Kosten zu vermindern und den aerodynamischen Einfluß auf Luft oder Fluid zu vermindern, die an dem Sensor 10 vorbeiströmen. Der Frei­ raum zwischen den Leitern 16 und 16 a und der Wand des Kopfteils 26 muß kon­ trolliert werden. Es besteht eine natürliche Tendenz, daß der eingespritzte Kunststoff die Leiter 16 und 16 a nach außen dicht an die Wand drückt. Der erfindungsgemäße Sensor 10 ermöglicht die Verwendung von Stiften in dem Spritzwerkzeug, die die Auswärtsbewegung der Leiter 16 und 16 a während des Spritzvorgangs kontrollieren. Stiftlöcher 44 sind in den Seiten des Kopfteils 26 für die Werkzeugstifte ausgebildet.

Claims (17)

1. Hochtemperatur-Fluidsensor (10) mit einem schmelzbaren Detektor (18), einem Körper (12) mit einer Längsachse (14), einem Paar elektrischer Leiter (16, 16 a), die innerhalb des Körpers (12) untergebracht sind und im allgemeinen parallel zu der Achse (14) liegen, wobei Teile der Lei­ ter (16, 16 a) von entgegengesetzten axialen Enden des Körpers (12) vorragen, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem axialen Ende des Körpers (12) vorragenden Teile der Leiter (16, 16 a) durch schmelzbares, elektrisch leitfähiges Material (18) umgeben und elektrisch überbrückt sind, daß diese Teile der Leiter (16, 16 a) einander gegenüberliegend mit Abstand voneinander angeordnet sind und einen Hohlraum (22) zwischen sich bilden, daß ein Puffer (20) aus elektrisch nicht leitfähigem Material innerhalb des Hohlraums (22) untergebracht ist, und daß an dem Puffer (20) Mittel (24) zum Halten des schmelzbaren Materials (18) aus­ gebildet sind.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel (24) an dem Puffer (20) eine Ausnehmung aufweisen, und daß ein Teil des schmelzbaren Materials (18) in diese Ausnehmung eingreift.

3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Enden des Körpers (12) mit Außengewinde (34) versehen ist.

4. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden des Körpers (12) mit Außengewinde (34, 38) versehen sind.

5. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Kör­ pers (12) einen Schaftteil (28), einen Kopfteil (26) und einen Über­ gangsabschnitt (30) zwischen Schaftteil (28) und Kopfteil (26) und an­ schließend an diese aufweist, daß die mit Abstand voneinander angeord­ neten und einander gegenüberliegenden Teile (42) der Leiter (16, 16 a) von dem Kopfteil (26) vorragen und daß der Übergangsabschnitt (30) eine Einrichtung zum Erleichtern eines Fließens des schmelzbaren Materials (18) von dem Kopfteil (26) zu dem Schaftteil (28) aufweist, für den Fall, daß das schmelzbare Material (18) schmilzt.

6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsab­ schnitt (30) abgeschrägt ausgebildet ist.

7. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffer (20) eine darin ausgebildete Ausnehmung (24) aufweist, und daß die Ausneh­ mung (24) eine Rampe (32) hat, die an einem Ende und an der äußeren Oberfläche des Kopfteils (26) endet.

8. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (12) und der Puffer (20) eine einzige, gemeinsame, einheitliche Struktur oder Ausbildung haben.

9. Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (12) und der Puffer (20) aus einem Polymer geformt sind, das eine Verstär­ kung in sich aufweist.

10. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (12) aus einem Polymer gebildet ist, das aus einer Gruppe gewählt ist, die Polyphenylen-Sulfid, flüssiges Kristallpolymer und Polyätherimid-Harz aufweist.

11. Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer eine feinverteilte Glasverstärkung aufweist.

12. Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (12) etwa 60 bis 90% des Polymers und etwa 10 bis 40% eines Verstärkungs­ materials aufweist, das in dem Polymer feinverteilt ist.

13. Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungs­ material Glas aufweist.

14. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzbare Material (18) zylindrische Gestalt hat.

15. Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (12) Werkzeugangriffsflächen (40) aufweist, die an dem Körper (12) und um diesen herum zwischen den Enden des Körpers ausgebildet sind.

16. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (12) aus einem elektrisch nicht leitfähigem Material gebildet ist, das eine dielektrische Stärke von etwa 400 Volt/mil aufweist.

17. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (12) in seinen Seiten Stiftlöcher (44) aufweist, die in den Körper hinein­ führen und an Zwischenabschnitten der Leiter (16, 16 a) enden.