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Temperaturfühler, sowie Verfahren und Vorrichtungen zu ihrer Herstellung
Die
Erfindung betrifft Temperaturfühler und Verfahren und Vorrichtungen zu ihrer Herstellung.
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Temperaturfühler nach der Erfindung sind besonders geeignet für Verwendung
in Flugzeugen, wo ihre Aufgabe darin besteht, das Vorhandensein einer bestimmten
Temperatur, beispielsweise ausbrechende Flammen oder Überhitzungen, anzuzeigen.
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Bekannt sind Temperaturfühler mit zwei mit Abstand voneinander angeordneten
elektrischen Leitern, deren Zwischenraum ein wärmeempfindliches, bei höherer Temperatur
erweichendes Material von mit steigender Temperatur sinkendem elektrischem Widerstand
und außerdem feuerfestes Material enthält, das einer Bewegung der beiden Leiter
aufeinander zu bei erweichtem wärmeempfindlichem Stoff entgegenwirkt.
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Nach der Erfindung ist bei Temperaturfühlern dieser Gattung das feuerfeste
Material in Form von kontinuierlich über die Länge des Temperaturfühlers verteilten
feinen Teilchen in dem wärmeempfindlichen Material eingebettet.
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Es sind bei Temperaturfühlern zur Verhinderung eines Kurzschlusses
dienende isolierende Endscheiben bekannt, zwischen denen der innere Leiter ausgespannt
ist. Durch solche Endanschlüsse kann
jedoch eine Bewegung des inneren
Leiters in Richtung nach dem äußeren Leiter beim Umwickeln eines Flugmotors mit
dem Fühler und damit Verbiegen des Fühlers über seine ganze Länge nicht verhindert
werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind bei Temperaturfühlern
dieser Art, bei denen der eine Leiter eine den zweiten Leiter aufnehmende äußere
Hülse bildet, die genannten Teilchen vorwiegend in der Nähe des inneren Leiters
angeordnet. Diese Teilchen bestehen vorzugsweise aus Tonerde Wenn der genannte wärmeempfindliche
Stoff aus Glas besteht, wird nach einem Merkmal der Erfindung mindestens einer der
beiden Leiter mit Kupfer überzogen.
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Der neue Temperaturfühler läßt sich nach verschiedenen Verfahren
herstellen. Nach einem besonderen geeigneten Verfahren wird ein Rohr aus einem glasartigen
Stoff von einem Ende aus fortschreitend aufgeschmolzen und dabei ein durch das Rohrinnere
geführter länglicher elektrischer Leiter in bezug auf den geschmolzenen Teil des
Rohres bewegt mit dem Ziel, von dem geschmolzenen Glas des Rohres auf dem Leiter
einen Überzug zu bilden, während die genannten losen Teilchen in das Rohr eingebracht
und in dem glas artigen Überzug des Leiters eingebettet werden und anschließend
ein zweiter länglicher elektrischer Leiter außen auf den glasartigen Überzug aufgebracht.
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Für derartige Fertigungsverfahren sind aus folgenden Teilen bestehende
Vorrichtungen vorgesehen: Mittel zum Halten des Rohres aus glasartigem Stoff, Mittel
zum Aufschmelzen des Rohres, Mittel zum Durchziehen eines elektrischen Leiters durch
das Rohrinnere, Mittel zum Bewegen des Rohres in bezug auf die Schmelzvorrichtung
in dem Maße, wie Schmelzfluß auf den Leiter abge--zogen wird, wodurch die Zuführung
geschmolzenen Glases aufrechterhalten wird, und Mittel zum Einbringen der genannten
losen Teilchen in den Zwischenraum zwischen das Rohr und den elektrischen Leiter.
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Eine bevorzugte Ausführungsform eines Temperaturfühlers nach der
Erfindung und Verfahren zu seiner Herstellung werden im folgenden an Hand der Zeichnung
beschrieben. In der Zeichnung ist in schematischer Darstellung Fig. 1 die Seitenansicht
eines kleinen Teiles eines fertigen Fühlers im Schnitt, Fig. 2 ein Fühler im Endzustand
eines Fertigungsverfahrens, Fig. 3 die Seitenansicht einer Ausführungsform einer
Einrichtung zur Herstellung des Fühlers im Teilschnitt und Fig. 4 ein Schnitt durch
den Fühler in einem Zwischenzustand der Fertigung.
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In seiner bevorzugten Ausführungsform nach Fig. I besteht der Fühler
aus einem inneren Drahtleiter I0, einer äußeren leitenden Hülse II, einer Füllung
aus wärmeempfindlichem Stoff 12 und in den wärmeempfindlichen Stoff 12 eingebetteten
losen Teilchen 13 eines feuerfesten Stoffes. Normalerweise ist der fertige Fühler
an beiden Enden mit einem Anschlußstecker bzw. einer Anschluß: buchse versehen.
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Für die dargestellte Ausführungsform ist als wärmeempfindlicher Stoff
12 Glas gewählt, wobei unter dieser Bezeichnung alle glasartigen Stoffe zu verstehen
sind. Es lassen sich viele unterschiedliche Glassorten für den Fühler verwenden,
wenn sie nur bei niedrigen Temperaturen einen sehr hohen elektrischen Widerstand
aufweisen und damit praktisch einen guten Isolierstoff darstellen und außerdem ihren
Widerstand mit steigender Temperatur gegebenenfalls so weit vermindern, daß sie
tatsächlich einen guten elektrischen Leiter darstellen.
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Normalerweise wird eine Anzeige durch Anlegen einer Spannung an beide
Leiter bewirkt, wobei der Stromdurchgang nach Erreichen der bestimmten Temperatur,
bei der der Widerstand auf einen niedrigen Wert gesunken ist, zur Betätigung einer
geeigneten Anzeige- bzw. Warnvorrichtung ausgenutzt wird. Der Verlauf der Temperatur-Widerstands-Kurve
eines derartigen Glases hängt von seiner Zusammensetzung ab, so daß sich durch Verwendung
einer entsprechenden Mischung eine Anzeige bei bestimmten Temperaturen erreichen
läßt.
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Für diese Zwecke geeignete Gläser sind beispielsweise das Sodaglas
»X8« oder das Bleiglas »L 1 « und das unter dem Warenzeichen »Kodial« bekannte Borsilikatglas.
Für den inneren Leiter läßt sich beispielsweise ein Draht aus einer unter der Bezeichnung
»Nichrome« bekannten Nickel-Chrom-Legierung im Verhältnis So °/ zu 20 0/o verwenden
oder ein Nickel-Eisen-Draht mit Kupferbelag und Borzusatz, wie er allgemein bei
der Herstellung von Glühlampen Verwendung findet. Der äußere Leiter besteht aus
einer Hülse aus rostfreiem Stahl. Andere geeignete Stoffe für die Leiter sind Drähte
und Rohre aus Nickel-Eisen-Legierungen, beispielsweise »Nilo K« oder »Nilo 50«.
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Von Temperaturfühlern für Flugzeuge wird gefordert, daß sie Temperaturen
von über I000° C einige Minuten aushalten und danach noch einwandfrei arbeiten.
Bei derartigen Temperaturen wird das Glas schon verhältnismäßig weich, und es besteht
die Gefahr, daß die beiden Leiter miteinander in Berührung treten und der Fühler
seinen Zweck verfehlt. Um einen Kontakt zwischen den beiden Leitern zu verhindern
oder zumindest die Wahrscheinlichkeit, daß dies geschieht, einzuschränken, sind
die losen Teilchen I3 eines feuerfesten Stoffes in dem Zwischenraum zwischen den
beiden Leitern vorgesehen. Es können hierfür verschiedene Stoffe verwendet werden,
vorausgesetzt daß sie bei der Höchsttemperatur, für die der Fühler ausgelegt ist,
noch nicht wesentlich erweichen.
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Als geeigneter Stoff wurde Tonerde mit der unter der Handelsbezeichnung
»No. I20 grat« vertriebenen Korngröße gefunden.
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Bei der Herstellung eines Fühlers nach der Darstellung in Fig. I
kann der Glasüberzug mit den eingebetteten Teilchen durch Verwendung einer geeigneten
Schmelzvorrichtung sehr wohl auch
durch Bewegen des Drahtes gegenüber
dem geschmolzenen Glas von Hand aufgebracht werden.
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Beispielsweise kann der innere Leiter in ein Glasrohr eingeführt und
der Zwischenraum zwischen Glas und Draht mit den feuerfesten Teilchen angefüllt
werden. Das Glasrohr wird darauf fortschreitend von einem Ende aus erwärmt und zum
Erweichen gebracht, während der Draht hindurchgezogen wird, um das Glas auf den
Draht aufzubringen. Dabei werden die feuerfesten Teilchen in dem Glas eingebettet.
Wie in Fig. I angedeutet ist, ergibt dieses Verfahren die höchste Konzentration
feuerfester Teilchen in der Nähe des inneren Leiters. Diese Art der Verteilung ist
jedoch nicht wesentlich. Durch richtiges Abstimmen der Schmelzgeschwindigkeit des
Glases auf die Relativbewegung von Glas und Draht bildet sich ein ziemlich gleichmäßiger
Überzug von Glas mit den eingebetteten Teilchen. Zur Herstellung eines koaxialen
Fühlers wird der mit Überzug versehene Draht darauf in die äußere Leiterhülse II
eingebracht, die anschließend durch ein geeignetes Arbeitsverfahren in innige Berührung
mit dem Glasüberzug gebracht wird, beispielsweise durch Ziehen in einem oder mehreren
Ziehringen 14 nach der schematischen Darstellung in Fig. 2, durch Reckstauchen oder
durch Pressen. Um ausreicilenden Kontakt zwischen dem Glas und dem inneren Leiter
zu erhalten, ist der Überzug auf dem Draht nach dem ersten Herstellungsgang gegebenenfalls
noch einmal aufzuschmelzen und der Fühler bei oder nach dem Aufbringen des äußeren
Leiters noch einmal zu erwärmen, um einen besseren Kontakt zwischen dem .äußeren
Leiter und dem Glasüberzug zu erhalten.
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Als Beispiel kann hier angeführt werden, daß Temperaturfühler nach
der Erfindung mit einem Außendurchmesser von 0,065" (I,65 mm) bis o,oog" (2,29 mm)
und einem inneren Leiter nach Standard Wire Gauge (Standard - Drahtlehre) Nr. 29
hergestellt wurden.
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Eine Mechanisierung des beschriebenen Fertigungsverfahrens für Temperaturfühler
ist durchaus erwünscht und auch auf verschiedene Weise möglich. In Fig. 3 ist eine
hierfür geeignete Einrichtung dargestellt. Sie besteht aus einem Ständer 20 mit
einer Leitspindel 2I, auf der ein Träger 22 für das Glasrohr 23 angeordnet ist.
Unter der Leitspindel 21 in Richtung der Spindelachse befindet sich eine beispielsweise
mit Gas beheizte Schmelzvorrichtung 24. Der innere Leiter wird in Form eines Drahtes
25 von einer durch eine federbelastete Bremse 27 gespannten Trommel 26 abgezogen
und über Umlenkrollen 28 im Oberteil des Ständers 20 durch einen Trichter 29 und
ein den Trichter 29 nach unten verlängerndes Füllrohr 30 geführt. Das Füllrohr 30
befindet sich innerhalb des Glasrohres 23 und endet etwas oberhalb der Schmelzvorrichtung
24. Der Trichter 29 nimmt die feuerfesten Teilchen 3I auf, die durch das Füllrohr
30 fallen. Um ein Zusammenbacken oder Fest setzen der Teilchen zu verhindern, ist
ein Vibrator 32 an dem Füllrohr 30 befestigt, der das Rohr in Schwingungen von geeigneter
Frequenz bei.niedriger Amplitude versetzt.
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Zu Beginn der Fertigung wird das Glasrohr 23 in die Schmelzvorrichtung
24 eingebracht und nach dem Aufschmelzen des Glases der Draht 25 nach unten gezogen,
um das geschmolzene Glas auf den Draht aufzubringen. Darauf werden Walzen 33 an
den Anfang des überzogenen Drahtes herangebracht und durch einen Motor 34 angetrieben,
um den überzogenen Draht weiter nach unten durchzuziehen. In dem Maße, in dem durch
den Draht Glas von dem Rohrende abgezogen wird, ist das Rohr 23 nach unten in die
Schmelzvorrichtung hineinzubewegen. Zu diesem Zweck wird die Leitspindel 21 über
ein Getriebe 35 mit veränderlicher Übersetzung vom Motor 34 angetrieben und der
Träger 22 mit angemessener Geschwindigkeit nach unten verschoben. Aus Fig. 4, auf
der das Rohr 23 und der Draht 25 in der Nähe der Schmelzzone in vergrößertem Maßstab
dargestellt sind. geht hervor, daß der Durchmesser des Überzugs sehr viel kleiner
als der Durchmesser des Rohres 23 ist, beispielsweise etwa gleich einem Sechstel,
so daß die Abwärtsbewegung des Glasrohres 23 sehr viel langsamer erfolgt als die
festgelegte Geschwindigkeit des überzogenen Drahtes. Das Geschwindigkeitsverhältnis
läßt sich mittels des Getriebes 35 einstellen. Die Tatsache, daß beide Bewegungen
von einer einzigen Antriebsquelle hergeleitet werden, trägt noch zu einer annähernd
gleichförmigen Überzugs dicke bei. Gegebenenfalls kann eine optische Projektionseinrichtung
36 vorgesehen werden, die ein vergrößertes Bild des Überzugs erzeugt, so daß die
Einstellung der Maschine durch visuelle Kontrolle laufend berichtigt werden kann.
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Stellt sich ein nochmaliges Aufschmelzen des überzogenen Drahtes
als erforderlich zum Benetzen der gesamten Drahtlänge mit dem Glas heraus, so kann
dies mittels einer unterhalb der Walzen 33 anzuordnenden zweiten Schmelzvorrichtung
37 durchgeführt werden. Der Draht wird anschließend durch eine geeignete Führung
38 auf eine Bank 39 umgelenkt, wo er auf Länge zugeschnitten werden kann. Der Radius
der Führung 38 ist ausreichend zu bemessen, um Beschädigungen des Drahtes, dessen
Überzug in diesem Stadium noch nicht völlig durch und durch erstarrt ist, zu vermeiden.
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Nach dem Zuschneiden auf Länge kann der Draht nach einem beliebigen,
beispielsweise nach dem beschriebenen Verfahren mit der äußeren Hülse versehen werden.
Selbstverständlich kann die Hülse auch unmittelbar auf den aus der Maschine nach
Fig. 3 heraustretenden Draht aufgezogen werden.
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In der Verbindung dieser beiden Arbeitsgänge zu einer kontinuierlichen
Fertigung läßt sich jedoch kein besonderer Vorteil erblicken.
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Wenn sich auch die Beschreibung und die Zeichnung ausschließlich
auf Temperaturfühler mit koaxial angeordneten Leitern beziehen, ist die Erfindung
doch keineswegs auf eine solche Anordnung beschränkt. Vielmehr können auch beide
Leiter Drähte sein. Nach dem Uberziehen mit dem die feuerfesten Teilchen enthaltenden
Glas werden
diese Drähte in eine äußere Hülse eingeführt, die den
wärmeempfindlichen Stoff aufnimmt, selbst jedoch nicht als Leiter dient. Bei dieser
Ausführungsform ist nach dem Einführen der überzogenen Drähte gegebenenfalls noch
weiteres Material in die Hülse einzubringen, um etwaige Hohlräume aufzufüllen.
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PATGNTANSPRÜCHE: I. Temperaturfühler mit zwei mit Abstand voneinander
angeo,rdneten elektrischen Leitern, deren Zwischenraum ein wärmeempfindliches, bei
höherer Temperatur erweichendes Material von mit steigender Temperatur sinkendem
elek trischem Widerstand und außerdem feuerfestes Material enthält, das einer Bewegung
der beiden Leiter aufeinander zu bei erweichtem wärmeempfindlichem Stoff entgegenwirkt,
dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Material in Form von kontinuierlich über
die Länge des Temperaturfühlers verteilten feinen Teilchen in dem wärmeempfindlichen
Material eingebettet ist.