DE8136048U1

DE8136048U1 - Schutzrohr fuer ein thermoelement

Info

Publication number: DE8136048U1
Application number: DE19818136048
Authority: DE
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1981-12-10
Filing date: 1981-12-10
Publication date: 1982-04-29

Description

SCHIFF v.FÜNER STREHL SCHÜ BEL-HO PF EBBINGHAUS FlNCK

MARIAHILFPLATZ 2 & 3. MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O. D-8OOO MDNCHEN 95

AUSO PROFESSIONaI. RHPRESENTATIv=S BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

KARL LUDWIG SCHIFF (1964-137S) DIPL. CHEM. DR. ALEXANDrR V. FÜNEH DIPL. ING. PETER STR=ML DIPL. CHHM. DR. URSULA SCHÜBEL-HOPF DIPL. ING. DI=TER HB3INGHAUS DR. ING DIETER FINCK

TELEFON (O39) «5Ü54

TELEX S-23 565 AURO D TELEGRAMME AUROMARCPAT MÜNCHEN

Schutzrohr für ein Thermoelement

Die Erfindung betrifft ein Schutzrohr für ein Thermoelement, das zur Messung hoher Temperaturen einer Gasatmosphäre oder eines geschmolzenen Metalls verwendet wird.

Die Verwendung von Bornitrid in einer Atmosphäre hoher Temperatur ist bekannt und ein Schutzrohr aus Bornitrid ist im weiten Umfang verwendet worden, um ein darin enthaltenes Thermoelement zu schützen, da Bornitrid extrem hohen Temperaturen widersteht und ausgezeichnet widerstandsfähig ist gegenüber einem thermischen Schock. Daher sind Schutzrohre aus Bornitrid mit einem darin enthaltenen Thermoelement benutzt worden, um hohe Temperaturen von Gasatmosphären, beispielsweise Helium oder Kohlenmonoxid, ebenso wie von geschmolzenen Metallen, wie z.B. Kupfer, Silber, Mganesium, Zink, Aluminium oder Eisen zu messen. Ein Vorteil von Bornitrid liegt darin, daß es nicht mit einem solchen geschmolzenen Metall reagiert. Jedoch hat das bekannte Schutzrohr aus Bornitrid den Nachteil, daß Bornitrid mit Platin reagiert, was zu einer Zerstörung des Platindrahtes führt, wenn ein gekapseltes Rohr aus Bornitrid als Schutzrohr für

ein Platin/Platin-Rhodium-Thermoelement eingesetzt wird. Als Folge hiervon wird die Lebensdauer des Platin/Platin-Rhodium-Thermoelements verkürzt, wenn das Schutzrohr aus Bornitrid besteht. Es sind zwar Schutzrohre für Thermoelemente bekannt, die aus Tonerde (Aluminiumoxid) mit einem Reinheitsgrad von nicht weniger als 9 9,5 % oder auch aus einer Zusammensetzung bestehen, die im wesentlichen aus Molybdän oder aus Zirkonerde (Zirkondioxid) bestehen, aber diese für TO Schutzrohre bekannten Materialien sind nicht zufriedenstellend, weil sie nachteilig von einer Temperaturänderung beeinflußt werden und dabei auch beschädigt oder zerbrochen werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Schutzrohr für ein Thermoelement anzugeben, das in seiner Widerstandsfähigkeit gegen Hitze ausgezeichnet ist, das einen thermischen Schock aushält und wiederholt verwendbar ist.

Weiter ist es Ziel der Erfindung, ein Schutzrohr für ein Thermoelement anzugeben, das an Temperaturwechsel angepaßt ist und durch solche nicht beschädigt oder zerbrochen wird.

Schließlich ist es Ziel der Erfindung, ein Schutzrohr für ein Thermoelement anzugeben, das widerstandsfähig gegen ein Zersplittern ist und das korrosionsbeständig ist.

Diese Aufgabe wird mit einem im Oberbegriff des Pateni anspruches 1 angegebenen Schutzrohr für ein Thermoelemer gelöst, das erfindungsgemäß nach der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Weise ausgestaltet ist.

Im folgenden wird nun die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben und näher erläutert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Schutzrohr für ein Thermoelement eine äußere Schale auf, die aus einem röhrenförmig geformten Körper aus Bornitrid besteht und aus einem inneren Gehäuse, das aus einem röhrenförmig geformten Körper aus Keramik besteht.

Im folgenden v;ird nun die Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben und näher erläutert.

Die Figur zeigt einen Teilschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Schutzrohres für ein Thermoelement gemäß der vorliegenden Erfindung.

In der Figur ist das Schutzrohr allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet; es weist ein äußeres geformtes. Rohr 1 aus Bornitrid auf, ein inneres geformtes Rohr oder Gehäuse 2 aus Keramik, das in Kontakt mit dem äußeren geformten Rohr 1 montiert ist= Ein Platin/Platin-Rhodium-Thermoelement 3, das mit Aluminiumoxidröhren 4 (Tonröhren) versehen ist, ist lose in das innere Gehäuse 2 eingesetzt, und an dem Ende 5 des Rohres 1 ist das Thermoelement 3 mit einer Anschlußvorrichtung, wie z.B. einer Bolzen-Mutter-Einheit, mit einer Ausgleichsleitung verbunden, die fest an dem öffnungsende des Schutzrohres 10 montiert ist.

Bei der vorliegenden Erfindung wird das Formrohr 1 aus Bornitrid, das als äußere Schale eingesetzt wird, vorzugsweise hergestellt, indem Bornitridpulver bei einer Tempe^· ratur oberhalb von 1500⁰C unter Anwendung eines Druckes von 100 bis 500 kg/cm² geformt wird, so daß ein geformter

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Block aus heiß gepreßtem Bornitrid gebildet wird, indem

ein Stab mit den gewünschten Abmessungen und der gewünschten Gestalt von dem geformten Block abgeschnitten wird, und indem dieser Stab gebohrt wird, so daß er einen Zylinder bildet. Ein röhrenförmiger Körper oder X Zylinder mit einem Biegewiderstand von etwa 600 bis

1000 kg/cm² kann mit den beschriebenen Verfahrensschritten hergestellt werden. Der Zylinder kann aber auch mit anderen Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann ein geformter Block hergestellt werden, indem Bornitridpulver mit einem anorganischen Bindemittel, wie z.B. Aluminiumphosphat oder kolloidalem Silica (Siliciumoxid) , oder mit einem organischen Binder, wie z.B. PoIyvinylalkohol oder Carboxymethylcellulose gemischt wird

und anschließend das Formgeben unter Sintern unter atmosphärischem Druck bei einer Temperatur oberhalb von 1000⁰C, vorzugsweise oberhalb von 1500⁰C, ausgeführt wird. Eine zylindrische äußere Schale 1 kann durch Ausschneiden und Bohren ähnlich den oben erwähnten Verfahrensstufen hergestellt werden. Obgleich eine mit dem zuletzt erwähnten Prozeß hergestellte zylindrische äußere Schale einen Biegewiderstand von 100 kg/cm² besitzt, kann sie zufriedenstellend unter Bedingungen eingesetzt werden, bei denen der geforderte Widerstand nicht so hoch ist.

In einem anderen Fall kann ein zylindrischer Körper,

der die äußere Schale bildet, dadurch hergestellt werden, daß durch eine Gasphasenreaktion von Bortrichlorid und Ammonium auf der Peripherie eines Graphitkerns eine Schicht aus Bornitrid abgeschieden wird und der Kern entfernt wird.

Ohne Rücksicht darauf, ob die äußere Schale 1 nach einer der vorher erwähnten Verfahren hergestellt ist, ist es wünschenswert, daß das die äußere Schale bildende Bornitrid eine Dichte von 1,7 bis 2,2 g/cm³ besitzt, vorzugsweise

ν · 1,75 bis 1,85 g/cm³. Ganz allgemein sollten diejenigen

'» Materialien, die für Schutzrohre für Thermoelemente

eingesetzt werden, solche physikalische Eigenschaften haben, daß sie sowohl widerstandsfähig gegen ein Zerbröckeln oder Zersplittern sind und auch korrosionsbeständig sind. Jedoch sind diese Eigenschaften zueinander entgegengesetzt. Das bedeutet, wenn die Widerstandsfähigkeit gegen ein Zersplittern oder Zerbröckeln ausgezeichnet ist, so ist die Korrosionsbeständigkeit schlecht und umgekehrt. Es hat sich herausgestellt, daß diese zueinander entgegengesetzten Eigenschaften eng mit der Dichte des verwendeten Bornitrids zusammenhängen und daß diese beiden Eigenschaften gegeneinander abgewogen werden können, indem die Dichte des Bornitrids in dem oben definierten Bereich gehalten wird.

Ein röhrenförmiger oder zylindrisch geformter Körper 2 aus Keramik, der als innere Hülse verwendet wird, kann aus einem kommerziell erhältlichen Material gefertigt sein. Zu den bevorzugten Materialien für die innere Hülse gehören Aluminiumoxid (Tonerde), Berylliumoxid

(Beryllerde), Siliciumnitrid, Zirkonoxid (Zirkonerde), Siliciumoxid (Kieselerde), Thoriumoxid (Thorerde), Yttriumoxid und deren Mischungen, das am meisten bevorzugte Material mit den besten Eigenschaften ist Aluminiumoxid.

Die innere Hülse kann hergestellt werden, indem Pulver von einem oder mehreren dieser Materialien wahlweise mit einem Binder, z.B. mit niedrig schmelzendem Magnesiumoxid (Magnesia), Yttriumoxid oder Aluminiumoxid gemischt werden und indem ein Oxid, und indem ein Sintern oder Heißpressen unter einem Druck von 50 bis 500 kg/cm²

bei einer Temperatur von mehr als 1000⁰C, vorzugsweise von mehr als 1500⁰C durchgeführt wird.

Das Schutzrohr gemäß der vorliegenden Erfindung ist gekennzsichnet durch eine zweilagige Struktur der Rohrwand, wobei die äußere Schicht aus Bornitrid besteht und die innere Schicht aus Keramik. Es ist vorzuziehen, daß die Schichten eng miteinander im Kontakt stehen, damit die Temperatur präziser gemessen v/erden kann.

Wenn ein Schutzrohr gemäß der vorliegenden Erfindung _tj zum Schutz eines Platin/Platin-Rhodium-Thermoelements | verwendet wird, so besteht nicht die Gefahr, daß der |.

Platin/Platin-Rhodium-Draht unterbrochen wird, wie dies |_:

auftritt, wenn ein konventionelles Schutzrohr, das nur

aus Bornitrid gefertigt ist, verwendet wird. Ein Platin/ Platin-Rhodium-Thermoelement, das mit einem Schutzrohr gemäß dieser Erfindung vereinigt ist, kann wiederholt und öfter als 200 Mal verwendet v/erden, um Temperaturen geschmolzener Metalle oder Temperaturen in Glühofen zu messen. Obwohl voranstehend die Kombination des Schutzrohres mit einem Platin/Platin-Rhodium-Thermoelement beschrieben worden ist, können auch andere Typen von Thermoelementen in dem Schutzrohr nach dieser Erfindung enthalten sein. Das Schutzrohr nach der vorliegenden Erfindung kann in Kombination mit irgendeinem der bekannten Thermoelemente einschließlich Thermoelementen aus Chromel-Alumel, Eisen-Constantan und Kupfer-Constantan verwendet werden.

Obgleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf ein besonderes Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, können zahlreiche Änderungen, Modifikationen und Abwandlungen ausgeführt werden, ohne daß man von dem Gedanken der Erfindung abweicht. Derartige Änderungen, Modifikationen und Abwandlungen sind in dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung mit enthalten.

Claims

MARIAHILFPL ATZ 2 4 3, MONCHHN 9Ο POSTADRESSEiPOSTFACH 95 0160,0-8000 MÜNCHEN 95 DEt-ORc Tn=. CuROPiAN PATENT OFFICE ,- · KARL LUDWIG SCHiFF (1OÖ4 - 1O7Ö) ^" DIPL. CHEM. DR ALEXANDER v. FÜNER I DIPL. ING. PETER SIREHL [j / OIHL. CHEM DFJ. URSULA SChÜBEL-HOPp Ε DIPL. ING. DiETcR EdBlNGHAUS 4 DR- INU. n'ETER HNCK 5 TELErFON (O39J 4B3ÜÖ4 ΐ TELEX 5'-'3SoS AURO D TELEGRAMM^ AUROMAHCPAT MÜNCHEN 633 SCHUTZANSPRÜCHE

1. Schutzrohr für ein Thermoelement, g e k e η η zeichnet durch eine äußere Schale aus einem röhrenförmig geformten Körper aus Bornitrid und einer 5 inneren Hülse aus einem röhrenförmig geformten Körper

aus Keramik, wobei die äußere Schale und die innere I Hülse ein offenes Ende besitzen, um einen Zugang zu

geben, durch den das Thermoelement eingeführt wird.

2. Schutzrohr nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ρ 10 zeichnet, daß das Bornitrid eine Dichte von 1,7 bis 2,2 g/cm³ besitzt.