DE1019481B - Process for the production of bimaterial temperature sensors from a plastic layer with a metal coating - Google Patents

Description

Verfahren zur Herstellung von Bimaterial-Temperaturfühlern aus einer Kunststoffschicht mit Metallauflage Es sind Bimaterial-Temperaturfühler bekannt, die ein bimetallähnliches Verhalten besitzen und aus Äverkstoffschichten unterschiedlicher Wärmedehnung bestehen. Insbesondere sind derartige Temperaturfühler bekannt, die einerseits aus einer Schicht eines Phenolformaldehydkunstharzes, andererseits aus einer aufgebrachten Metallschicht bestehen. Bei allen bekannten Temperaturfühlern besteht die Metallschicht aus einem mehr oder weniger dünnen Blech, das letzten Endes durch Kleben mit der Kunststoff- oder Kunstharzschicht verbunden ist. Es ist vorgeschlagen worden, auf den Metallstreifen zunächst metallisches Pulver aufzusintern, um die Oberfläche rauh und griffig zu machen und mit dieser rauhen und griffigen Oberfläche die Kunststoffschicht zu vereinigen. Die Fertigung der zuletzt beschriebenen Temperaturfühler ist verhältnismäßig kompliziert, zumal das Aufs intern des Metallpulvers auf das Metallband gegebenenfalls je nach dem verwandten Metall in Schutzgasatmosphäre erfolgen muß. Soweit die Metall- und die Kunststoffschicht lediglich durch Kleben miteinander verbunden sind, treten bei der Deformation infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der beiden Werkstoffe gerade in der Klebschicht nicht unerhebliche Schubspannungen auf, die wegen des Relaxationsverhaltens der notwendig verwandten Klebstoffe zu Verschiebungen zwischen den beiden Werkstoffschichten führen und die Meß genauigkeit nachteilig beeinflussen. In allen Fällen ist es erfor derlich, daß die Metallauflage eine eigene Biegesteifigkeit aufweist, was eine entsprechend starke Kunststoffschicht und damit große Massen und Wärmeträgheit zur Folge hat. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, Bimaterial-Temperaturfühler aus einerseits einer Kunststoffschicht, andererseits einer Metallschicht herzustellen, bei denen einerseits die Herstellung sehr einfach ist, andererseits die Meßgenauigkeit auch bei langem Gebrauch gewährleistet bleibt, und bei denen die Wärmeträgheit durch Verwendung von nur folienstarken Werkstoffen einstellbar ist. Process for the production of bimaterial temperature sensors from a Plastic layer with metal coating Bimaterial temperature sensors are known which have a bimetallic-like behavior and are made of different layers of Äverkstoffschichten Exist thermal expansion. In particular, such temperature sensors are known that on the one hand from a layer of a phenol-formaldehyde synthetic resin, on the other hand from consist of an applied metal layer. With all known temperature sensors the metal layer consists of a more or less thin sheet, the last The end is connected to the plastic or synthetic resin layer by gluing. It is it has been proposed to first sinter metallic powder onto the metal strip, to make the surface rough and grippy and with this rough and grippy Surface to unite the plastic layer. The manufacture of the last described Temperature sensor is relatively complicated, especially since the internal surface of the metal powder on the metal strip, if necessary, depending on the metal used, in a protective gas atmosphere must be done. As far as the metal and plastic layers are simply glued are interconnected, occur when deformation as a result of the different Thermal expansion of the two materials, especially in the adhesive layer, is not insignificant Shear stresses, which because of the relaxation behavior of the necessary related Adhesives lead to displacements between the two material layers and the Adversely affect measurement accuracy. In all cases it is necessary that the metal layer has its own flexural rigidity, which is correspondingly strong Plastic layer and thus large masses and thermal inertia result. The invention has set itself the task of making bimaterial temperature sensors from one Plastic layer, on the other hand to produce a metal layer, in which on the one hand the production is very simple, on the other hand the measurement accuracy even with a long time Use is guaranteed, and in which the thermal inertia through use can only be adjusted from thick film materials.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bimaterial-Temperaturfühlern aus einer Kunststoffschicht und darauf aufgebrachter Metallschicht, insbesondere zur Herstellung von derartigen Temperaturfühlern aus Polytri- oder Polytetrafluoräthylen; sie besteht darin, daß auf die Oberfläche des Kunststoffes eine Metallpulver-, z. B. Bronze- oder Elektrolytl<upferauflage aufgebracht und letztere unter Anwendung von Druck und Wärme mit dem Isunststoff verschweißt sowie auf die Metallpulverschicht nach Bedarf, z. B. elektrolytisch oder im Metallspritzverfahren, Metall weiter aufgebaut wird. The invention relates to a method for producing bimaterial temperature sensors made of a plastic layer and a metal layer applied thereon, in particular for the production of such temperature sensors made of polytri- or polytetrafluoroethylene; it consists in the fact that a metal powder, z. B. bronze or electrolyte copper plating applied and the latter using welded by pressure and heat to the plastic and to the metal powder layer as required, e.g. B. electrolytically or in the metal spraying process, metal is further built up will.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch ge- kennzeichnet, daß die Metallpulver-, z. B. Bronze-oder Elektrolytkupferauflage bereits im Pulverwalzverfahren zu einem porösen Metallband verbunden ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird man eine Oxydation des Metallpulvers beim Aufschweißen verhindern.A preferred embodiment is thereby indicates that the Metal powder, e.g. B. bronze or electrolytic copper plating already in the powder rolling process is connected to a porous metal band. In the method according to the invention to prevent oxidation of the metal powder during welding.

Im allgemeinen reicht es aus, die Metallpulverschicht in einer Dicke von 0,1 bis 0,2 mm auf die Kunststoffoberfläche aufzubauen und darauf nach Bedarf, z. B. elektrolytisch oder im Metallspritzverfahren weiteres Metall aufzubringen. Bei der Verarbeitung von Polytetrafluoräthylen erfolgt die Heißpressung zweckmäßig bei Temperaturen von etwa 350 bis 3900 C, bei der Verarbeitung von Polytrifluoräthylen erfolgt die Heißpressung zweckmäßig bei Temperaturen, die etwa 250 bis 2900 C betragen. Es empfiehlt sich, die metallisierte Kunststoffolie auf eine möglichst hohe Temperatur zu erhitzen und danach, z. B. in kaltem Wasser, abzuschrecken. Die Abschreckung kann auch aus der Heißpreßhitze, möglichst unmittelbar im Anschluß an die Heißpressung vorgenommen werden. In general, it is enough to have the metal powder layer in one thickness build up from 0.1 to 0.2 mm on the plastic surface and then, as required, z. B. to apply further metal electrolytically or by metal spraying. When processing polytetrafluoroethylene, the hot pressing is expedient at temperatures of around 350 to 3900 C when processing polytrifluoroethylene the hot pressing is expediently carried out at temperatures which are approximately 250 to 2900.degree. It is advisable to bring the metallized plastic film to the highest possible temperature to heat and then, e.g. B. in cold water to quench. The deterrent can also be obtained from the hot pressing heat, if possible immediately after the hot pressing be made.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Templeraturfühler besteht neben der Vereinfachung in der Fertigung und neben der Erhöhung der Meßgfenauigkeit durch Verhinderung von Verschiebungen zwischen der Kunststoff- und der Metallschicht ein wesentlicher Vorteil darin, daß die Wärmeträgbeit und/oder der Auslenkwinkel des hergestellten Temperaturfühlers durch Wahl der Kunststoffolie, der Kunststoffolienstärke oder der Plattenstärke sowie der Wahl der Stärke und Art der Metallschicht und des Metallpulvers einstellbar sind. In the manufacture of the temperature sensor according to the invention consists besides the simplification in the production and besides the increase of the measuring accuracy by preventing shifts between plastic- and the metal layer a significant advantage in that the heat transfer and / or the deflection angle of the temperature sensor produced by choosing the plastic film, the thickness of the plastic film or the thickness of the sheet, as well as the choice of thickness and type the metal layer and the metal powder are adjustable.

Sie sind ferner darin zu sehen, daß die Kunststoffkomponente erfindungsgemäßer Temperaturfühler im allgemeinen gegenüber der Metallisierungsschicht einen 3,5- bis 5fach größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, so daß sich eine bei Temperaturfühlern bisher unerreichte Feinfühligkeit gegenüber Kälte- und Wärmeeinwirkungen sowie ein großer Anschlag und damit eine große Meßgenauigkeit ergeben, die bei den bekannten Temperaturfühlern aus Bimaterialwerkstoffen, einerseits-~K-unststoffen, andererseits Metall, infolge von Kriecherscheinungen zwischen Metall und Kunststoffauflage in der Kleberschicht verhindert wurden. Man kann außerdem die Folien überraschend dünn, z. B. nur millimeterstark oder nur in einer Stärke von Bruchteilen eines Millimeters, wählen und dadurch praktisch wärmeträgheitslos gestalten. They can also be seen in the fact that the plastic component according to the invention Temperature sensor generally has a 3.5- Has a thermal expansion coefficient of up to 5 times greater, so that a temperature sensor previously unattained sensitivity to the effects of cold and heat as well as a large stop and thus a large measurement accuracy result in the known Temperature sensors made of bi-material materials, on the one hand ~ plastic, on the other hand Metal, as a result of creep phenomena between the metal and the plastic layer in the adhesive layer were prevented. You can also make the foils surprisingly thin, z. B. only a millimeter thick or only a fraction of a millimeter thick, and thus design practically no thermal inertia.

Die Verwendung von Polytetrafluoräthylen als Kunststoffkomponente zur Herstellung von Temperaturfühlern nach dem beschriebenen Verfahren erlaubt es, Temperaturfühler herzustellen, die im Temperaturbereich von -75 bis +3000 C und kurzfristig auch noch bis 3500 C und auch tiefer als -750 C einwandfrei und überraschenderweise vollkommen reduzierbar arbeiten. The use of polytetrafluoroethylene as a plastic component for the production of temperature sensors according to the method described allows Manufacture temperature sensors in the temperature range from -75 to +3000 C and For a short time up to 3500 C and also below -750 C perfectly and surprisingly work completely reducible.

Die Erfindung wird an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. The invention is based on only one embodiment Illustrative drawing explained.

Die Figur zeigt ein Meßgerät, welches mit einem Temperaturfühler ausgerüstet ist, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. The figure shows a measuring device with a temperature sensor is equipped, which was produced by the process according to the invention.

Der in der Figur dargestellte Temperaturfühler besteht aus einer Kunststoffolie 1, auf die einerseits Metallpulver 2 aufgeschweißt, wobei auf die Metallpulverschicht durch elektrolytische Metallisation eine dickere Metallschicht aufgetragen ist. Die Kunststoffkomponente besteht beispielsweise aus Polytetrafluo-räthylen. The temperature sensor shown in the figure consists of one Plastic film 1, on the one hand welded metal powder 2, with the Metal powder layer creates a thicker metal layer through electrolytic metallization is applied. The plastic component consists, for example, of polytetrafluoroethylene.

Die einfachste Form eines Gerätes, das sich unter Verwendung dieses Temperaturfühlers beispielsweise zum Messen von Oherflächentemperaturen an Heizplatten u. dgl., aber auch zur Messung von Raumtemperaturen von -75 bis 3000 C nach der gezeichneten Skala 3 eignet, besteht aus einem mit der Skala versehenen leichten Trägergehäuse oder Rahmen aus Metall, an dem schmale, etwa 3 bis 4 cm lange Streifen des neuen Verbundwerkstoffes als Temperaturfühler 1, 2 befestigt ist. Dieser Temperaturfühler 1, 2 ist mit einem Ende eingespannt und kann sich mit dem anderen Ende frei innerhalb der Skalenebene bewegen. In dieser einfachsten Eorm dient der Temperaturfühler gleichzeitig als Temperaturzeiger. The simplest form of a device that can be made using this Temperature sensor, for example, for measuring surface temperatures on heating plates and the like, but also for measuring room temperatures from -75 to 3000 C according to the Drawn scale 3 is suitable, consists of a light provided with the scale Carrier housing or frame made of metal, on which narrow, 3 to 4 cm long strips of the new composite material as a temperature sensor 1, 2 is attached. This temperature sensor 1, 2 is clamped at one end and the other end can freely move within move the scale level. In this simplest form, the temperature sensor is used at the same time as a temperature pointer.

Unter Wärmeeinwirkung beschreibt das freie Ende dieses Temperaturfühlers einen Weg von etwa 200 Bogengraden und zeigt so gleichzeitig die gemessene Temperatur an, die auf der über dem Bogenweg aufgetragenen Skala 3 ablesbar ist. Im Beispiel sind die Stärke des Kunststoffstreifens 1 sowie dieser und die Metallisation so eingestellt, daß für den zu messenden Temperaturbereich, der oben angegeben wurde, ein Ablesebereich von etwa 200 Bogengraden zur Verfügung steht. Man erreicht auf diese Weise eine außerordentlich genaue Ablesbarkeit.The free end of this temperature sensor describes under the influence of heat a distance of about 200 arcs and thus shows the measured temperature at the same time on, which can be read on the scale 3 plotted over the arc path. For example are the strength of the plastic strip 1 as well as this and the metallization set that for the temperature range to be measured, which was specified above, a reading range of about 200 degrees of arc is available. One reaches on this way an extremely precise readability.

Bei Messung der Oberflächentemperaturen, beispielsweise an Heizplatten, wird das Trägergehäuse oder der Trägerrahmen 3 so auf die Heizplatte gestellt, daß das Einspannende des Temperaturfühlers direkten Wärmekontakt mit der Heizplatte hat. Der Tempieraturfühler springt sofort an und stellt sich in wenigen Sekunden auf die zu messende Temperatur ein. When measuring surface temperatures, for example on heating plates, the support housing or the support frame 3 is placed on the heating plate that the clamping end of the temperature sensor has direct thermal contact with the heating plate Has. The temperature sensor starts up immediately and sets itself up in a few seconds on the temperature to be measured.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Temperaturfühler ist nicht auf Ausführungsformen gemäß der Zeichnung beschränkt. Es kann in allen Ni.eß, Steuer-und Regelgeräten, in denen üblicherweise Bimetallstreifen Verwendung finden, der erfindungsgemäße Temperaturfühler eingesetzt werden. Man kann außerdem die leitende Schicht des Temperaturfühlers unmittelbar von einem elektrischen Strom durchfließen lassen, so daß die Erwärmung des Temperaturfühlers durch ohmsche Erwärmung erfolgt und der Ausschlag des Temperaturfühlers ein Maß für die Stromstärke ist. The use of the temperature sensor according to the invention is not on Embodiments limited according to the drawing. It can be used in all Ni.eß, tax and Control devices in which bimetal strips are usually used, the inventive Temperature sensors are used. You can also use the conductive layer of the temperature sensor let an electric current flow through it immediately, so that the heating of the temperature sensor takes place through ohmic heating and the deflection of the temperature sensor is a measure of the current strength.

PATENTANSPRCCE 1. Verfahren zur Herstellung von Bimaterial-Temperaturfühlern aus einerseits einer Kunststoff-und andererseits einer Metallschicht, insbesondere zur Herstellung von Temperaturfühlern aus Polytri- oder Polytetrafluoräthylen, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche des Kunststoffes eine Metallpulver-, z. B. Bronze- oder Elektrolytkupferauflage aufgebracht und letztere unter Anwendung von Druck und Wärme mit dem Kunststoff verschweißt sowie auf die Metallpulverschicht nach Bedarf, z. B. elektrolytisch oder im Metallspritzverfahren, Metall weiter aufgebaut wird. PATENT CLAIM 1. Process for the production of bi-material temperature sensors made of a plastic layer on the one hand and a metal layer on the other hand, in particular for the production of temperature sensors from polytri- or polytetrafluoroethylene, thereby characterized in that a metal powder, z. B. Bronze or electrolytic copper plating applied and the latter using Pressure and heat are welded to the plastic and to the metal powder layer as required, e.g. B. electrolytically or in the metal spraying process, metal is further built up will.

Claims (1)

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallpulverschicht vor der Verbindung mit der Oberfläche des Kunststoffes im Pulverwalzverfahren zu einer porösen dünnen Metallwand verfestigt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the metal powder layer before the connection with the surface of the plastic in the powder rolling process solidified in a porous thin metal wall. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oxydation des Metallpulvers beim Aufschweißen verhindert wird. 3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that that oxidation of the metal powder during welding is prevented. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nletallpulverschicht in einer Dicke von 0,1 bis 0,2 mm auf die Kunststoffoberfläche aufgebaut und darauf nach Bedarf, z. B. elektrolytisch oder im Metallspritzverfahren, weiteres Metall aufgebracht wird. 4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that that the Nletallpulschichtschicht in a thickness of 0.1 to 0.2 mm on the plastic surface built up and on it as required, z. B. electrolytic or metal spraying, further metal is applied. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verarbeitung von Polytetrafluoräthylen die Heißpressung bei Temperaturen von etwa 350 bis 3900 C, bei der Verarbeitung von Polytrifluoräthylen. die Heißpressung bei Temperaturen von etwa 250 bis 2900 C vorgenommen wird. 5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that that in the processing of polytetrafluoroethylene the hot pressing at temperatures from about 350 to 3900 C, when processing polytrifluoroethylene. the hot pressing is carried out at temperatures of about 250 to 2900 C. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisierte Kunststoffolie auf eine möglichst hohe Temperatur erhitzt und danach, z. B. in kaltem Wasser, abgeschreckt wird. 6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that that the metallized plastic film is heated to the highest possible temperature and afterwards, e.g. B. in cold water is quenched. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckung aus der Heißpreßhitze möglichst unmittelbar im Anschluß an die Heißpressung vorgenommen wird. 7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that that the deterrent from the hot press heat as soon as possible immediately afterwards the hot pressing is carried out. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeträgheit und/oder der Auslenkwinkel des Temperaturfühlers durch Wahl der Kunststoffolie, der Kunststoffstärke oder der Kunststoffplattenstärke sowie durch Wahl der Stärke der Art und Stärke der Metallschicht und des Metallpulvers eingestellt wird. 8. The method according to claims 1 to 7, characterized in that that the thermal inertia and / or the deflection angle of the temperature sensor by Choice of plastic film, plastic thickness or plastic sheet thickness as well by choosing the thickness of the type and thickness of the metal layer and metal powder is set. In Betracht gezogene Druckschriften: Kritische Patentschrift Nr. 605145; USA.-Patentschrift Nr. 2573 686; »Elektrotechnische Zeitschrift«, 72 (1951), S. 337 bis 339. Publications Considered: Critical Patent Specification No. 605145; U.S. Patent No. 2573,686; "Electrotechnical Journal", 72 (1951), Pp. 337 to 339.