DE2534668A1 - Verwendung von thermographischen farben auf keramik zur temperaturbestimmung in oefen und auf bauelementen - Google Patents

Description

Rosenthal Technik AG Selb, den 30. Juli 1975

He/l i/l 304

RT.P. 1304

Verwendung von thermograph!sehen Farben auf Keramik zur Temperaturbestimmung in Öfen und auf Bauelementen

Die Erfindung betrifft die Verwendung von thermographischen Farben anstelle von pyrometrisehen Schmelzkegeln oder anderen Meßvorrichtungen zur Temperaturkennzeichnung in niedrigen Temperaturbereichen.

Thermographische Farben sind in Form von Streifen oder Pasten bereits bekannt. Sie sind leicht anzuwenden, indem man sie auf entsprechende zu untersuchende Elemente aufsprüht, aufklebt oder aufdruckt« Für die Temperaturbereiche bis zu 1200 C sind kontrastreiche Farbänderungen erreicht worden. Die Genauigkeit dieser Anzeichen kann heruntergehen bis - 1 . Im Maschinenbau werden solche thermographischen Farben bereits erfolgreich angewendet. Aber auch die genauen Kenntnisse über die Temperaturverhältnisse in Öfen und bei Bauelementen sind vom Praktiker erwünscht. Er macht sich hieraus ein eingehendes Bild von der Qualität der zu fertigenden Produkte oder er erhält ein Auswahlkriterium für zu verwendbare Bauelemente. Am gebräuchlichsten erfolgt die Messung der Temperatur der Keramiköfen nicht nur durch Thermoelemente, sondern auch sogenannte Bullersringe oder Schmelzkegel. Im ersten Fall wird die Schwindung ausgenutzt. Es handelt sich dabei um ringförmige Rohlinge, die in verschiedenen Massen hergestellt werden können. Je höher die Brenntemperatur, um so größer ist die Schwindung. Diese wird dabei mit Hilfe eines Konus gemessen und die Brenntemperatur kann dann unmittelbar abgelesen werden.

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Andererseits wird das Erweichen einer keramischen Masse, und zwar bei den sogenannten Schmelzkegeln genutzt. Es handelt sich dabei um spitze Pyramiden aus ungebrannter Masse, die im Feuer sintern. Durch den Sintervorgang erweicht der Kegel und man kann anhand eines Zahlencodex den Temperaturbereich ermitteln. Dabei ist aber zu beachten, daß außer der chemischen Zusammensetzung auch noch die Korngröße der einzelnen Versatzbestandteile als auch die Packungsdichte bei der Formgebung Einfluß auf die Kegelfalltemperatur haben. Als nachteilig hat sich erwiesen, daß mit den Schmelzkegeln nicht ein bestimmter Temperaturpunkt zu bestimmen ist, sondern nur ein Temperaturbereich. Außerdem wird der Kegelfallpunkt auch von der Brenndauer beeinflußt. Weiterhin sind Temperaturmessungen unterhalb 600 C mit diesen Hilfsmitteln nicht möglich. So blieb in der Vergangenheit der Anwendungsbereich der keramischen Temperaturmeßkörper auf keramische Öfen beschränkt. Es ist deshalb verständlich, daß man nach Möglichkeiten sucht, die Einwirkungstemperatur auf keramische Produkte besonders unterhalb 1000 C definitiv festzulegen.

Andererseits kann Wärme in keramischen Körpern selbst erzeugt werden, indem Kurzschlüsse bzw. Überlastungen in elektronischen Bauelementen Hitze erzeugen. Dabei bedarf es oft eines erheblichen Zeitaufwandes mittels Messungen an den Bauelementen in elektrischen oder elektronischen Schaltungen den Defekt festzustellen. Beispielsweise sei hier auf die Sicherungen hingewiesen, die als äußere Hülle einen Keramikkörper aufweisen. Solche keramischen Sicherungskörper sind in mehreren Varianten bekannt, z. B. als Sicherungen mit sogenannten Sichtkennmeldern oder mit Kraftkennmeldern. Bei Sichtkennmeldern löst sich beim Durchbrennen der

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Sicherung eine Farbmarkierung aus ihrer Halterung, so daß beispielsweise an einer Sicherungstafel die durchgebrannte Sicherung erkannt und ausgewechselt werden kann. Besonders bei großen Sicherheitselementen hat das zu stark konstruktiven und teueren Maßnahmen geführt. Durch diese zusätzliche Maßnahme steigen insbesondere die Herstellungskosten beträchtlich. Auch die keramischen Sicherungen für den Niederspannungsbereich sind nicht zufriedenstellend, da der Fehlerbereich relativ groß und sie gegenüber den Glassicherungen bei kleineren Amperewerten den Nachteil haben, daß man von außen nicht feststellen kann, ob das Sicherungselement durchgebrannt ist. Für die keramischen Sicherungen, für den Nieder- und Mittelspannungsbereich ist bis jetzt keine Vorrichtung bzw. Mittel gefunden worden, um den Verbraucher ein zuverlässiges Sicherungselement in die Hand zu geben.

Die Erfindung bezweckt daher die Verwendung von thermographischen Farben auf keramischen Körpern, um sich ein Bild über die genauen Temperaturverhältnisse in Öfen bzw. in Bauelementen zu machen. Vor allem soll die Überhitzung von elektronischen Bauelementen schnell angezeigt werden, um die nötigen Änderungen durchzuführen bzw, das defekte Element herauszufinden. Im Hausgebrauch erweist es sich oft als wichtig, zu wissen, ob Sicherungen im Gebrauch durchgebrannt sind oder nicht. Auch bei einfachen Sicherungskörpern, wie Autosicherungen oder Steckersicherungen₃ die speziell im Ausland verwendet werden, ist es für den Verbraucher schwierig festzustellen, ob die Sicherung noch brauchbar ist. Meßgeräte stehen hier meist nicht zur Verfügung.

Das gemeinsame Kennzeichen der umrissenen Aufgabenstellung für eine rationelle und schnelle Temperaturerkennung bei keramischen Beuelementen besteht in der Herstellung, ein einfaches und zu-

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■verlässiges Mittel anstelle von pyrometrischen Schmelzkegeln oder anderen Meßvorrichtungen zur Temperaturkennzeichnung in niedrigen Temperaturbereichen zu verwenden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß thermographische Farben auf keramischen Körpern einerseits zur Bestimmung von Temperaturverhältnissen in Öfen und andererseits zur Kenntlichmachung von Hitzeeinwirkungen auf aktiven bzw. passiven elektronischen Bauelementen aufgebracht sind.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung werden die Temperaturmeßkörper mit farblich unterschiedlichen thermographischen Pasten überzogen, wobei man dann verschiedene Temperaturbereiche erhält.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung liegt bei keramischen Sicherungskörpern, bei denen eine äußerlich sichtbare starke Farbänderung das defekte Bauelement anzeigt.

Eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens besteht darin, daß elektronische Bauelemente, insbesondere Widerstände, Kondensatoren etc. mit thermographischen Farben überzogen werden, wobei eine äußerliche sichtbare Verfärbung der aufgebrachten Farbschicht eine Überhitzung des Bauelementes anzeigt.

Die oben beschriebenen und andere Merkmale der Erfindung sind nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei ergibt sich durch die Vielzahl der Kombinationsmöglichkeiten bei der Anwendung von thermographischen Farben auf keramischen Bauelementen nicht nur eine vielseitige Einsatzmöglichkeit, sondern auch bessere und billigere Produkte bzw. Bauelemente mit verminderter Störanfälligkeit in integrierten Schaltungen.

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Die Feststellung der wirklichen Temperaturverhältnisse beim Durchschub von keramischen Werkstücken in Muffeln, Öfen, Trockenkammern etc. interessiert den Praktiker sehr. In der keramischen Industrie hat sich herausgestellt, daß beim Einbrennen von Gold, Silber oder niedrig schmelzenden Keramikfarben es wünschenswert ist, einen Indikator zu haben, der gleichzeitig mit den zu brennenden Werkstücken durch den Ofen wandert. Insbesondere Segerkegel sind bei niedrigen Temperaturen und schnellen Schubzeiten nicht geeignet. Unterhalb 600 C können nur Thermoelemente eingesetzt werden. Diese zeigen aber sehr oft nicht die reelle Temperatur an, die auf das zu brennende Werkstück einwirkt. Überraschenderweise wurde gefunden, daß an sich bekannte temperaturempfindliche Farben, die auf geeigneten keramischen Körpern wie Aluminiumoxid, Steatit usw. auf einfache Art und Weise aufgebracht werden, dann ähnlich wie bei Segerkegel den genauen Temperatureinfluß auf die Produkte erkennen lassen. Die keramischen Träger für die thermographischen Farben sollen etwa in Größe und Dicke dem zu brennenden Produkt bzw. dem zu trocknenden Produkt entsprechen, damit durch Wärmespeicherung eine nicht zu große Temperaturdifferenz zum realen Temperatureinfluß entsteht. Diese keramischen Körper können entweder mit einer einzelnen Farbe bedruckt, besprüht oder bepinselt werden, um die Maximaltemperatur festzustellen oder man kann auch Streifen unterschiedlicher thermographischer Farben aufbringen, um gewisse Temperaturgradeinheiten zu erhalten. Je nach der Verfärbung der thermographischen Farben ergeben die Prüfkörper einen Anhaltspunkt über die tatsächliche Prozeßtemperatur, und zwar für Werte zwischen 60 und 1100 C.

Ein anderes Anwendungsgebiet für thermographische Farben liegt auf dem Gebiet der elektronischen Bauelemente, bei denen kerami-

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sehe Grundkörper verwendet werden. Oft bedarf es einen erheblichen Zeitaufwand, durch Messungen defekte Teile in elektronischen oder elektrischen Schaltungen aufzufinden. In den meisten Fällen ist eine Überhitzung der Grund für den Ausfall des Bauelementes. Als Beispiel seien hier die Widerstände angeführt. Wie aus dem Datenblatt bzw. auf der aufgedruckten Spezifikation zu entnehmen ist, sind sie nur für einen bestimmten Temperaturbereich anwendbar. Deshalb ist es günstig zu wissen, ob sie diesen Grenztemperaturbereich bereits überschritten haben_o

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Sicherungen. Die meisten Sicherungen benützen einen Keramikkörper als äußeres Bauteil. Bei größeren Sicherungen hat man an den Schmelzfaden Knöpfchen mit farbiger Glaseinlage angebracht, das beim Durchbrennen der Sicherung aus dem Sicherungskörper herausfällt. Bei den sogenannten kleinen Sicherungen ist der Aufbau wegen der hohen zusätzlichen Kosten anders. Die Schmelzsicherung besteht aus einer Isolierschüttung gefüllten zylindrischen keramischen Körper, durch den der Schmelzdraht geführt ist und mit metallischen Kappen an den beiden Enden abgeschlossen wird. Beim Durchbrennen der Sicherung kann eine solche Hitze entstehen, daß sogar der Sicherungskörper explodieren kann, was aber relativ selten geschieht. Diese Hitzeeinwirkung auf den keramischen Körper wird nun genutzt, um eine Verfärbung der aufgetragenen thermographischen Farbe hervorzurufen. Der Temperaturunterschied ist so kräftig, daß dann eine Verfärbung eintritt und der Nichtfachmann kann ohne technisches Hilfsmittel leicht die zerstörte Sicherung erkennen und durch eine neue ersetzen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere

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darin, daß ohne große Extrakosten die thermograph!sehen Pasten bzw« Indikatoren auf keramische Körper aufgebracht werden können und damit eine exakte Temperaturkontrolle bzw. eine Kenntlich— machung der Funktionstüchtigkeit von Bauelementen möglich ist. Bei den einfachen Sicherungskörpern werden schon jetzt entsprechende Spezifikationen bzw. der Firmenname auf den keramischen Sicherungskörper aufgedruckt. Zukünftig könnte dies dann mit der thermographischen Farbe erfolgen. Ferner wurden bei den größeren Sicherungskörpern die teuere Ausführung hinsichtlich des farbigen Knöpfchens entfallen, da die Funktionstüchtigkeit der Sicherung unter anderem anzeigt, was bei komplizierten Sicherungskörpern ein Viertel des Herstellungspreises ausmacht. Vor allem können nicht nur Erzeugnisse, die einem Temperatureinfluß unterworfen werden, besser kontrolliert werden, sondern lassen sich insbesondere billiger und zuverlässiger herstellen.

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Claims (4)

1. Seit, den 31. Juli 1975

   Patentansprüche

   f1 .yVerwendung eines einfachen und zuverlässigen Mittels anstelle von pyrometrischen Schmelzkegeln oder anderen Meßvorrichtungen zur Temperaturkennzeichnung in niedrigen Temperaturbereichen, dadurch gekennzeichnet, daß thermographische Farben auf keramischen Körpern einerseits zur Bestimmung von Temperaturverhältnissen in Öfen und andererseits zur Kenntlichmachung von Hitzeeinwirkungen auf aktiven bzw. passiven elektronischen Bauelementen aufgebracht sind.
2. 2. Temperäturmesskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß keramische Körper mit farblich unterschiedlichen Pasten für verschiedene Temperaturbereiche überzogen werden.
3. 3. Elektronische Bauelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere bei Sicherungskörpern durch eine äußerlich sichtbare Verfärbung der aufgebrachten Farbschicht der Defekt des Bauelementes angezeigt wird.
4. 4. Elektronische Bauelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere Widerstände, Kondensatoren etc. durch äußerliche sichtbare Verfärbung der aufgebrachten Farbschicht eine Überhitzung des Bauelementes zu erkennen ist.

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