WO2016107710A1 - Thermocouple and method for applying a thermocouple of this type - Google Patents

Thermocouple and method for applying a thermocouple of this type Download PDF

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WO2016107710A1 PCT/EP2015/077881 EP2015077881W WO2016107710A1 WO 2016107710 A1 WO2016107710 A1 WO 2016107710A1 EP 2015077881 W EP2015077881 W EP 2015077881W WO 2016107710 A1 WO2016107710 A1 WO 2016107710A1
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Reiner Anton
Arturo Flores Renteria
Britta Laux
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Abstract

The invention relates to a thermocouple (2, 2a-e), comprising a first conductor (4, 4a-c), consisting of a first conductor material (6, 6a, 6b), and a second conductor (8, 8a-c), consisting of a second conductor material (10, 10a, 10b), wherein the first and second conductor (6, 6a, 6b), (10, 10a, 10b) are electrically conductively connected to each other at a contact point (12), and the first conductor material (6, 6a, 6b) and the second conductor material (10, 10a, 10b) are different. An advantageous thermocouple (2, 2a-e) is achieved if at least one conductor material (6, 6a, 6b, 10, 10a, 10b) contains a MAX-Phase (14, 14a-d). The invention further relates to a method for applying a thermocouple (2, 2a-e) of this type on a carrier surface (36, 36a, 36b), and to a component (38, 38a-d) comprising a carrier surface (36, 36a, 36b). An advantageous method for applying a thermocouple (2, 2a—e) of this type and an advantageous metrologically instrumented component (38, 38a—d) are achieved, provided that, in the method, at least one conductor (4, 4a—c, 8, 8a—c) of the thermocouple (2, 2a—e) is formed on the carrier surface (36, 36a, 36b) using a coating technique, and provided that the component (38, 38a-d) comprises a thermocouple (2, 2a—e) arranged on the carrier surface (36, 36a, 36b).

Description

Beschreibung description
Thermoelement und Verfahren zum Aufbringen eines solchen Die Erfindung betrifft ein Thermoelement mit einem erstenThermocouple and method for applying the same The invention relates to a thermocouple with a first
Leiter, bestehend aus einem ersten Leitermaterial, und einem zweiten Leiter, bestehend aus einem zweiten Leitermaterial, wobei der erste und der zweite Leiter an einer Kontaktstelle elektrisch leitend miteinander verbunden und das erste Lei- termaterial und das zweite Leitermaterial unterschiedlich sind . Conductor consisting of a first conductor material, and a second conductor, consisting of a second conductor material, wherein the first and the second conductor electrically conductively connected to one another at a contact point and the first conductor material and the second conductor material are different.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen eines solchen Thermoelements auf eine Trägerfläche sowie ein Bauteil mit einer Trägerfläche. Furthermore, the invention relates to a method for applying such a thermocouple on a support surface and a component having a support surface.
Thermoelemente zur Ermittlung von Temperaturen bzw. Temperaturdifferenzen sind dem Fachmann bekannt. Ein Thermoelement weist üblicherweise zwei elektrische Leiter aus unterschied- liehen Leitermaterialien auf, die an einer Messstelle bzw. einer Kontaktstelle elektrisch leitend miteinander verbunden sind und an einer Vergleichsmessstelle jeweils ein Leiterende aufweisen . Die Ermittlung der Temperatur an der Messstelle basiert auf der Messung einer temperaturabhängigen elektrischen Spannung an den Leiterenden. Diese elektrische Spannung resultiert aus der Umwandlung von thermischer Energie in elektrische Energie, welche sich gemäß dem Seebeck-Effekt aus einer Tempera- turdifferenz zwischen der Temperatur der Messstelle und derThermocouples for the determination of temperatures or temperature differences are known in the art. A thermocouple usually has two electrical conductors made of different borrowed conductor materials, which are electrically conductively connected to one another at a measuring point or a contact point and each have a conductor end at a comparison measuring point. The determination of the temperature at the measuring point is based on the measurement of a temperature-dependent electrical voltage at the conductor ends. This electrical voltage results from the conversion of thermal energy into electrical energy, which, according to the Seebeck effect, results from a temperature difference between the temperature of the measuring point and the temperature
Temperatur der Vergleichsmessstelle ergibt. Bei einer bekann¬ ten Temperatur der Vergleichsmessstelle, kann somit die Tem¬ peratur der Messstelle einfach ermittelt werden. Als Leitermaterialien werden üblicherweise Metalle, Metallle¬ gierungen oder Keramiken verwendet, die einen hohen Schmelzpunkt und weitgehend inerte Eigenschaften gegenüber oxidie- renden Bestandteilen der Messatmosphäre aufweisen. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Thermoelemente bekannt . Temperature of the comparison measuring point results. In a well-¬ th temperature of the cold junction, thus the Tem ¬ temperature of the measuring point can be easily determined. As conductor materials usually metals, Metallle ¬ alloys or ceramics are used, which have a high melting point and substantially inert properties against oxidizing ing components of the measurement atmosphere. Various thermoelements are known from the prior art.
Die US 703 698 3 Bl offenbart ein Thermoelement mit zwei Lei- tern bestehend aus zwei Metalllegierungen aus Rhodium undUS 703 698 3 Bl discloses a thermocouple with two conductors consisting of two metal alloys of rhodium and
Platin, mit einem jeweiligen Anteil θΠ 6 "6 bzw. 30 % Platin. Platinum, with a respective share θΠ 6 "6 or 30% platinum.
Die EP 174 639 7 AI beschreibt ein Thermoelement zur Messung hoher Temperaturen mit nichtoxidischen keramischen Leiterma- terialien, nämlich Molybdändisilicid (MoSi2) und EP 174 639 7 AI describes a thermocouple for measuring high temperatures with non-oxide ceramic Leitererma- materials, namely molybdenum disilicide (MoSi 2 ) and
Siliciumcarbid (SiC) . Silicon carbide (SiC).
Die DE 2008 007 740 B3 schlägt neben nichtoxidischer Keramik auch oxidische Keramiken, unter anderem Siciumdioxid (Si02) , Titan (IV) -oxid (Ti02) , Zirkonoxid (Zr02) , Hafniumoxid (Hf02) , als Leitermaterial vor. In addition to non-oxide ceramic, DE 2008 007 740 B3 also proposes oxidic ceramics, including sicium dioxide (SiO 2 ), titanium (IV) oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), hafnium oxide (HfO 2 ), as conductor material.
Die DE 10 2011 054 803 AI schlägt vor, einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter des Thermoelements in Dickschicht- technik auf ein Substrat aufzubringen. Bei der Dichtschicht¬ technik werden Leiter als Leiterbahnen in Siebdrucktechnik auf ein keramisches Trägersubstrat aufgedruckt. DE 10 2011 054 803 A1 proposes applying a first conductor and a second conductor of the thermocouple in thick-film technology to a substrate. In the case of the sealing layer technique, conductors are printed as printed conductors in screen printing technology onto a ceramic carrier substrate.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein vorteilhaftes Thermoe- lement, ein vorteilhaftes Verfahren zum Aufbringen eines sol¬ chen Thermoelements und ein vorteilhaft messtechnisch instru¬ mentiertes Bauteil vorzuschlagen. It is an object of the invention to provide an advantageous Thermoe- lement to provide an advantageous method for applying a sol ¬ chen thermocouple and an advantageous metrologically instru ¬ mentiertes component.
Zudem liegt der Erfindung insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges, insbesondere ein kostengünstig herstell¬ bares, Thermoelement vorzuschlagen. In addition, the invention is in particular the object of proposing a cost-effective, in particular a cost-producible ¬ bares, thermocouple.
Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Temperaturmessung an Bauteilen unter besonders anspruchsvollen Randbedingungen zu ermöglichen. In particular, the invention has for its object to enable a reliable temperature measurement of components under particularly demanding conditions.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch ein These objects are achieved by a
Thermoelement, ein Verfahren zum Aufbringung eines solchen Thermoelements sowie ein Bauteil der jeweils eingangs genann¬ ten Art mit den Merkmalen gemäß dem jeweiligen unabhängigen Patentanspruch . Bei dem erfindungsgemäßen Thermoelement enthält zumindest ein Leitermaterial eines der Leiter eine MAX-Phase. Thermocouple, a method of applying such Thermocouple and a component of each genann ¬ th type with the features according to the respective independent claim. In the thermocouple according to the invention, at least one conductor material of one of the conductors contains a MAX phase.
MAX-Phasen sind Karbide und/oder Nitride, die eine hexagonale Gitterstruktur und einen geschichteten Materialaufbau aufwei- sen können. Die Stoff erbindung einer MAX-Phase ist durch die generischen Formel Mn+iAXn abbildbar, wobei n einen Wert von 1, 2 oder 3 annehmen kann, M ein Übergangsmetall, A ein A- Gruppen Element, insbesondere ein Element der Gruppen IIIA, IVA, 13 oder 14, und X Kohlenstoff oder Wasserstoff sein kann (siehe bspw. http://en.wikipedia.org/wiki/MAX_phases). MAX phases are carbides and / or nitrides, which may have a hexagonal lattice structure and a layered material structure. The substance compound of a MAX phase can be represented by the generic formula M n + iAX n , where n can assume a value of 1, 2 or 3, M is a transition metal, A is an A group element, in particular an element of groups IIIA, IVA , 13 or 14, and X can be carbon or hydrogen (see, for example, http://en.wikipedia.org/wiki/MAX_phases).
Eine MAX-Phase kann eine StoffVerbindung nach der generischen Formel Mn+iAXn mit M, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Scandium (Sc) , Titan (Ti) , Vanadium (V) , Chrom (Cr) , Zir- kon (Zr), Niob (Nb) , Molybdän (Mo), Hafnium (Hf) und Tantal (Ta) , A, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Aluminium (AI ) , Silizium (Si) , Phosphor (P) , Schwefel (S) , Gallium (Ga) , Germanium (Ge) , Arsen (As), Cadmium (Cd), Indium (In), Zinn (Sn) , Titan (Ti) und Blei (Pb) , X, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) , sein, wobei n den Wert 1 oder 2 oder 3 aufweisen kann. A MAX phase can be a substance compound according to the generic formula M n + iAX n with M selected from a group consisting of scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), zirconium (Zr) , Niobium (Nb), molybdenum (Mo), hafnium (Hf) and tantalum (Ta), A selected from a group consisting of aluminum (AI), silicon (Si), phosphorus (P), sulfur (S), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), cadmium (Cd), indium (In), tin (Sn), titanium (Ti), and lead (Pb), X selected from a group consisting of carbon (C ) and nitrogen (N), where n may be 1 or 2 or 3.
Insbesondere kann eine MAX-Phase eine StoffVerbindung, ausge¬ wählt aus einer Gruppe bestehend aus Ti2CdC, Sc2lnC, Ti2AlC, Ti2GaC, Ti2InC, Ti2TlC, V2A1C, V2GaC, Cr2GaC, Ti2AlN, Ti2GaN, Ti2InN, V2GaN, Cr2GaN, Ti2GeC, Ti2SnC, Ti2PbC, V2GeC, Cr2AlC, Cr2GeC, V2PC, V2AsC, Ti2SC, Zr2InC, Zr2TlC, Nb2AlC, Nb2GaC, Nb2InC, Mo2GaC, Zr2InN, Zr2TlN, Zr2SnC, Zr2PbC, Nb2SnC, Nb2PC, Nb2AsC, Zr2SC, Nb2SC, Hf2InC, Hf2TlC, Ta2AlC, Ta2GaC, Hf2SnC, Hf2PbC, Hf2SnN, Hf2SC, Ti3AlC2, V3A1C2, Ti3SiC2, Ti3GeC2, In particular, a MAX-phase, a carbon compound, out ¬ selected from a group consisting of Ti 2 CdC, Sc 2 LNC, Ti 2 AlC, Ti 2 GaC, Ti 2 InC, Ti 2 TIC, V 2 A1C, V 2 GaC, Cr 2 GaC, Ti 2 AlN, Ti 2 GaN, Ti 2 InN, V 2 GaN, Cr 2 GaN, Ti 2 GeC, Ti 2 SnC, Ti 2 PbC, V 2 GeC, Cr 2 AlC, Cr 2 GeC, V 2 PC , V 2 AsC, Ti 2 SC, Zr 2 InC, Zr 2 TIC, Nb 2 AlC, Nb 2 GaC, Nb 2 InC, Mo 2 GaC, Zr 2 InN, Zr 2 TlN, Zr 2 SnC, Zr 2 PbC, Nb 2 SnC, Nb 2 PC, Nb 2 AsC, Zr 2 SC, Nb 2 SC, Hf 2 InC, Hf 2 TIC, Ta 2 AlC, Ta 2 GaC, Hf 2 SnC, Hf 2 PbC, Hf 2 SnN, Hf 2 SC , Ti 3 AlC 2 , V 3 AlCl 2 , Ti 3 SiC 2 , Ti 3 GeC 2 ,
Ti3SnC2, Ta3AlC2, Ti4AlN3, V4A1C3, Ti4GaC3, Ti4SiC3, Ti4GeC3, Nb4AlC3 und Ta4AlC3, sein. Die Erfindung geht insbesondere von der Erkenntnis aus, dass übliche Thermoelemente mit üblichen Leitermaterialien für Messanwendungen unter anspruchsvollen thermischen und/oder mechanischen Randbedingungen und/oder einer stark oxidieren- den und/oder korrodierenden Messatmosphäre ungeeignet sein können. Beispielsweise können/kann die Temperaturbeständig¬ keit und/oder die Phasenstabilität und/oder die Ti 3 SnC 2 , Ta 3 AlC 2 , Ti 4 AlN 3 , V 4 AlCl 3 , Ti 4 GaC 3 , Ti 4 SiC 3 , Ti 4 GeC 3 , Nb 4 AlC 3 and Ta 4 AlC 3 . The invention is based, in particular, on the recognition that conventional thermocouples with customary conductor materials can be unsuitable for measurement applications under demanding thermal and / or mechanical boundary conditions and / or a strongly oxidizing and / or corrosive measurement atmosphere. For example, /, the temperature resistant ¬ ness and / or phase stability and / or the
Thermoschockresistenz der verwendeten Leitermaterialien unter bestimmten Beanspruchungen nicht ausreichend sein. Somit kann es zu einer Beeinträchtigung des Leitermaterials bzw. dessen Leitfähigkeit, folglich zu einer Beeinträchtigung oder Zerstörung des Thermoelements und letztlich zu einer Beeinträchtigung oder einem Ausfall der Temperaturmessung kommen. Der Ersatz von unbrauchbar gewordenen Thermoelementen kann auf- wändig sein und hohe Kosten verursachen. Dies gilt umso mehr, sofern hierfür Maschinen, Anlagen, oder Prozesse, bei denen die Temperaturmessung erfolgen soll, gestoppt und hiernach neu angefahren werden müssen. Weiter geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass MAX-Thermal shock resistance of the conductor materials used may not be sufficient under certain conditions. Thus, it may lead to an impairment of the conductor material or its conductivity, thus to deterioration or destruction of the thermocouple and ultimately to an impairment or a failure of the temperature measurement. The replacement of unusable thermocouples can be complex and cause high costs. This is all the more so, provided that machines, equipment, or processes, where the temperature measurement is to be made, stopped and hereafter restarted. Furthermore, the invention is based on the consideration that MAX
Phasen - aufgrund ihrer speziellen chemischen und/oder physikalischen Materialeigenschaften - insbesondere als Leitermaterial bzw. als Bestandteil eines Leitermaterials eines Phases - due to their special chemical and / or physical material properties - especially as a conductor material or as part of a conductor material of a
Thermoelements herausragend geeignet sein können: Thermocouples may be outstandingly suitable:
Die Materialeigenschaften von MAX-Phasen, also der vorgenannten Karbide und/oder Nitride, vereinen vorteilhafte Attribute von Metallen und Keramiken. MAX-Phasen können insbesondere eine hohe Temperaturbeständigkeit und/oder Oxidationsbestän- digkeit und/oder Korrosionsbeständigkeit und/oder Festigkeit aufweisen (siehe bspw. Barsoum, M.W., The Mn+lAXn Phases: a New Class of Solids; Thermodynamically Stable Nanolaminates . Prog. Solid State Chem 28, 201-281 (2000)). Zudem sind MAX-Phasen aufgrund ihrer metallartigen Bindungsstruktur elektrisch und thermisch leitfähig, womit eine The material properties of MAX phases, ie the abovementioned carbides and / or nitrides, combine advantageous attributes of metals and ceramics. In particular, MAX phases can have a high temperature resistance and / or oxidation resistance and / or corrosion resistance and / or strength (see, for example, Borzoum, MW, The Mn + lAXn Phases: a New Class of Solids, Thermodynamically Stable Nanolaminates, Prog State Chem 28, 201-281 (2000)). In addition, MAX phases are due to their metal-like bond structure electrically and thermally conductive, bringing a
Grundvoraussetzung für die Verwendung als Leitermaterial in Thermoelementen erfüllt ist. Beispielsweise weisen einige der vorgenannten MAX-Phasen eine im Vergleich zu Titan höhere elektrische und thermische Leitfähigkeit auf. Basic requirement for use as a conductor material in thermocouples is met. For example, some of the aforementioned MAX phases have a higher electrical and thermal conductivity compared to titanium.
Die vergleichsweise hohe Festigkeit der MAX-Phasen kann ein- hergehen mit einer vergleichsweise einfachen manuellen bzw. maschinellen Bearbeitbarkeit . Beispielsweise weisen einige MAX-Phasen eine im Vergleich zu Titan um etwa den Faktor drei höhere Festigkeit bei etwa vergleichbarer Dichte auf, wobei sie trotz dieser hohen Festigkeit manuell gesägt werden kön- nen. Durch die Verwendung von MAX-Phasen als Leitermaterial bzw. als Bestandteil des Leitermaterials kann demnach ein me¬ chanisch hoch beanspruchbarer Leiter bei gleichzeitig leichter Bearbeitbarkeit erreicht werden. Weiter weisen einige der MAX-Phasen eine besonders hohe The comparatively high strength of the MAX phases can be combined with a comparatively simple manual or machinability. For example, some MAX phases have about a factor of three higher strength at about comparable density compared to titanium, and they can be sawn manually despite this high strength. By the use of MAX-phases as a conductor material or as a constituent of the conductor material, therefore, a me ¬ mechanically highly stressable conductor can be achieved at the same time easier workability. Further, some of the MAX phases have a particularly high
Thermoschockresistenz auf. Unter der Thermoschockresistenz kann eine Widerstandsfähigkeit eines Materials gegenüber dem Einfluss eines hohen Temperaturgradienten über der Zeit verstanden werden. Durch die Verwendung von MAX-Phasen als Lei- termaterial bzw. als Bestandteil eines Leitermaterials kann ein Thermoelement bereitgestellt werden, dass auch unter dem Einfluss besonders hoher Temperaturgradienten, wie sie bei¬ spielsweise bei der Schnellabschaltung und/oder dem Schnellstart von Gasturbinen auftreten können, zuverlässig einge- setzt werden kann. Thermal shock resistance. Thermal shock resistance can be understood to mean a material's resistance to the influence of a high temperature gradient over time. By the use of MAX-phases as trunk termaterial or as part of a conductor material, a thermocouple can be provided that even under the influence of particularly high temperature gradients as ¬ may occur in the fast cut-off and / or the quick start of gas turbines at play, can be used reliably.
Ferner weisen einige der MAX-Phasen eine hohe Resistenz gegenüber oxidierenden und/oder korrodierenden Einflüssen auf. Dadurch, dass das Leitermaterial eine solche MAX-Phase ent- hält bzw. aus einer solchen besteht, kann ein Thermoelement erreicht werden, das auch unter vorgenannten Einflüssen zuverlässig eingesetzt werden kann. Furthermore, some of the MAX phases have a high resistance to oxidizing and / or corrosive influences. By virtue of the fact that the conductor material contains or consists of such a MAX phase, a thermocouple can be achieved which can be used reliably even under the aforementioned influences.
Zusammenfassend und vereinfacht ausgedrückt kann festgehalten werden, dass durch die Erfindung ein Leiter mit einer besonders hohen thermischen und/oder mechanischen und/oder chemischen Beanspruchbarkeit und folglich ein Thermoelement für besonders anspruchsvolle Messanwendungen erreicht werden kann, beispielsweise für Messanwendungen unter dem Einfluss einer hohen Temperatur, eines hohen Temperaturgradienten, einer stark oxidierenden und/oder korrodierenden Messatmosphäre und/oder einer hohen mechanischen Beanspruchung. In summary and in simple terms, it can be stated that the invention achieves a conductor with a particularly high thermal and / or mechanical and / or chemical resistance and consequently a thermocouple for particularly demanding measurement applications can, for example, for measurement applications under the influence of a high temperature, a high temperature gradient, a strong oxidizing and / or corrosive Messatmosphäre and / or a high mechanical stress.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zumindest ein Leiter des erfindungsgemäßen Thermoelements unter Verwendung einer Beschichtungstechnik, insbesondere einer Dünnschichttechnik, auf der Trägerfläche ausgebildet. In the method according to the invention, at least one conductor of the thermocouple according to the invention is formed on the carrier surface using a coating technique, in particular a thin-film technique.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass MAX- Phasen sich besonders vorteilhaft unter Verwendung einer Beschichtungstechnik zu Leitern, insbesondere Leiterbahnen, ausbilden lassen. Unter einer Beschichtungstechnik kann ein Prozess unter Verwendung einer physikalischen oder chemischen Abscheidung und/oder Aufbringung verstanden werden, bei dem die MAX-Phase an bzw. auf der Trägerfläche abgeschieden und/oder aufgebracht wird und derart den Leiter ausbildet. The invention is based on the consideration that MAX phases can be formed particularly advantageously using a coating technique to form conductors, in particular conductor tracks. A coating technique may be understood to mean a process using physical or chemical deposition and / or deposition in which the MAX phase is deposited and / or deposited on the support surface to form the conductor.
Durch die Ausbildung des Leiters unter Verwendung einer Beschichtungstechnik kann ein kompakter Aufbau des Thermoelements erreicht werden, was insbesondere für Messanwendungen mit beschränkten Platzverhältnissen vorteilhaft sein kann. By forming the conductor using a coating technique, a compact construction of the thermocouple can be achieved, which can be particularly advantageous for measuring applications with limited space.
Durch die Verwendung einer Dünnschichttechnik kann ein besonders kompakt aufgebautes Thermoelement mit nochmals reduzier¬ ter Dicke erreicht werden. By using a thin film technique, a particularly compact built thermocouple can be achieved with even Reducing ¬ ter thickness.
Des Weiteren kann durch die Ausbildung des Leiters unter Verwendung einer Beschichtungstechnik bzw. als Schicht eine hoch beanspruchbare und dauerhafte Verbindung zwischen dem Thermo¬ element und der Trägerfläche erreicht werden. Ein unbeabsich¬ tigtes Trennen des Thermoelements von der Trägerfläche kann derart vermieden werden. Furthermore, by the formation of the conductor using a coating technique or as a layer a highly durable and durable connection between the thermo ¬ element and the support surface can be achieved. A uninten ¬-saturated Disconnect the thermocouple from the support surface can be avoided in this way.
Das erfindungsgemäße Bauteil weist ein auf der Trägerfläche angeordnetes erfindungsgemäßes Thermoelement auf. Das Bauteil kann ein Bauteil sein, das einer hohen thermisehen und/oder mechanischen Beanspruchung und/oder einer oxidierenden und/oder korrodierenden Atmosphäre ausgesetzt ist. The component according to the invention has a thermocouple according to the invention arranged on the carrier surface. The component may be a component that has a high thermal and / or mechanical stress and / or an oxidizing and / or corrosive atmosphere is exposed.
Durch die Anordnung des erfindungsgemäßen Thermoelements auf der Trägerfläche des Bauteils kann eine besonders platzspa¬ rende Instrumentierung erreicht werden, bei der aufgrund der geringen Dicke des Thermoelements zudem eine Beeinträchtigung der Kontur des Bauteils und/oder eines umgebenden Bauraums vermieden wird. Dies kann von besonderem Vorteil sein, wenn das Bauteil ein Bauteil mit einer aero- oder fluiddynamischen Funktion ist, beispielsweise eine Turbinenschaufel, eine Tragfläche oder dergleichen. Somit kann durch die Anordnung des erfindungsgemäßen Thermoelements zur Temperaturmessung vermieden werden, dass die aero- oder fluiddynamischen Eigenschaften des Bauteils durch die Instrumentierung beeinträchtigt und folglich die Funktion des Bauteils eingeschränkt und/oder die Qualität der Temperaturmessung verfälscht werden . By arranging the thermocouple according to the invention on the support surface of the component, a particularly platzspa ¬ -saving instrumentation can be achieved in which due to the small thickness of the thermocouple also an impairment of the contour of the component and / or a surrounding space is avoided. This can be of particular advantage if the component is a component with an aerodynamic or fluid-dynamic function, for example a turbine blade, an airfoil or the like. Thus, it can be avoided by the arrangement of the thermocouple for temperature measurement according to the invention that affects the aero- or fluid dynamic properties of the component by the instrumentation and consequently limits the function of the component and / or the quality of the temperature measurement are falsified.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen. Die Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf das erfindungsgemäße Thermoelement, das er¬ findungsgemäße Verfahren wie auch auf das erfindungsgemäße Bauteil . Preferred developments of the invention will become apparent from the dependent claims. The developments relate both to the inventive thermocouple, he ¬ inventive method as well as the component of the invention.
Es ist denkbar, dass lediglich das erste Leitermaterial eine MAX-Phase enthält oder aus einer solchen besteht, wohingegen das zweite Leitermaterial des Thermoelements aus einem Me¬ tall, einer Metalllegierung oder einer Keramik besteht. Derart können an sich bekannte Leitermaterialien, wie Metalle und dergleichen, mit den vorgenannten MAX-Phasen in einem Thermoelement kombiniert werden. It is conceivable that only the first conductor material comprises a MAX-phase, or is composed of such a, whereas the second conductor material of the thermocouple consists of a tall Me ¬, a metal alloy or a ceramic. In this way, known conductor materials, such as metals and the like, can be combined with the abovementioned MAX phases in a thermocouple.
In einer vorteilhaften Ausführungsform enthalten beide Leitermaterialien jeweils eine MAX-Phase. Derart können beide Leitermaterialien mit gleichen Prozessen hergestellt und die Leiter mit gleichen Prozessen, vorzugweise unter Verwendung einer Beschichtungstechnik, ausgebildet werden. In solcher Weise kann einem erhöhten Herstellungsaufwand entgegengewirkt werden . In an advantageous embodiment, both conductor materials each contain a MAX phase. In this way, both conductor materials can be produced using the same processes and the conductors can be formed using the same processes, preferably using a coating technique. In such Way can be counteracted increased production costs.
Eine besonders hohe Beständigkeit des Leiters bzw. der Leiter gegenüber einer oxidierenden Atmosphäre kann erreicht werden, wenn das erste und/oder das zweite Leitermaterial eine MAX- Phase, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Ti2CdC, Sc2InC, Ti2AlC, Ti2GaC, Ti2InC, Ti2TlC, V2A1C, V2GaC, Cr2GaC, Ti2GeC, Ti2SnC, Ti2PbC, V2GeC, Cr2AlC, Cr2GeC, V2PC, V2AsC, Ti2SC, Zr2InC, Zr2TlC, Nb2AlC, Nb2GaC, Nb2InC, Mo2GaC, Zr2SnC, Zr2PbC, Nb2SnC, Nb2PC, Nb2AsC, Zr2SC, Nb2SC, Hf2InC, Hf2TlC, Ta2AlC, Ta2GaC, Hf2SnC, Hf2PbC, Hf2SC, Ti3AlC2, V3A1C2, Ti3SiC2, Ti3GeC2, Ti3SnC2, Ta3AlC2, V4A1C3, Ti4GaC3, Ti4SiC3, Ti4GeC3, Nb4AlC3 und Ta4AlC3 - also eine karbidische MAX-Phase -, ent- halten/enthält. A particularly high resistance of the conductor or conductors to an oxidizing atmosphere can be achieved if the first and / or the second conductor material has a MAX phase selected from a group consisting of Ti 2 CdC, Sc 2 InC, Ti 2 AlC, Ti 2 GaC, Ti 2 InC, Ti 2 TIC, V 2 AlC, V 2 GaC, Cr 2 GaC, Ti 2 GeC, Ti 2 SnC, Ti 2 PbC, V 2 GeC, Cr 2 AlC, Cr 2 GeC, V 2 PC, V 2 AsC, Ti 2 SC, Zr 2 InC, Zr 2 TIC, Nb 2 AlC, Nb 2 GaC, Nb 2 InC, Mo 2 GaC, Zr 2 SnC, Zr 2 PbC, Nb 2 SnC, Nb 2 PC, Nb 2 AsC, Zr 2 SC, Nb 2 SC, Hf 2 InC, Hf 2 TIC, Ta 2 AlC, Ta 2 GaC, Hf 2 SnC, Hf 2 PbC, Hf 2 SC, Ti 3 AlC 2 , V 3 A1C 2 , Ti 3 SiC 2 , Ti 3 GeC 2 , Ti 3 SnC 2 , Ta 3 AlC 2 , V 4 AlCl 3 , Ti 4 GaC 3 , Ti 4 SiC 3 , Ti 4 GeC 3 , Nb 4 AlC 3 and Ta 4 AlC 3 ie a carbide MAX phase -, contains / contains.
In einer weiteren Ausgestaltung enthält zumindest ein Leitermaterial eine MAX-Phase, ausgewählt aus einer Gruppe beste¬ hend aus Cr2AlC, Ti2AlC, Ti3AlC2 und Ta2AlC. Vorgenannte MAX- Phasen basieren auf vergleichsweise kostengünstigen und leicht verfügbaren Stoffen und sind mit einfachen Mitteln in ausreichend großen Mengen herstellbar. Ferner weisen sie eine hinreichende Oxidationsbeständigkeit auf. Vorteilhafte Kombinationen aus einem ersten und einem zweiten Leitermaterial können sich insbesondere ergeben, wenn das erste Leitermaterial Cr2AlC und das zweite Leitermaterial Ti2AlC enthält oder, wenn das erste Leitermaterial Cr2AlC und das zweite Leitermaterial Ti3AlC2 enthält oder, wenn das ers- te Leitermaterial Cr2AlC und das zweite Leitermaterial Ta2AlC enthält oder, wenn das erste Leitermaterial Ti2AlC und das zweite Leitermaterial Ti3AlC2 enthält oder, wenn das erste Leitermaterial Ti2AlC und das zweite Leitermaterial Ta2AlC enthält oder, wenn das erste Leitermaterial Ti3AlC2 und das zweite Leitermaterial Ta2AlC enthält. In a further embodiment at least one conductor material contains a MAX-phase, selected from a group ¬ best starting from Cr 2 AlC, Ti 2 AlC, Ti 3 AlC 2 and Ta 2 AlC. The aforementioned MAX phases are based on comparatively inexpensive and easily available substances and can be produced in simple quantities in sufficiently large quantities. Furthermore, they have a sufficient resistance to oxidation. Advantageous combinations of a first and a second conductor material may result, in particular, if the first conductor material contains Cr 2 AlC and the second conductor material Ti 2 AlC or, if the first conductor material contains Cr 2 AlC and the second conductor material Ti 3 AlC 2 or if the first conductor material contains Cr 2 AlC and the second conductor material Ta 2 AlC or, if the first conductor material contains Ti 2 AlC and the second conductor material Ti 3 AlC 2 or if the first conductor material Ti 2 AlC and the second conductor material Ta 2 AlC contains or when the first conductor material Ti 3 AlC 2 and the second conductor material contains Ta 2 AlC.
Es ist vorteilhaft, wenn das erste und/oder das zweite Lei¬ termaterial zu einem gewissen Volumen- oder Massenanteil, beispielsweise 50 Massen-Prozent, eine MAX-Phase enthal¬ ten/enthält und der verbleibende Anteil ein Metall, eine Me¬ talllegierung oder eine Keramik ist. Durch eine derartige Zusammensetzung des Leitermaterials können die thermischen und/oder chemischen und/oder physikalischen Materialeigenschaften des Leitermaterials auf besonders einfache Weise an- gepasst werden. It is advantageous if the first and / or the second Lei ¬ termaterial to a certain volume or mass fraction, For example, 50 mass percent, a MAX phase enthal ¬ th / contains and the remaining portion is a metal, a Me ¬ talllegierung or a ceramic. By virtue of such a composition of the conductor material, the thermal and / or chemical and / or physical material properties of the conductor material can be adapted in a particularly simple manner.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung besteht zumindest ein Leitermaterial im Wesentlichen aus einer MAX-Phase. Derart kann auf ein Zufügen weiterer Stoffe verzichtet und eine be¬ sonders homogene Zusammensetzung des Leitermaterials erreicht werden . In einer vorteilhaften Weiterbildung ist zumindest ein Leiter als eine Schicht, insbesondere als eine Dünnschicht mit einer Schichtdicke im Bereich von 10 ym bis 100 ym, ausgebildet. Durch die Ausbildung des Leiters als eine Schicht bzw. eine Dünnschicht, wird eine geringe thermische Trägheit des Lei- ters und folglich eine besonders kurze Ansprechzeit des According to a preferred development, at least one conductor material substantially consists of a MAX phase. Such can be accomplished dispense with addition of further substances and be ¬ Sonders homogeneous composition of the conductor material. In an advantageous development, at least one conductor is formed as a layer, in particular as a thin layer with a layer thickness in the range of 10 μm to 100 μm. The formation of the conductor as a layer or a thin layer, a low thermal inertia of the conductor and thus a particularly short response time of
Thermoelements erreicht. Derart kann das Thermoelement auch vorteilhaft zur präzisen Ermittlung von hohen Temperaturgradienten verwendet werden. Ferner kann das Thermoelement auf diese Weise ohne hohen Materialverbrauch hergestellt werden.  Thermocouple achieved. In this way, the thermocouple can also be advantageously used for the precise determination of high temperature gradients. Furthermore, the thermocouple can be manufactured in this way without high material consumption.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind der erste und der zweite Leiter jeweils an einem Leiterende zum Anschluss an jeweils einen Messleiter vorbereitet. Die Messleiter können Leiter sein, die zu einem Anschluss an eine Spannungsmessein- heit vorbereitet sind. Derart kann die Vergleichsmessstelle an einer hinreichend von der Messstelle entfernten Position angeordnet und eine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen diesen beiden Stellen, die bedingt durch das Messprinzip basierend auf dem Seebeck-Effekt notwendig ist, gewährleistet werden. In an advantageous embodiment, the first and the second conductor are each prepared at a conductor end for connection to a respective measuring conductor. The measuring conductors can be conductors which are prepared for connection to a voltage measuring unit. In this way, the comparison measuring point can be arranged at a position sufficiently remote from the measuring point, and a sufficient temperature difference between these two points, which is necessary due to the measuring principle based on the Seebeck effect, can be ensured.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird/werden zumindest der Leiter des Thermoelements, dessen Leitermaterial eine MAX-Phase enthält, insbesondere beide Leiter des Thermoele¬ ments, unter Verwendung der Beschichtungstechnik ausgebildet. Derart kann ein besonders kostengünstiges, insbesondere ein kostengünstig herstellbares, Thermoelement erreich werden. In a preferred embodiment, at least the conductor of the thermocouple, whose conductor material is a MAX phase contains, in particular both conductors of Thermoele ¬ ment, formed using the coating technique. In this way, a particularly cost-effective, in particular a cost-producible, thermocouple can be achieved.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird der zumindest eine Leiter unter Verwendung eines Laserstrahls, d.h. durch Laserstrahlverdampfen - auch: Laserdeposition - ausgebildet. Dabei kann das Leitermaterial, das bevorzugt aus einer der MAX- Phasen besteht und beispielsweise als ein Pulver oder einAccording to a preferred embodiment, the at least one conductor is formed using a laser beam, i. by laser beam evaporation - also: laser deposition - trained. In this case, the conductor material, which preferably consists of one of the MAX phases and, for example, as a powder or a
Festköper vorliegt, in einer Vakuumkammer mit einer gepulsten Laserstrahlung mit einer hohen Intensität bestrahlt und durch den Energieeintrag der Laserstrahlung verdampft werden. Das derart verdampfte Leitermaterial kann an der Trägerfläche kondensieren und den Leiter, beispielsweise in Form einerFestköper present, irradiated in a vacuum chamber with a pulsed laser radiation with a high intensity and evaporated by the energy input of the laser radiation. The thus evaporated conductor material can condense on the support surface and the conductor, for example in the form of a
Leiterbahn, ausbilden. Durch ein Steuern der Anzahl der Laserpulse kann die Menge des aufzutragenden Leitermaterials und damit die Ausbildung des Leiters besonders genau dosiert werden. Somit kann durch die Verwendung des Laserstrahlver- dampfens der Leiter besonders präzise ausgebildet werden. Track, train. By controlling the number of laser pulses, the amount of conductor material to be applied and thus the formation of the conductor can be dosed particularly accurately. Thus, by using the laser beam evaporation, the conductor can be made particularly precise.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird der zumindest eine Leiter unter Verwendung eines Elektronenstrahls, d.h. durch Elektronenstrahlverdampfung, ausgebildet. Dabei kann das Leitermaterial, das bevorzugt aus einer der MAX-According to another preferred embodiment, the at least one conductor is formed using an electron beam, i. by electron beam evaporation. In this case, the conductor material, which preferably consists of one of the MAX
Phasen besteht und beispielsweise als Pulver oder Festköper vorliegt, in einer Vakuumkammer mit einem Elektronenstrahl mit hoher Intensität bestrahlt und durch den Energieeintrag des Elektronenstrahls verdampft werden. Das derart verdampfte Leitermaterial kann an der Trägerfläche kondensieren und den Leiter, beispielsweise in Form einer Leiterbahn, ausbilden. Da durch die Verwendung des Elektronenstrahls besonders hohe Energiedichten erreicht werden können, können auf diese Weise auch Leitermaterialien mit besonders hohen Schmelzpunkten verdampft werden. Phases exists and is present for example as a powder or solid, irradiated in a vacuum chamber with an electron beam with high intensity and evaporated by the energy input of the electron beam. The thus evaporated conductor material may condense on the support surface and form the conductor, for example in the form of a conductor track. Since particularly high energy densities can be achieved by the use of the electron beam, conductor materials with particularly high melting points can also be vaporized in this way.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird der zumindest eine Leiter unter Verwendung eines Sputterprozesses , d.h. durch Sputterdeposition, ausgebildet. Durch die dem Fachmann an sich bekannte Sputterdeposition können eine Vielzahl von Leitermaterialien, insbesondere auch MAX-Phasen, vorteilhaft auf der Trägerfläche abgeschieden und derart der Leiter ausgebil- det werden. According to a preferred embodiment of the at least one conductor using a sputtering process, ie by Sputter deposition, trained. As a result of the sputter deposition known per se to the person skilled in the art, a large number of conductor materials, in particular also MAX phases, can advantageously be deposited on the carrier surface, thus forming the conductor.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird der zumindest eine Leiter mit einer Deckschicht bedeckt. Die Deckschicht kann eine physikalisch oder chemisch auf dem Leiter abgeschiedene Beschichtung sein. Derart kann der Leiter vor einer Beschädigung und/oder Beeinträchtigung durch chemische oder mechanische Einflüsse der Messumgebung geschützt werden. In an advantageous development, the at least one conductor is covered with a cover layer. The cover layer may be a coating deposited physically or chemically on the conductor. In this way, the conductor can be protected against damage and / or impairment due to chemical or mechanical influences of the measuring environment.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine Leiter auf einem Hochtemperaturbauteil, insbesondere auf einer Tur¬ binenschaufel und/oder einem Brennereinsatz und/oder einer Hitzeschildplatte und/oder einem Führungsringsegment, ausge¬ bildet wird. Derart kann das Hochtemperaturbauteil besonders präzise, dauerhaft und zudem platzsparend instrumentiert wer- den. Moreover, it is advantageous if the at least one conductor is formed on a high temperature component, in particular on a door ¬ binenschaufel and / or a burner insert and / or a heat shield plate and / or a guide ring segment being formed ¬. In this way, the high-temperature component can be instrumented in a particularly precise, durable and space-saving manner.
In einer weiteren Ausführungsform wird der zumindest eine Leiter auf einer MCrAlY-Zwischenschicht einer Turbinenschau¬ fel ausgebildet und mit einer Wärmedämmschicht bedeckt. Die MCrAlY-Zwischenschicht kann eine Beschichtung der Turbinen¬ schaufel zum Schutz gegen oxidierende und/oder korrodierende Einflüsse sein. Durch die derartige Ausbildung des Leiters kann die Temperatur unterhalb der Wärmedämmschicht bzw. ober¬ halb der MCrAlY-Zwischenschicht besonders präzise ermittelt werden. In a further embodiment, the at least one conductor is formed on a MCrAlY intermediate layer of a turbine acting ¬ fel and covered with a thermal barrier coating. The MCrAlY intermediate layer may be a coating of turbine blade for protection against oxidizing and / or corrosive influences. By such a design of the conductor, the temperature below the thermal barrier layer or upper half of the MCrAlY ¬ intermediate layer are precisely determined may particularly.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine Lei ter auf einer Wärmedämmschicht einer Turbinenschaufel ausge¬ bildet wird. Durch die derartige Ausbildung des Leiters kann die Temperatur an der Wärmedämmschicht besonders präzise er¬ mittelt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Thermoelement zumindest teilweise mit einer Deckschicht bedeckt. Die Deck¬ schicht kann eine Deckschicht sein, die das Bauteil in dessen hoch beanspruchten Bereichen zumindest überwiegend bedeckt. Beispielsweise kann die Deckschicht eine Wärmedämmschicht ei¬ ner Heißgaskomponente einer Verbrennungskraftmaschine sein. Furthermore, it is advantageous if the at least one Lei ter out ¬ forms a thermal barrier coating on a turbine blade. By such a design of the conductor, the temperature at the thermal barrier coating can be very precisely he ¬ averages. In an advantageous embodiment, the thermocouple is at least partially covered with a cover layer. The cover ¬ layer may be a top layer, which the component in the high stressed areas, at least predominantly covered. For example, the cover layer may be a thermal barrier layer egg ¬ ner hot gas component of an internal combustion engine.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Bauteil eine mit den Leitern des Thermoelements verbundene Spannungsmesseinheit und einen mit der Spannungsmesseinheit verbundenen Funksender zur Übermittlung eines Messsignals auf. Die Spannungsmesseinheit kann eine Messeinheit sein, die zur Ermittlung der Thermospannung an den Leiterenden bzw. an den Enden der Messleiter - also an der Vergleichsmessstelle - und zum Generieren eines Messsignals vorbereitet ist. DerIn a further advantageous embodiment, the component has a voltage measuring unit connected to the conductors of the thermocouple and a radio transmitter connected to the voltage measuring unit for transmitting a measuring signal. The voltage measuring unit can be a measuring unit which is prepared for determining the thermoelectric voltage at the conductor ends or at the ends of the measuring conductors-that is, at the comparison measuring point-and for generating a measuring signal. Of the
Funksender kann zur Übermittlung des Messsignals an eine abseits des Bauteils angeordnete Empfangseinheit vorbereitet sein. Durch die derartige Ausgestaltung ist es möglich, dass die Messsignale unter Vermeidung einer festen Verdrahtung übermittelt werden, was insbesondere für die Temperaturmes¬ sung an rotierenden Bauteilen vorteilhaft ist. Ein solches Bauteil kann beispielsweise eine mit dem erfindungsgemäßen Thermoelement instrumentierte Laufschaufel einer Turbine sein . Radio transmitter can be prepared for the transmission of the measurement signal to a remote from the component receiving unit. By such a configuration, it is possible that the measurement signals are transmitted by avoiding a fixed wiring, which is particularly advantageous for the temperature measuring ¬ solution to rotating components. Such a component can be, for example, a blade of a turbine instrumented with the thermocouple according to the invention.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des erfindungsgemä¬ ßen Thermoelements zur in-situ Ermittlung einer Temperatur an einem Hochtemperaturbauteil einer Gasturbine. Unter einer in- situ Ermittlung ist eine Ermittlung einer Messgröße im einge- bauten Zustand des Bauteils und während des laufenden Betrie¬ bes der Gasturbine innerhalb eines Betriebsintervalls zu ver¬ stehen . Particularly advantageous is the use of the invention shown SEN thermocouple for in-situ determining a temperature of a high-temperature component of a gas turbine. Under an in-situ determination is available, a determination of a measured variable in the installed state of the component and during the current Betrie ¬ bes the gas turbine within an operating interval to ver ¬.
Durch die vorgenannten vorteilhaften Eigenschaften des erfin- dungsgemäßen Thermoelements und des Verfahrens zu dessen Auf¬ bringung ist es möglich, die Temperatur eines solchen Hochtemperaturbauteils ortgenau, präzise, zuverlässig und über einen langen Zeitraum unter realen Betriebsbedingungen zu er- fassen. Unter Verwendung eines Berechnungsmodells zur analy¬ tischen Ermittlung der Bauteillebensdauer kann in Abhängigkeit des derart mittels des erfindungsgemäßen Thermoelements ermittelbaren Temperaturverlaufs über der Zeit die verblei¬ bende Lebensdauer des Bauteils mit gesteigerter Genauigkeit berechnet werden. Derart können ein vorzeitiger Austausch von Turbinenschaufeln und/oder anderer Hochtemperaturbauteile vermieden und folglich Kosten und Aufwand eingespart werden. Through the above-mentioned advantageous properties of the inventive thermocouple and the method for its on ¬ brin supply, it is possible ortgenau the temperature of such a high-temperature component, accurate, reliable and ER- over a long period of time under real operating conditions believe it. Using a computation model for analy ¬ tables identifying the component life can be calculated with enhanced accuracy over time, the verblei ¬ Bende life of the component as a function of ascertainable such means of the inventive thermocouple temperature profile. In this way, premature replacement of turbine blades and / or other high-temperature components can be avoided and consequently costs and effort can be saved.
Außerdem vorteilhaft ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Thermoelements zur in-situ Ermittlung einer Temperatur an einem Hochtemperaturbauteil eines Ofens, einer Verbrennungs¬ kraftmaschine oder zur Ermittlung der Temperatur einer Also advantageous is the use of the thermocouple according to the invention for in-situ determination of a temperature at a high temperature component of a furnace, a combustion ¬ engine or to determine the temperature of a
Schmelze, insbesondere einer metallischen oder keramischen Schmelze, oder dergleichen. Melt, in particular a metallic or ceramic melt, or the like.
In einer weiteren Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Thermoelement zur Ermittlung einer Temperatur im Bereich von 500°C bis 2000°C, insbesondere zwischen 1000°C und 2000°C und bevorzugt zwischen 1500°C und 2000°C verwendet. Durch die ho¬ he Temperaturbeständigkeit der MAX-Phasen kann derart eine besonders zuverlässige Ermittlung der Temperatur auch bei solch hohen Temperaturen erreicht werden. In a further embodiment, the thermocouple according to the invention is used for determining a temperature in the range of 500 ° C. to 2000 ° C., in particular between 1000 ° C. and 2000 ° C., and preferably between 1500 ° C. and 2000 ° C. By ho ¬ hey temperature resistance of MAX-phases particularly reliable determination of the temperature can such be achieved at such high temperatures.
Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unter¬ ansprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergege¬ ben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale je¬ weils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Thermoelement, dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie dem erfindungsgemäßen Bauteil gemäß den unabhängigen Ansprüchen kombinierbar. The previously given description of advantageous embodiments contains numerous features that are partially summarized in the individual sub ¬ claims partially to several summarized ¬ ben. However, these features may conveniently be considered individually and summarized to meaningful further combinations. In particular, these features are individually depending weils ¬ and can be combined in any suitable combination with the inventive thermocouple, the inventive method and the device according to the invention according to the independent claims.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die da- rin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit iso¬ liert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung einge- bracht und/oder mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden . The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, become clearer and more clearly understandable in the context of the invention. In conjunction with the following description of the embodiments, which are explained in more detail in conjunction with the drawings. The exemplary embodiments serve to explain the invention and do not restrict the invention to the combination of features specified therein, not even with regard to functional features. In addition, suitable features of each embodiment may also be considered explicitly iso ¬ liert, removed from one embodiment, introduced into another embodiment to supplement it and / or combined with any of the claims.
Es zeigen: FIG 1 eine schematische Darstellung eines Thermoelements, 1 shows a schematic representation of a thermocouple,
FIG 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Thermoe¬ lements, FIG 3 eine mit einem Thermoelement instrumentierte Leit¬ schaufel für eine Turbine, FIG 2 is a schematic sectional view of a type thermocouple ¬ lements, FIG 3 is an instrumented with a thermocouple Leit ¬ blade for a turbine,
FIG 4 eine mit einem Thermoelement instrumentierte Lauf¬ schaufel für eine Turbine, 4 shows an instrumented with a thermocouple running ¬ blade for a turbine,
FIG 5 ein Ausschnitt eines Bauteils mit einer Zwischen- und einer Deckschicht und einem auf der Deckschicht angeordneten Thermoelement und FIG 6 ein Ausschnitt eines weiteren Bauteils mit einem zwischen einer Zwischen- und einer Deckschicht angeordneten Thermoelement. 5 shows a section of a component with an intermediate layer and a cover layer and a thermocouple arranged on the cover layer, and FIG. 6 shows a section of a further component with a thermocouple arranged between an intermediate layer and a cover layer.
FIG 1 zeigt ein Thermoelement 2 mit einem ersten Leiter 4, bestehend aus einem ersten Leitermaterial 6, und einem zwei¬ ten Leiter 8, bestehend aus einem zweiten Leitermaterial 10, wobei der erste Leiter 4 und der zweite Leiter 8 an einer Kontaktstelle 12 elektrisch leitend miteinander verbunden und das erste Leitermaterial 6 und das zweite Leitermaterial 10 unterschiedlich sind. 1 shows a thermocouple 2 with a first conductor 4, consisting of a first conductor material 6, and a two ¬ th conductor 8, consisting of a second conductor material 10, wherein the first conductor 4 and the second conductor 8 at a contact point 12 electrically conductive interconnected and the first conductor material 6 and the second conductor material 10 are different.
Zumindest eines der Leitermaterialien 6, 10 enthält eine MAX- Phase 14. Genauer, enthalten im vorliegenden Ausführungsbeispiel das erste Leitermaterial 6 eine MAX-Phase 14a und das zweite Leitermaterial 10 eine MAX-Phase 14b. At least one of the conductor materials 6, 10 contains a MAX phase 14. More specifically, in the present exemplary embodiment, the first conductor material 6 contains a MAX phase 14a and the second conductor material 10 contains a MAX phase 14b.
Bezüglich der Bezeichnung von Merkmalen mit alphanumerischen Bezugszeichen gilt, dass gleiche Merkmale, die jedoch gering¬ fügige Unterschiede aufweisen können, beispielsweise in einem Betrag bzw. einem Zahlenwert, in einer Abmessung, einer Position, einer Funktion und/oder einer chemischen Zusammensetzung oder dergleichen, mit der gleichen Bezugsziffer und ei- nem bzw. einem anderen Bezugsbuchstaben gekennzeichnet sind. Wird die Bezugsziffer alleine ohne einen Bezugsbuchstaben erwähnt, so sind die entsprechenden Bauteile aller Ausführungs¬ beispiele angesprochen. Der erste Leiter 4 und der zweite Leiter 8 sind jeweils als eine Schicht 16 bzw. 18, d.h. unter Verwendung einer Be- schichtungstechnik, ausgebildet. With regard to the designation of features shall alphanumeric references that like features, but which may have low ¬ fügige differences, for example in an amount or a numerical value in one dimension, a position of a function and / or a chemical composition or the like, are identified with the same reference number and one or another reference letter. The corresponding components of all execution ¬ examples is the reference number mentioned alone without reference letters, so are addressed. The first conductor 4 and the second conductor 8 are each formed as a layer 16 or 18, ie using a coating technique.
Der erste Leiter 4 und der zweite Leiter 8 sind an jeweils einem Leiterende 20 bzw. 22 mit jeweils einem Messleiter 24 bzw. 26 elektrisch leitend verbunden. The first conductor 4 and the second conductor 8 are electrically conductively connected to a respective conductor end 20 and 22, each having a measuring conductor 24 and 26, respectively.
Eine Spannungsmesseinheit 28 ist mit den Messleitern 24 und 26 verbunden und zur Messung einer zwischen den Messleitern 24 und 26 bzw. zwischen den Leiterenden 20 und 22 anliegenden elektrischen Spannung vorbereitet. A voltage measuring unit 28 is connected to the measuring conductors 24 and 26 and prepared for measuring an applied between the measuring conductors 24 and 26 and between the conductor ends 20 and 22 electrical voltage.
Die im Bereich der Messleiter 24, 26 dargestellten Bruchkanten illustrieren, dass die Spannungsmesseinheit 28 um eine gewisse Distanz, insbesondere 50 cm bis 10 m, von dem Thermo¬ element 2 entfernt angeordnet sein kann. Ein Funksender 30 ist mit der Spannungsmesseinheit 28 verbun¬ den und zur drahtlosen Übermittlung eines Messsignals unter Verwendung der von der Spannungsmesseinheit 28 ermittelbaren elektrischen Spannung vorbereitet. The fracture edges illustrated in the region of the measuring conductors 24, 26 illustrate that the voltage measuring unit 28 can be arranged away from the thermocouple 2 by a certain distance, in particular 50 cm to 10 m. A radio transmitter 30 is connected to the voltage measuring unit 28 verbun ¬ and for the wireless transmission of a measurement signal using the detectable by the voltage measuring unit 28 electrical voltage prepared.
Zur Ermittlung einer Temperaturdifferenz zwischen einer Messstelle 32 mit einer Temperatur ΤΊ und einer Vergleichsmess¬ stelle 34 mit einer Temperatur T2 wird die Kontaktstelle 12 des Thermoelements 2 an der Messstelle 32 positioniert. Zudem werden die Leiterenden 20 und 22 an der Vergleichsmessstelle 34 positioniert bzw. an der Vergleichsmessstelle 34 mit den Messleitern 24 und 26 verbunden. To determine a temperature difference between a measuring point 32 with a temperature ΤΊ and a Vergleichmess ¬ point 34 with a temperature T2, the contact point 12 of the thermocouple 2 is positioned at the measuring point 32. In addition, the conductor ends 20 and 22 are positioned at the comparison measuring point 34 or connected at the comparison measuring point 34 with the measuring conductors 24 and 26.
Unter Verwendung der Spannungsmesseinheit 28 wird eine elekt- rische Spannung, die zwischen den Leiterenden 20 und 22 bzw. zwischen den Messleitern 24 und 26 anliegt, ermittelt. Using the voltage measuring unit 28, an electrical voltage which is applied between the conductor ends 20 and 22 or between the measuring conductors 24 and 26 is determined.
Diese elektrische Spannung resultiert aus der Umwandlung von thermischer Energie in elektrische Energie, welche sich gemäß dem Seebeck-Effekt, welcher dem Fachmann bekannt ist, aus der Temperaturdifferenz ΔΤ = ΤΊ - T2 zwischen der Temperatur ΤΊ der Messstelle 32 und der Temperatur T2 der Vergleichsmess¬ stelle 34 ergibt. Bei einer bekannten Temperatur T2 der VergleichsmessstelleThis electrical voltage results from the conversion of thermal energy into electrical energy, which in accordance with the Seebeck effect, which is known in the art, from the temperature difference ΔΤ = ΤΊ - T2 between the temperature ΤΊ of the measuring point 32 and the temperature T2 of Vergleichmess ¬ 34. At a known temperature T2 of the comparison measuring point
34, kann somit die Temperatur ΤΊ der Messstelle 32 gemäß der Bestimmungsgleichung ΤΊ = ΔΤ + T2 ermittelt werden. 34, the temperature ΤΊ of the measuring point 32 can thus be determined in accordance with the equation of determination ΤΊ = ΔΤ + T2.
Zudem wird der Wert der derart ermittelten Temperatur ΤΊ und/oder der Wert der Temperaturdifferenz ΔΤ unter Verwendung des Funksenders 30 drahtlos als ein Messsignal an einen Empfänger übermittelt. Es ist auch denkbar und vorteilhaft, dass lediglich der Wert der derart ermittelten elektrischen Spannung unter Verwendung des Funksenders 30 übermittelt und die Temperatur ΤΊ bzw. die Temperaturdifferenz ΔΤ empfänger- seitig ermittelt wird. Das Thermoelement 2 kann Bestandteil eines Sensors bzw. eines Temperaturmessfühlers sein, der eine Hülle, ein Gehäuse oder dergleichen aufweist, in die/das die Leiter 4 und 8, insbe¬ sondere - mit Ausnahme der Kontaktstelle 12 - elektrisch iso- lierend und gegen Umwelteinflüsse geschützt, eingebettet sein können. Das Thermoelement 2 bzw. der vorgenannte Sensor kann zusammen mit den Messleitern 24, 26, der Spannungsmesseinheit 28 und dem Funksender 30 Bestandteil einer Temperaturmesseinrichtung sein. In addition, the value of the thus determined temperature ΤΊ and / or the value of the temperature difference ΔΤ is transmitted wirelessly using the radio transmitter 30 as a measurement signal to a receiver. It is also conceivable and advantageous that only the value of the thus determined electrical voltage is transmitted using the radio transmitter 30 and the temperature ΤΊ or the temperature difference ΔΤ is determined on the receiver side. The thermocouple 2 may be part of a sensor or a temperature sensor having a shell, a housing or the like, in which / the conductors 4 and 8, in particular ¬ special - with the exception of the contact point 12 - electrically insulating and against environmental influences protected, embedded. The thermocouple 2 or the aforementioned sensor can be part of a temperature measuring device together with the measuring conductors 24, 26, the voltage measuring unit 28 and the radio transmitter 30.
Die Beschreibungen nachfolgender Ausführungsbeispiele beschränken sich generell im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel aus FIG 1, auf das bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen verwiesen wird. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert und nicht erwähnte Merkmale sind in den folgenden Ausführungsbeispielen übernommen, ohne dass sie erneut beschrieben sind. FIG 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines The descriptions of subsequent embodiments are generally limited essentially to the differences from the embodiment of Figure 1, which is referred to with respect to the same features and functions. Substantially identical components are basically numbered with the same reference numerals, and features not mentioned are adopted in the following exemplary embodiments without being described again. 2 shows a schematic sectional view of a
Thermoelements 2a, das auf einer Trägerfläche 36 aufgebracht ist. In FIG 2 sind insbesondere die als Schichten 16a und 18a ausgebildeten Leiter 4a und 8a ersichtlich. Die Trägerfläche 36 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Oberfläche eines Bauteils 38.  Thermocouple 2a, which is applied to a support surface 36. In particular, the conductors 4a and 8a formed as layers 16a and 18a can be seen in FIG. The carrier surface 36 is a surface of a component 38 in the present exemplary embodiment.
Die Leiter 4a und 8a sind mit einer Deckschicht 40 bedeckt. Die Deckschicht 40 ist elektrisch isolierend und dient dem Schutz der Leiter 4a, 8a bzw. des Thermoelements 2a gegenüber einem ungewollten Einfluss aus einer Messumgebung 42. The conductors 4a and 8a are covered with a cover layer 40. The cover layer 40 is electrically insulating and serves to protect the conductors 4a, 8a or the thermocouple 2a from undesired influence from a measurement environment 42.
Die Leiter 4a, 8a bzw. die Schichten 16a, 18a sind als Dünn¬ schichten 44 und 46 ausgebildet, die jeweils eine Schichtdi¬ cke di bzw. d2 von etwa 10 ym aufweisen. Zum Aufbringen des Thermoelements 2a auf die Trägerfläche 36 des Bauteils 38 werden die Leiter 4a und 8a unter Verwendung einer Beschichtungstechnik ausgebildet. Genauer, werden die Leiter 4a und 8a unter Verwendung eines Laserstrahls, d.h. durch Laserstrahlverdampfen - auch: Laserdeposition - ausgebildet. Dabei werden die Leitermaterialien 6a, 10a in einer Vakuumkammer mit einer gepulsten Laserstrahlung mit einer hohen Intensität bestrahlt und durch den Ener- gieeintrag der Laserstrahlung verdampft. Die derart verdampf¬ ten Leitermaterialien 6a, 10a kondensieren an der Trägerfläche 36 des Bauteils 38 und bilden die Leiter 4a und 8a aus. The conductors 4a, 8a and the layers 16a, 18a are formed as thin ¬ layers 44 and 46, each having a Schichtdi ¬ cke di or d2 of about 10 ym. For applying the thermocouple 2a to the support surface 36 of the component 38, the conductors 4a and 8a are formed using a coating technique. More specifically, the conductors 4a and 8a are formed by using a laser beam, ie, by laser beam evaporation, also called laser deposition. In this case, the conductor materials 6a, 10a are irradiated in a vacuum chamber with a pulsed laser radiation with a high intensity and vaporized by the energy input of the laser radiation. The thus vaporized ¬ th conductor materials 6a, 10a condense on the support surface 36 of the component 38 and form the conductors 4a and 8a.
Zudem werden die Leiter 4a und 8a mit der Deckschicht 40 be- deckt. Die Deckschicht 40 kann unter Verwendung einer Be¬ schichtungstechnik, beispielsweise einer physikalischen oder chemischen Abscheidung, einer Lacktechnik oder dergleichen aufgebracht werden. Das Leitermaterial 6a besteht im Wesentlichen aus der MAX-In addition, the conductors 4a and 8a are covered with the cover layer 40. The cover layer 40 can be applied using a coating technique, for example a physical or chemical deposition, a lacquer technique or the like. The conductor material 6a consists essentially of the MAX
Phase 14c, welche Cr2AlC ist. Das Leitermaterial 10a besteht im Wesentlichen aus der MAX-Phase 14d, welche T12AIC ist. Phase 14c, which is Cr 2 AlC. The conductor material 10a consists essentially of the MAX phase 14d, which is T1 2 AIC.
FIG 3 zeigt ein Bauteil 38a mit einer Trägerfläche 36a, auf welcher ein Thermoelement 2b angeordnet ist. 3 shows a component 38a with a carrier surface 36a, on which a thermocouple 2b is arranged.
Das Bauteil 38a ist eine Leitschaufel 48 für einen Leitappa¬ rat einer Turbine, insbesondere einer Gasturbine. Die Leitschaufel 48 weist beidseits eine Befestigungseinheit 50, 52 zur Befestigung der Leitschaufel 48 im Leitapparat bzw. in der Turbine auf. The component 38a is a guide blade 48 for a Leitappa ¬ rat a turbine, in particular a gas turbine. The guide blade 48 has on both sides a fastening unit 50, 52 for fastening the guide blade 48 in the distributor or in the turbine.
Das Thermoelement 2b ist an einer Messstelle 32a mit einer Temperatur T3 auf der Trägerfläche 36a, die durch die Ober¬ fläche der Leitschaufel gebildet ist, angeordnet. Die Leiter 4b und 8b des Thermoelements 2b sind mittels einer Beschichtungstechnik auf die Trägerfläche 36a der Leitschau¬ fel 48 aufgebracht. Das Leitermaterial 6b besteht im Wesentlichen aus T13AIC2, das Leitermaterial 10b im Wesentlichen aus Ta2AlC. The thermocouple 2b is arranged at a measuring point 32a with a temperature T3 on the support surface 36a, which is formed by the upper surface of the guide vane ¬ . The conductors 4b and 8b of the thermocouple 2b are applied by means of a coating technique on the support surface 36a of Leitschau ¬ fel 48. The conductor material 6b consists essentially of T1 3 AIC 2 , the conductor material 10b essentially of Ta 2 AlC.
Die Leiter 4b und 8b des Thermoelements 2b sind mit den Mess¬ leitern 24a und 26a elektrisch leitend verbunden. Die Leiter 4b, 8b sind im Bereich der Messstelle 32a mäanderförmig, wo¬ bei generell auch andere Formgebungen, beispielsweise die in FIG 1 dargestellte, der Leiter 4 und 8 im Bereich der Kontaktstelle 12 denkbar sind. Die Messleiter 24a, 26a verlaufen zu einer - nicht detailliert dargestellten - Vergleichsmess- stelle 34a mit einer Temperatur T4. The conductors 4b and 8b of the thermocouple 2b are electrically connected to the measuring ¬ conductors 24a and 26a. The conductors 4b, 8b are meandering in the region of the measuring point 32a, where ¬ in general, other shapes, such as those shown in Figure 1, the conductors 4 and 8 in the region of the contact point 12 are conceivable. The measuring conductors 24a, 26a extend to a comparison measuring point 34a having a temperature T 4 (not shown in detail ) .
Eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur T3 der Messstelle 32a und der Temperatur T4 der Vergleichsmessstelle 34a wird auf die im Ausführungsbeispiel FIG 1 beschriebene Weise ermittelt. A temperature difference between the temperature T 3 of the measuring point 32a and the temperature T 4 of the comparison measuring point 34a is determined in the manner described in the exemplary embodiment FIG.
Diese Ermittlung kann besonders vorteilhaft im eingebauten Zustand der Leitschaufel 48 und während eines Betriebs der Turbine, d.h. in-situ, erfolgen. Ein Funksender 30 zur Über- mittlung eines Messsignals, wie in FIG 1 dargestellt, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht zwingend notwendig. Da die Leitschaufel 48 keine Relativbewegungen zur Gasturbine ausführt, ist eine ortfeste Verdrahtung zwischen der Mess¬ stelle und einem Messempfänger, der beispielsweise an einer Leitwarte der Turbine angeordnet sein kann, möglich. This determination can be carried out particularly advantageously in the installed state of the guide vane 48 and during operation of the turbine, ie in-situ. A radio transmitter 30 for transmitting a measurement signal, as shown in FIG. 1, is not absolutely necessary in the present exemplary embodiment. Since the vane 48 does not perform a relative movement to the gas turbine, is a ortfeste wiring between the measurement point and possible ¬ a measurement receiver which can be arranged for example in a control room of the turbine.
FIG 4 zeigt ein weiteres Bauteil 38b mit einer Trägerfläche 36b, wobei auf der Trägerfläche 36b ein Thermoelement 2c an¬ geordnet ist. 4 shows a further component 38b having a support surface 36b, wherein on the support surface 36b is at a thermocouple 2c ¬ sorted.
Das Bauteil 38b ist eine Laufschaufel 54 für einen Turbinen¬ läufer einer Turbine, insbesondere einer Gasturbine. Die Laufschaufel 54 weist eine Befestigungseinheit 56 zur Be¬ festigung der Laufschaufel 54 am Turbinenläufer der Turbine auf . Das Thermoelement 2c ist an einer Messstelle 32b mit einer Temperatur T5 auf der Trägerfläche 36b, die durch die Ober¬ fläche der Laufschaufei 54 gebildet ist, angeordnet. The component 38b is a blade 54 for a turbine runner ¬ a turbine, in particular a gas turbine. The blade 54 includes a mounting unit 56 for loading ¬ attachment of the blade 54 on the turbine rotor of the turbine. The thermocouple 2c is arranged at a measurement point 32b at a temperature T 5 on the support surface 36b, which is formed by the upper surface of the rotor blade ¬ 54th
Die Leiter 4c und 8c des Thermoelements 2c sind mittels einer Beschichtungstechnik auf die Trägerfläche 36b der Laufschau¬ fel 54 aufgebracht. The conductors 4 c and 8 c of the thermocouple 2 c are applied by means of a coating technique on the support surface 36 b of the Laufschau ¬ fel 54.
Es ist aber auch denkbar und vorteilhaft, dass die Leiter 4 und 8 als Schichten auf einem Trägersubstrat ausgebildet wer- den, beispielsweise auf einer Folie oder dergleichen, und dass das Trägersubstrat hiernach auch die Trägerfläche 36b aufgebracht wird, beispielsweise durch eine Klebetechnik oder dergleichen . Das Leitermaterial 6c besteht im Wesentlichen aus Cr2AlC, das Leitermaterial 10c im Wesentlichen aus Ti3AlC2. However, it is also conceivable and advantageous for the conductors 4 and 8 to be formed as layers on a carrier substrate, for example on a film or the like, and for the carrier substrate 36b subsequently to be applied, for example by an adhesive technique or the like. The conductor material 6c consists essentially of Cr 2 AlC, the conductor material 10c consists essentially of Ti 3 AlC 2 .
Die Leiter 4c und 8c des Thermoelements 2c sind an den Lei¬ terenden 20c, 22c mit den Messleitern 24b und 26b elektrisch leitend verbunden. Die Messleiter 24b, 26b verlaufen in radialer Richtung zum Schaufelfuß 58 der Laufschaufel 54 und sind an einer Vergleichsmessstelle 34b, welche eine Temperatur Ίβ aufweist, mit zwei weiteren Messleitern 24c, 26c verbunden. Zudem ist eine Spannungsmesseinheit 28a mit den Messleitern 24c und 26c, also mittelbar mit den Messleitern 24b, 26b und den Leitern 4c und 8c, verbunden. Die Spannungsmesseinheit 28a ist zur Ermittlung einer Spannung zwischen den Messleitern 24c und 26c vorbereitet. The conductors 4c and 8c of the thermocouple 2c are electrically connected to the Lei ¬ terenden 20c, 22c with the measuring conductors 24b and 26b. The measuring conductors 24b, 26b extend in the radial direction to the blade root 58 of the rotor blade 54 and are connected at a comparison measuring point 34b, which has a temperature Ίβ, with two further measuring conductors 24c, 26c. In addition, a voltage measuring unit 28a is connected to the measuring conductors 24c and 26c, ie indirectly to the measuring conductors 24b, 26b and the conductors 4c and 8c. The voltage measuring unit 28a is prepared to detect a voltage between the measuring conductors 24c and 26c.
Ein Funksender 30a ist mit der Spannungsmesseinheit 28 ver¬ bunden und zur drahtlosen Übermittlung eines Messsignals 60 an einen Empfänger 62, der beispielsweise in einer Leitwarte der Turbine angeordnet sein kann, vorbereitet. A radio transmitter 30a is connected to the voltage measuring unit 28 connected ver ¬ and for the wireless transmission of a measurement signal 60 to a receiver 62, which may be arranged, for example, in a control room of the turbine prepared.
Eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur T5 der Mess- stelle 32b und der Temperatur Ίβ der Vergleichsmessstelle 34b wird auf die im Ausführungsbeispiel FIG 1 beschriebene Art und Weise ermittelt. A temperature difference between the temperature T 5 of the measuring point 32b and the temperature Ίβ of the comparison measuring point 34b is determined in the manner described in the exemplary embodiment FIG.
Dabei kann die Temperatur der Vergleichsmessstelle 34b bei- spielsweise unter Verwendung eines Drahtthermometers ermit¬ telt werden. In this case, the temperature of the cold junction 34b are examples ermit ¬ telt game, using a wire thermometer.
Diese Ermittlung der Temperatur T5 bzw. der Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturen T5 und Ίβ kann besonders vor- teilhaft im eingebauten Zustand der Laufschaufel 54 und wäh¬ rend eines Betriebs der Turbine, d.h. in-situ, erfolgen. Da¬ bei ist die Übermittlung des Messsignals 60 unter Verwendung des Funksenders 30a besonders vorteilhaft, da die Laufschau¬ fel 54 eine rotierende Bewegung ausführt und eine ortfeste Verdrahtung zwischen der Messstelle 32b und dem Empfänger 62 nicht ohne Weiteres technisch möglich ist. This determination of the temperature T 5 and the temperature difference between the temperatures T 5 and Ίβ can be particularly advanta- geous in the installed state of the blade 54 and currency ¬ rend of operation of the turbine, ie, in-situ, take place. At ¬ the transmission of the measurement signal 60 using the radio transmitter 30a is particularly advantageous because the Laufschau ¬ fel 54 performs a rotating movement and a stationary wiring between the measuring point 32b and the receiver 62 is not technically possible without further notice.
FIG 5 zeigt einen Ausschnitt eines Bauteils 38c mit einem Thermoelement 2d. In FIG 5 ist insbesondere eine Art der An- Ordnung eines Thermoelements 2 auf bzw. an einem mehrschichtigen Bauteil illustriert. 5 shows a section of a component 38c with a thermocouple 2d. FIG. 5 illustrates in particular one type of arrangement of a thermocouple 2 on or on a multilayer component.
Das Bauteil 38c weist einen Grundwerkstoff 64, eine Zwischen¬ schicht 66 und eine Deckschicht 68 auf. The member 38c includes a base material 64, an intermediate ¬ layer 66 and a cover layer 68.
Das Thermoelement 2d ist auf der Deckschicht 68 angeordnet. The thermocouple 2d is arranged on the cover layer 68.
Der Grundwerkstoff 64 ist eine Titan-Legierung, eine Nickel- Superlegierung oder eine Wolfram-Molybdän-Legierung oder der- gleichen. The base material 64 is a titanium alloy, a nickel superalloy, or a tungsten-molybdenum alloy or the like.
Die Zwischenschicht 66 ist eine MCrAlY-Zwischenschicht 70, die Nickel und/oder Chrom und Aluminium und Ytrium aufweist und sich durch eine besonders hohe Korrosions- und/oder Oxi- dationsfestigkeit auszeichnet. The intermediate layer 66 is an MCrAlY interlayer 70 comprising nickel and / or chromium and aluminum and yttrium and characterized by a particularly high corrosion and / or oxidation resistance.
Die Deckschicht 68 ist eine Wärmedämmschicht 72 - auch: ther- mal barrier coating oder TBC -, die einen besonders niedrigen Wärmeleitwert aufweist. The cover layer 68 is a thermal barrier layer 72 - also known as barrier coating or TBC - which has a particularly low thermal conductivity.
Der in FIG 5 schematisch gezeigte Schichtaufbau kann ein Auf¬ bau einer Randschicht einer Heißgaskomponente einer Gasturbi- ne, beispielsweise eines Brennereinsatzes, einer Hitzeschild¬ platte, eines Führungsringsegments oder dergleichen, bevor¬ zugt einer Turbinenschaufel sein. The layer structure schematically shown in FIG 5, an on ¬ construction of a surface layer of a hot gas component of a gas turbine ne, such as a burner insert, a heat shield ¬ plate, a guide ring segment or the like before ¬ Trains t be a turbine blade.
Durch Anordnung des Thermoelements 2d auf der Wärmedämm- schicht 72 kann eine unmittelbare Messung der Oberflächentemperatur des Bauteils 38c erfolgen. Dabei kann insbesondere ein Verlust des durch das Thermoelement 2d ermittelbaren Messsignals als ein Indikator für das Überschreiten einer Grenztemperatur verwendet werden. By arranging the thermocouple 2d on the thermal barrier layer 72, a direct measurement of the surface temperature of the component 38c can take place. In particular, a loss of the measurement signal detectable by the thermocouple 2d can be used as an indicator for the exceeding of a limit temperature.
FIG 6 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Bauteils 38d mit einem Thermoelement 2e. In FIG 6 ist eine weitere Art der An¬ ordnung eines Thermoelements 2 auf bzw. an einem mehrschichtigen Bauteil illustriert. 6 shows a section of a further component 38d with a thermocouple 2e. In FIG 6 is another type of order at ¬ a thermocouple 2 is illustrated in or on a multilayer component.
Das Bauteil 38d weist einen Grundwerkstoff 64a, eine Zwi¬ schenschicht 66a und eine Deckschicht 68a auf. Die Zwischen¬ schicht 66a ist eine MCrAlY-Zwischenschicht 70a, die Deck¬ schicht 68a eine Wärmedämmschicht 72a. The component 38d has a base material 64a, an intermediate layer 66a and a cover layer 68a. The intermediate ¬ layer 66a is a MCrAlY intermediate layer 70a, the cover layer 68a ¬ a heat insulating layer 72a.
Das Thermoelement 2e ist zwischen der Zwischenschicht 66a und der Deckschicht 68a bzw. zwischen der MCrAlY-Zwischenschicht 70a und der Wärmedämmschicht 72a angeordnet. Durch Anordnung des Thermoelements 2e auf der Zwischenschicht 66a kann eine unmittelbare Ermittlung der Temperatur der Zwischenschicht 66a erfolgen, wobei das Thermoelement 2e durch die darüberliegende Deckschicht 68a gegen einen schädlichen Emfluss aus einer Messumgebung geschützt wird. Dabei muss die Deckschicht 68a nicht zwingend eine Wärmedämmschicht sein, sondern kann stattdessen eine Schicht mit einer Schutz Wirkung gegen korrodierende und/oder oxidierende Einflüsse aus einer Messumgebung sein. The thermocouple 2e is arranged between the intermediate layer 66a and the cover layer 68a or between the MCrAlY intermediate layer 70a and the thermal barrier layer 72a. By arranging the thermocouple 2e on the intermediate layer 66a, an immediate determination of the temperature of the intermediate layer 66a can take place, with the thermocouple 2e being damaged by the overlying covering layer 68a Emfluss is protected from a measuring environment. In this case, the cover layer 68a does not necessarily have to be a thermal barrier coating, but instead may be a layer having a protective effect against corrosive and / or oxidizing influences from a measurement environment.

Claims

Patentansprüche claims
1. Thermoelement (2, 2a—e) mit einem ersten Leiter (4, 4a—c) , bestehend aus einem ersten Leitermaterial (6, 6a, 6b), und einem zweiten Leiter (8, 8a—c) , bestehend aus einem zweiten Leitermaterial (10, 10a, 10b), wobei der erste und der zweite Leiter (6, 6a, 6b), (10, 10a, 10b) an einer Kontaktstelle (12) elektrisch leitend miteinander verbunden und das erste Leitermaterial (6, 6a, 6b) und das zweite Leitermaterial (10, 10a, 10b) unterschiedlich sind, 1. thermocouple (2, 2a-e) with a first conductor (4, 4a-c), consisting of a first conductor material (6, 6a, 6b), and a second conductor (8, 8a-c), consisting of a second conductor material (10, 10a, 10b), wherein the first and the second conductor (6, 6a, 6b), (10, 10a, 10b) are electrically conductively connected to one another at a contact point (12) and the first conductor material (6, 6a , 6b) and the second conductor material (10, 10a, 10b) are different,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Leitermaterial (6, 6a, 6b, 10, 10a, 10b) eine MAX-Phase (14, 14a-d) enthält. characterized in that at least one conductor material (6, 6a, 6b, 10, 10a, 10b) contains a MAX phase (14, 14a-d).
2. Thermoelement (2, 2a—e) nach Anspruch 1, 2. thermocouple (2, 2a-e) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass beide Leitermaterialien (6, 6a, 6b, 10, 10a, 10b) jeweils eine MAX-Phase (14, 14a-d) enthal¬ ten . characterized in that the two conductor materials (6, 6a, 6b, 10, 10a, 10b) each have a MAX-phase (14, 14a-d) contained ¬ th.
3. Thermoelement (2, 2a—e) nach einem der vorherigen Ansprü- che, 3. thermocouple (2, 2a-e) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Leitermaterial (6, 6a, 6b, 10, 10a, 10b) eine MAX-Phase (14, 14a-d) , ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Cr2AlC, Ti2AlC, T13AIC2 und Ta2AlC, enthält. characterized in that at least one conductor material (6, 6a, 6b, 10, 10a, 10b) has a MAX phase (14, 14a-d) selected from a group consisting of Cr 2 AlC, Ti 2 AlC, T1 3 AIC 2 and Ta 2 AlC.
4. Thermoelement (2, 2a—e) nach einem der vorherigen Ansprüche, 4. thermocouple (2, 2a-e) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Leitermaterial (6, 6a, 6b, 10, 10a, 10b) im Wesentlichen aus einer MAX-Phase (14, 14a-d) besteht. characterized in that at least one conductor material (6, 6a, 6b, 10, 10a, 10b) consists essentially of a MAX phase (14, 14a-d).
5. Thermoelement (2, 2a—e) nach einem der vorherigen Ansprü¬ che, 5. thermocouple (2, 2a-e) according to one of the preceding Ansprü ¬ che,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Leiter (4, 4a—c, 8, 8a—c) als eine Schicht (16, 16a, 18, 18a), insbesondere als eine Dünnschicht (44, 46) mit einer Schichtdicke (di, d2) im Bereich von 10 ym bis 100 ym, ausgebildet ist. characterized in that at least one conductor (4, 4a-c, 8, 8a-c) as a layer (16, 16a, 18, 18a), in particular as a thin film (44, 46) with a layer thickness (di, d 2 ) in the range of 10 ym to 100 ym.
6. Thermoelement (2, 2a—e) nach einem der vorherigen Ansprü¬ che, 6. thermocouple (2, 2a-e) according to one of the preceding Ansprü ¬ che,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leiter (4, 4a—c) und der zweite Leiter (8, 8a—c) jeweils an einem Leiterende (20, 20c, 22, 22c) zum Anschluss an jeweils einen Messleiter (24, 24a—c, 26, 26a—c) vorbereitet sind. characterized in that the first conductor (4, 4a-c) and the second conductor (8, 8a-c) each at a conductor end (20, 20c, 22, 22c) for connection to a respective measuring conductor (24, 24a-c , 26, 26a-c) are prepared.
7. Verfahren zum Aufbringen eines Thermoelements (2, 2a—e) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 auf eine Träger- fläche (36, 36a, 36b), 7. A method for applying a thermocouple (2, 2a-e) according to at least one of claims 1 to 6 on a support surface (36, 36a, 36b),
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Leiter (4, 4a—c,characterized in that at least one conductor (4, 4a-c,
8. 8a—c) des Thermoelements (2, 2a—e) unter Verwendung einer Beschichtungstechnik auf der Trägerfläche (36, 36a, 36b) aus¬ gebildet wird. 8. 8a-c) of the thermocouple (2, 2a-e) using a coating technique on the support surface (36, 36a, 36b) is formed from ¬ .
8. Verfahren nach Anspruch 7, 8. The method according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Leiter (4, 4a-c, 8 8a-c) des Thermoelements (2, 2a-e) , dessen Leitermaterial ei¬ ne MAX-Phase (14, 14a—d) enthält, unter Verwendung der Be- schichtungstechnik ausgebildet wird. characterized in that at least the conductor (4, 4a-c, 8 8a-c) of the thermocouple (2, 2a-e) whose conductor material ei ¬ ne MAX phase (14, 14a-d) contains, using the Be - Layering technology is formed.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, 9. The method according to any one of claims 7 to 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Leiter (4, 4a—c, 8, 8a—c) unter Verwendung eines Laser- und/oder eines Elektronenstrahls und/oder eines Sputterprozesses ausgebildet und/oder der zumindest eine Leiter (4, 4a—c, 8, 8a—c) mit ei¬ ner Deckschicht (40, 68a) bedeckt wird. characterized in that the at least one conductor (4, 4a-c, 8, 8a-c) is formed using a laser and / or an electron beam and / or a sputtering process and / or the at least one conductor (4, 4a-c , 8, 8a-c) with egg ¬ ner outer layer (40, 68a) is covered.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, 10. The method according to any one of claims 7 to 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Leiter (4,characterized in that the at least one conductor (4,
4a—c, 8, 8a—c) auf einem Hochtemperaturbauteil (38a—d) , ins¬ besondere auf einer Turbinenschaufel (48, 54) und/oder einem Brennereinsatz und/oder einer Hitzeschildplatte und/oder einem Führungsringsegment, ausgebildet wird. 4a-c, 8, 8a-c) on a high-temperature component (38a-d), into ¬ particular to a turbine blade (48, 54) and / or a burner insert and / or a heat shield plate and / or a guide ring segment, is formed.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, 11. The method according to any one of claims 7 to 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Leiter (4, 4a—c, 8, 8a—c) auf einer MCrAlY-Zwischenschicht (70a) einer Turbinenschaufel (48, 54) ausgebildet und mit einer Wärme¬ dämmschicht (72a) bedeckt wird. characterized in that the at least one conductor (4, 4a-c, 8, 8a-c) on a MCrAlY intermediate layer (70a) of a Turbine blade (48, 54) is formed and covered with a heat ¬ insulating layer (72a).
12. Bauteil (38, 38a—d) mit einer Trägerfläche (36, 36a, 36b) gekennzeichnet durch ein auf der Trägerfläche (36, 36a, 36b) angeordnetes Thermoelement (2, 2a—e) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6. 12. Component (38, 38a-d) with a carrier surface (36, 36a, 36b) characterized by a on the support surface (36, 36a, 36b) arranged thermocouple (2, 2a-e) according to at least one of claims 1 to 6 ,
13. Bauteil (38, 38a—d) nach Anspruch 12, 13. component (38, 38a-d) according to claim 12,
dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (2, 2a—e) zu¬ mindest teilweise mit einer Deckschicht (40, 68a) bedeckt ist . characterized in that the thermocouple (2, 2a-e) ¬ at least partially covered with a cover layer (40, 68a).
14. Bauteil (38b) nach einem der Ansprüche 12 bis 13, 14. component (38b) according to any one of claims 12 to 13,
gekennzeichnet durch eine mit den Leitern (4, 4c, 8, 8c) des Thermoelements (2c) verbundene Spannungsmesseinheit (28, 28a) und einen mit der Spannungsmesseinheit (28, 28a) verbundenen Funksender (30, 30a) zur Übermittlung eines Messsignals (60). characterized by a voltage measuring unit (28, 28a) connected to the conductors (4, 4c, 8, 8c) of the thermocouple (2c) and a radio transmitter (30, 30a) connected to the voltage measuring unit (28, 28a) for transmitting a measuring signal (60 ).
15. Thermoelement (2, 2a—e) nach zumindest einem der Ansprü¬ che 1 bis 6, 15. thermocouple (2, 2a-e) according to at least one of Ansprü ¬ che 1 to 6,
verwendet zur in-situ Ermittlung einer Temperatur (ΤΊ, T3, T5) an einem Hochtemperaturbauteil (38a, 48, 38b, 54) einer Gas¬ turbine . used for in-situ determination of a temperature (ΤΊ, T3, T 5) at a high temperature operating element (38a, 48, 38b, 54) of a gas turbine ¬.
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