KR20020032588A

KR20020032588A - 부식 환경하에서 사용하는 피복된 도체 장치 및 이의 생산방법

Info

Publication number: KR20020032588A
Application number: KR1020027003395A
Authority: KR
Inventors: 볼프강 마우스
Original assignee: 베. 마우스; 베. 디트리히; 에미텍 게젤샤프트 퓌어 에미시온스테크놀로기 엠베하
Priority date: 1999-09-14
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2002-05-03
Also published as: JP2003509683A; CN1372636A; WO2001020281A1; AU7283500A; DE19953142A1; PL356263A1; EP1212593A1; US20020129960A1

Abstract

본 발명은 부식 환경에서 사용하기 위한 피복된 도체 장치에 관한 것으로, 절연 재료(2)에 의하여 금속제의 외측 피복(3)이 절연되는 하나 이상의 내부 전기 도체(1)를 포함한다. 상기 외측 피복(3)은 확산에 의해 후에 알루미늄이 풍부해지는 스틸로 이루어진다.

Description

부식 환경하에서 사용하는 피복된 도체 장치 및 이의 생산 방법{SHEATHED CONDUCTOR ARRANGEMENT FOR USE IN A CORROSIVE ENVIRONMENT AND METHOD FOR PRODUCING A SHEATHED CONDUCTOR ARRANGEMENT}

이러한 타입의 피복형 도체는 매우 다양한 형태로 공개되어 있는데, 예를 들면, 고온에 견딜 수 있는 측정 대상물내 또는 상에서 온도를 측정하기 위해 사용될 수 있는 온도 센서로서 공개되어 있다. 이러한 온도 센서는 전기 도체가 피복에 의하여 절연되는 방식으로 전기 도체가 배치되는 관형 금속 피복을 포함한다. 도체는 이러한 경우 저항선으로서 설계되고, 저항선에 대한 저항 값은 온도를 측정하기 위해 사용된다. 피복형 튜브로 도체를 절연하기 위해, 피복형 튜브가 평평한 온도 센서를 형성하기 위해 핀치(pinch)된 후, 저항선용 절연 내장 합성물을 형성하는 절연 벌크 재료를 채용하는 것이 통상적이다.

이러한 타입의 온도 센서가 예를 들면 측정 환경하에서의 고온에 의한, 부식에 의해 발생된 손상으로부터 보호하기 위하여, 피복 및/또는 저항선이 부식 저항금속 및 금속 합금으로 제작되는 것이 공개되어 있다. 따라서, 내부 도체는 예를 들면 백금과 같은 고가의 금속으로 보통 생산되며, 철-크롬-알루미늄 합금은 피복을 생산하기 위해 사용된다. 철-크롬-알루미늄 합금은 일반적으로 최고 5%(중량 %)의 알루미늄 함유량을 가진다.

이 같은 장치의 단점은 이러한 온도 센서가 기계가공되고 형성하기가 어렵다는 것인데, 이는 이러한 합금에 있는 알루미늄 함유량이 피복형 도체 재료를 부서지기 쉽도록 하기 때문이다. 형성-예를 들면 만곡형 측정 대상물에서의 설치를 위해 요구되는 벤딩-에 의해 피복이 손상되는 위험이 있으며 자체적으로 바람직하게 되는 알루미늄 함유량이 높은 경우 피복이 깨질 수 있은 위험이 있다.

본 발명은 부식 환경 상태하에서 사용될 수 있는 하나 이상의 내부 전기 도체를 가지는 피복된 도체 장치, 및 부식 환경 상태하에서 견딜 수 있는 피복된 도체 장치를 생산하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 관형 외측 피복을 구비한 피복된 도체 장치의 부분 단면도이며,

도 2는 평평한 모양인 외측 피복을 구비한 피복된 도체 장치의 부분 단면 평면도이며,

도 3은 도 2의 피복된 도체 장치의 부분 단면도이며,

도 4는 만곡 형태인 도 2 및 도 3의 피복된 도체 장치의 부분 단면도이다.

따라서, 본 발명의 목적은 부식 상태하에서 견디고 측정 환경하에서 적합하게 하도록 측정 환경의 형태에 용이하게 적용할 수 있는, 내부 전기 도체를 가지는 피복된 도체 장치 및 피복된 도체 장치의 생산 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 또 다른 목적은 고온에 견딜 수 있는 피복된 도체 장치의 생산을 단순화하는 피복된 도체 장치의 생산 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 이러한 목적은 청구항 1의 특징을 가지는 피복된 도체 장치 및 청구항 5의 특징을 가지는 방법에 의하여 달성된다. 본 발명의 유용한 구성은 종속항에 개시된다.

본 발명은 피복된 도체 장치의 외측 피복이 확산에 의해 후에 알루미늄이 풍부해지는 스틸로 구성되므로, 피복된 도체 장치의 최종 형태(설치 형태, 사용 형태등)을 생산하기 위한 피복된 도체 장치의 기계가공 및/또는 형성이 매우 가능하다. 피복된 도체 장치는 냉각-형성, 해머링 또는 프레싱과 같은 통상적인 금속 형성 공정을 사용하여 처리될 수 있으며, 그럼에도 불구하고, 후술되는 피복된 도체 장치의 제조, 또한 후에 알루미늄이 풍부해지는 스틸에 의해 부식 상태하에서 견딜 수 있다. 부서지기 쉬운 금속 합금으로 이루어질 수 있는 피복된 도체 장치의 유용한 형성가능성, 즉 기계가공처리가능성과 유용한 부식 저항 사이에 모순점이 존재하는데, 이는 본 발명에 따른 피복된 도체 장치에 의하여 해결된다. 본 발명에 따른 피복된 도체 장치는 생산하기가 용이할 뿐 만 아니라 간단한 방식으로 원하는 형태가 될 수 있다.

본 발명의 유용한 형상에 따라, 외측 피복은 크롬, 특히 22% 내지 25% (중량%) 크롬 및 6% (중량 %)이상의 알루미늄을 포함할 수 있다. 스틸 합금의 구성과 함께 외측 피복은 높은 주변 온도에서 부식 및 재료에 따른 유효 수명에 대한 저항에 대해 최적으로 형성된다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 또 다른 유용한 구성에 따라, 내부 전기 도체는 적어도 하나의 저항선이다. 이러한 저항선은 고가의 금속 또는 또 다른 금속 합금으로 구성될 수 있으며, 이는 부식 저항성 외측 피복에 의하여 완전히 둘러싸지며 이러한 방식에서 부식 저항성 외측 피복에 의하여 보호되기 때문이다. 절연 재료는 전기적 접촉이 금속 저항선 및 외측 피복 사이에 형성되는 것을 방지한다.

본 발명의 또 다른 유용한 구성에 따라, 피복된 도체 장치는 자체적으로 내연 기관의 배기 시스템의 촉매 변환기내에 설치되는 것으로 공지되는 온도 센서이다. 온도 센서는 설치 위치의 함수로서 촉매 변환기에 부착되어지는 형태로 용이하게 변화된다. 그럼에도 불구하고, 본 발명에 따른 온도 센서는 온도 센서를 지나서 유동하는 고온 배기로부터의 부식 효과에 대한 높은 저항을 보여준다. 촉매 변환기에 대한 본 발명에 따른 온도 센서는 부식에 대한 높은 저항으로 결합된 유용한 처리가능성에 의해 후속적으로 구별된다.

부식 환경 상태에 견딜 수 있는 피복된 도체 장치를 생산하기 위해 청구항 5에 청구된 바와 같은 본 발명에 따른 방법은 피복된 도체 장치의 원래 알려진 처리, 특히 기다란 피복된 도체 장치를 형성하기 위한 핀칭 및 만곡된 피복된 도체 장치를 생산하기 위한 형성이 간단한 방식으로 수행될 수 있으며, 이는 외측 피복이 낮은 알루미늄 성분을 구비한 크롬 스틸로 이루어지기 때문이다. 따라서 피복된 도체 장치의 처리는 단순화되며 외측 피복의 재료의 어떠한 깨짐을 고려할 필요가 없다. 외측 피복은 외측면 및/또는 내측면이 알루미늄으로 코팅되며 외측 피복의 표면으로부터의 알루미늄은 피복된 도체 장치의 최종 형태가 생산된 직 후 확산 어닐링에 의하여 외측 피복으로 확산된다. 결과적으로, 피복된 도체 장치는 피복된 도체 장치의 최종 형태가 생산된 후 부식 효과에 대한 저항이 이루어진다. 이러한 면에서 유용한 본 발명의 일 실시예에 따라, 피복된 도체 장치의 최종 형태가 생산된 후 외측 피복의 알루미늄 함유량은 6%(중량 %) 이상이다. 이러한 타입의 피복된 도체 장치의 부분의 부식에 대한 충분한 저항은 알루미늄이 피복형 도체 재료의 6%보다 적게 형성된다면 이루어지지 않는다.

본 발명의 또 다른 유용한 구성에 따라, 최종 형태의 피복된 도체 장치가 생산된 후 외측 피복의 알루미늄 함유량은 6% 이상이며, 외측 피복의 크롬 함유량은 22 내지 25%(중량 %)이다. 이러한 타입의 크롬 스틸/알루미늄 합금은 매우 부식적인 환경 상태하에서 특히 적절하다는 것이 증명된다.

본 발명의 또 다른 유용한 구성에 따라, 피복된 도체 장치는 높은 주변 온도에 있는 온도 센서로서 사용되며, 단계(e)에 있는 온도 센서의 최종 형태는 사용 환경 및/또는 설치 장치에 적용된다. 특히 예를 들면 1000°K 내지 1500°K의 온도와 같은 높은 주변 온도에서 사용되는 온도 센서는 피복된 도체 장치를 생산하도록 용이하게 처리 가능하며 그럼에도 불구하고 피복된 도체 장치의 사용 형태에서 부식 효과에 견딜 수 있어야 한다. 온도 센서를 생산하기 위한 본 발명에 따른 공정의 필수적인 장점은 알루미늄 함량이 6%(중량 %)인 온도 센서 조차 소정의 원하는 행태로 생산될 수 있다는 사실에 있다.

이와 같은 면에서 유용한 본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에 따라, 피복된 도체 장치는 내연 기관의 촉매 변환기내에 온도 센서로서 조립되고 방법의 단계(e)에서 온도 센서의 최종 형태가 촉매 변환기에 있는 설비에 적용된다 본 발명에 따른 방법의 장점은 큰 시리즈에서 생산이 증가되는 촉매 변환기용 온도 센서에 특히 명확하게 된다. 이러한 온도 센서의 요구는 온도 센서가 가능한 싸게 생산될 수 있다는 것이며, 두 번째 요구는 온도 센서가 용이하게 처리가능하다는 것이다. 이러한 최종 형태의 온도 센서를 매우 다양하고 상이한 촉매 변환기에 적용가능하여야 한다는 것이며 한편으로 센서는 특히 온도 센서를 지나 유동하는 배기의 부식 효과에 대해 매우 오랜 기간의 내구성을 가진다. 본 발명의 방법에 따라, 낮은 비용 및 간단한 방식의 이러한 타입의 온도 센서를 생산하는 것이 가능하다.

도면은 더욱 상세하게 후술되는 본 발명의 전형적인 일 실시예를 보여준다.

도 1에 따른 피복된 도체 장치는 내부 전기 도체로서 저항선(1)을 가지는데, 저항선은 절연 재료(2)에 의하여 완전히 둘러 싸인다. 저항선(1)은 예를 들면 금속 합금 또는 고가의 재료로 이루어진다. 이러한 전형적인 실시예에서 절연 재료(2)는 벌크 재료 형태의 매립형 화합물인데, 이는 피복된 도체 장치의 관형 외측 피복(3)으로 충전된다. 피복된 도체 장치의 외측 피복(3)은 확산에 의해 후에 알루미늄이 풍부해지는 스틸로 이루어진다. 이러한 알루미늄 부화(enrichment)는 예를 들면 확산 어닐링에 의하여 생산될 수 있다. 외측 피복(3)이 오직 알루미늄이 후에 풍부해진다는 것은 피복된 도체 장치가 최종 형태의 피복된 도체 장치를 생산하도록 처리하는 것이 용이하다는 사실에 의하여 구별된다는 것이다. 피복된 도체 장치의 처리는 예를 들면 외측 피복(3)을 변형시킴으로써 수행될 수 있으며, 저항선을 둘러싸는 절연 재료(2)와 함께 저항선(1)이 처리되는 동안 변형될 수 있다.

도 2는 외측 피복이 평평한 설계인 피복된 도체 장치를 보여준다. 이러한 피복된 도체 장치는 상기에 주어진 상세한 설명에 따라 평평한 피복된 도체 장치로 변형된다. 핀칭 후 조차, 저항선(1)은 도 3으로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이 절연 재료(2)에 의하여 외측 피복(3)으로부터 절연된다.

도 4는 피복된 도체 장치가 만곡 형태인 도 2 및 도 3의 만곡형 도체 장치의 부분 단면도이다. 이러한 피복된 도체 장치에서, 평평한 모양인 외측 피복(3)은 굽힘에 의해 최종 형태의 피복된 도체 장치로 제작된다. 이러한 케이스에서 또한, 저항선(1)은 절연 재료(2)에 의하여 외측 피복(3)으로부터 절연된다. 도 2 및 도 3의 피복된 도체 장치와 다르게, 외측 피복(3)은 이러한 경우 이미 알루미늄이 풍부해진 스틸로 이루어진다. 피복된 도체 장치가 최종 형태이며 따라서 추가적인 기계 가공 또는 변형이 필요하지 않으므로, 외측 피복(3)은 알루미늄이 풍푸해진다. 스틸 알루미늄 합금이 더 이상 용이하게 깨지지 않는다.

본 발명의 추가적인 장점 및 유용한 구성은 후술되는 청구범위, 도면 및 요약서에 제시된다.

도면부호

1 저항선

2절연 재료

3외측 피복

Claims

절연 재료(2)에 의하여 금속제의 외측 피복(3)으로부터 절연되는 하나 이상의 내부 전기 도체(1)를 가지는 부식 환경 상태에 대한 피복된 도체 장치, 특히 온도 센서로서,

상기 외측 피복(3)은 확산에 의해 후에 알루미늄이 풍부해지는 스틸로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피복된 도체 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 외측 피복(3)은 크롬, 특히 22 내지 25%(중량 %),과 6%(중량 %) 이상의 알루미늄을 포함하는 피복된 도체 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 내부 도체(1)는 하나 이상의 저항선인 피복된 도체 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 내연 기관의 배기 시스템의 촉매 변환기에 있는 설비용으로 자체적으로 공지된 온도 센서인 피복된 도체 장치.
부식 환경 상태를 견딜 수 있는 피복된 도체 장치의 생산 방법으로서,

a. 절연 재료(2)에 의하여 절연되는 금속제의 외측 피복(3) 내부에 하나 이상의 내부 도체(1)를 배치하는 단계와,

b. 상기 외측 피복(3)을 낮은 알루미늄 함유량, 특히 3%(중량 %)보다 적은 알루미늄 함유량, 바람직하게는 1% 보다 적은 알루미늄 함유량을 구비한 크롬 스틸로 구성하는 단계와,

c. 기다란 피복된 도체 장치를 형성하도록 자체적으로 공지된 방식으로 외측 피복(3) 및 내부 도체(1)를 처리하는 단계와,

d. a 단계 내지 c 단계 전, 동안 또는 후에, 상기 외측 피복을 특히 용융 알루미늄 도금에 의하여 상기 외측 피복의 외측부 및/또는 내측부를 알루미늄으로 코팅하는 단계와,

e. 최종 형태의 피복된 도체 장치가 생산된 후, 상기 외측 피복(3)의 표면으로부터 알루미늄을 상기 외측 피복내로 거의 균일하게 확산하는 단계를 포함하는 방법.
제 5 항에 있어서, d 단계에 후속하여 상기 외측 피복(3)의 알루미늄 함유량이 6% (중량 %) 이상인 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, d 단계 후 상기 외측 피복(3)의 알루미늄 함유량은 6%(중량 %)이상 이고 상기 외측 피복(3)의 크롬 함유량이 22 내지 25%(중량 %)인 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피복된 도체 장치는 높은 주변 온도, 특히 1000°K 내지 1500°K의 온도에서 온도 센서로서 사용되며, e 단계에서 최종 형태의 온도 센서는 사용 환경 및/또는 설비 장치에 적용되는 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 피복된 도체 장치는 내연 기관의 촉매 변환기로 온도 센서로서 조립되며, e 단계에서 최종 형태의 온도 센서는 상기 촉매 변환기에 있는 설비에 적용되는 방법.
제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, e 단계에서 상기 최종 형태의 피복된 도체 장치는 기계 가공 및/또는 형성 처리, 특히 냉각 형성 처리에 의하여 생산되는 방법.