DE3346506C2 - - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft Temperatursonden und insbesondere solche, welche einen mineralisolerten Temperaturmeßfühler oder -umformer sowie eine Einrichtung zum Abdichten des Endes der Mineralisolierung umfassen, nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.

Mineralisolierte Temperaturmeßfühler oder -umformer dieser Art sind bekannt. Bei einem Typ wird ein Thermoelement verwendet, das zwei Drähte aus unterschiedlichen Metallen umfaßt, die eine Verbindung aufweisen, und die in einen Körper aus einer verdichteten Mineralisolierung eingelassen sind. Nach außen ist das Thermoelement von einem Schutzrohr oder -gehäuse eingeschlossen. Die so geschützte Verbindung wird bei Gebrauch des Thermoelements Wärme ausgesetzt, und die Drähte, die sich hiervon erstrecken, sind an eine elektrische Schaltung angeschlossen, welche durch Messung des thermoelektrischen Stroms, der an einer solchen Verbindungsstelle erzeugt wird, die Temperatur an diesem Punkt angibt.

Bei einer anderen Art wird eine Widerstands-Temperatur­ einrichtung verwendet, die ein Stück Platindraht umfaßt. Diese ist ebenfalls in einen Körper aus verdichteter Mi­ neralisolierung eingelassen, der in einem Schutzrohr oder -gehäuse eingeschlossen ist, wovon Leitungsdrähte zum An­ schluß an eine geeignete Widerstands-Meßbrücke wegführen. Bei Temperaturänderungen ändert sich der Widerstand des Platindrahtes und durch die Widerstands-Meßbrücke wird die Temperatur bestimmt.

Bei beiden derartigen Arten von Temperaturfühlern, ist die verwendete Mineralisolierung üblicherweise verdichtetes Magnesiumoxid, das wegen seiner hohen Isolierungseigen­ schaften gewählt ist. Magnesiumoxid ist aber hygrosko­ pisch und muß deswegen trocken gehalten werden, um den beschädigungsfreien Zustand des Meßfühlers zu gewähren.

In der US-PS 40 18 624 wird ein entsprechendes Thermoele­ ment beschrieben. Dieses ist in eine Metallhülse in der Mineralisolierung eingebettet. Die Metallhülse nimmt dabei auch teilweise das gesamte aus den zwei Drähten des Ther­ moelements gebildete Kabel an einem Ende auf. Zur Befesti­ gung des Kabels in der Metallhülse werden diese mitein­ ander verklebt.

Nachteilig bei dieser Temperatursonde ist, daß die nach­ trägliche Versiegelung des Kabels und der Metallhülse durch einen Klebstoff zwar ausreichend ist, um die Mine­ ralisolierung in der Hülse zurückzuhalten und das Kabel an der Hülse zu befestigen, aber keinen ausreichenden Schutz gegen eindringende Feuchtigkeit bildet.

Durch die Flexibilität des Kabels und eine relative Be­ weglichkeit zur Metallhülse, kann außerdem während des Einsatzes der Temperatursonde die Klebeschicht Risse bil­ den oder sogar im Ganzen zerstört werden, so daß auch Feuchtigkeit zwischen Kabel und Hülse bis zur Mineraliso­ lierung vordringen kann.

In der DE-OS 22 55 837 wird ein Temperaturfühler mit einem Meßwiderstand beschrieben. Dieser ist innerhalb eines Schutzmantels angeordnet und von einem keramischen Material umgeben. Die elektrischen Leitungen des Meßwider­ standes sind mit mineralisolierten, elektrischen Zulei­ tungsdrähten verbunden. Diese Zuleitungen werden bis zu einem Meßinstrument geführt. Eine Einrichtung zum Ab­ dichten der hygroskopischen Mineralisolierung, ist nicht dargestellt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Temperatursonde der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß der mineralisolierte Temperaturmeßfühler wirksam abgedichtet ist, um die Endfläche der Mineralisolierung trocken zu halten.

Weiterhin soll die Temperatursonde verhältnismäßig einfach und billig herzustellen sein.

Dies wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk­ male des Anspruchs 1 erreicht.

Dementsprechend weist die Temperatursonde eine Einrichtung zum Abdichten des äußeren Endes des Mineralisolierkörpers auf mit einer rohrförmigen Metallhülle und einer Einrich­ tung zum dichtenden Verbinden der Hülle an einem Ende mit dem Gehäuse. Weiterhin umfaßt die Einrichtung zum Abdich­ ten einen Dichtungsmaterialkörper, der in Querrichtung die Hülle an ihrem äußeren Ende ausfüllt und ein inneres Ende aufweist, das gegenüber dem äußeren Ende des Mineraliso­ lierkörpers einen Abstand aufweist, um einen Zwischenraum zwischen diesen freizulassen. Die Leitungsdrähte, die sich durch den Dichtungsmaterialkörper und an beiden Enden über diesen hinaus erstrecken, weisen einen Abstand zueinander sowie zu der Hülle auf, und sind von der Hülle, die den Dichtungsmaterialkörper gegen die Leitungsdrähte hin zu­ sammendrückt, in dieser Feuchtigkeit dicht gelagert. Außerdem weist die Temperatursonde eine elektrische Ver­ bindungseinrichtung innerhalb des Zwischenraums für Lei­ tungsdrähte und Meßfühlerdrähte auf.

Die Einheiten und weitere Vorzüge der Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ersichtlich, das in den beigefügten Zeichnungen ge­ zeigt ist, in welchen

Fig. 1 die Ansicht eines Längsschnitts eines Tem­ peraturmeßfühlers ist, dessen Drähte mit Leitungsdrähten verbunden sind, die sich durch Dichtungsmaterialkörper hindurch er­ strecken, und der eine Zwischen-Untergruppe von Elementen darstellt, die vorbereitet wird, um eine Dichtung für das freiliegende Ende der Mineralisolierung im Temperaturmeßfühler zu liefern,

Fig. 2 eine Längsansicht der in Fig. 1 gezeigten Untergruppe ist und zusätzlich im Längsschnitt eine rohrförmige Metallhülle zeigt, das am einen Ende das Gehäuse des Meßfühlers und am anderen Ende die Dichtungsmittelkörper um­ gibt, wobei diese Ansicht eine andere Unter­ gruppe vor dem Stauchen der Metallhülle bildet,

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 ist, aber den Zustand der Dichtungsmittelkörper und der Metallhülle nach dem Stauchen zeigt,

Fig. 4 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen, voll zusammengebauten Temperatursonde ist,

Fig. 5 ein vergrößerter Teilabschnitt der Fig. 1 ist und die dargestellte Einrichtung zum elektri­ schen Anschluß eines Leitungsdrahts an einen Meßfühlerdraht zeigt,

Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts durch den in Fig. 1 gezeigten mineralisolier­ ten Temperaturmeßfühler ist, vorgenommen längs Linie 6-6 hiervon,

Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts der in Fig. 1 gezeigten Untergruppe ist, vor­ genommen längs Linie 7-7 hiervon,

Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht eines Schnitts durch die in Fig. 2 gezeigte Untergruppe vor dem Stauchen ist, vorgenommen längs Linie 8-8 hiervon, und

Fig. 9 eine vergrößerte Ansicht eines Schnitts durch die gestauchte Anordnung ist, die in Fig. 3 gezeigt ist, vorgenommen längs Linie 9-9 hiervon.

Das Bezugszeichen 10 stellt allgemein eine Tempera­ turmeßeinrichtung dar, die Drähte 11 und 12 aufweist, ein Metallgehäuse 13 sowie einen Körper aus einer Mineralisolierung 14, der die Drähte 11, 12 umgibt und durch das Gehäuse 13 gegen diese angepreßt ist. Das Gehäuse ist ein Längenabschnitt eines Rohres, das vorzugsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt ist und gemäß der Darstellung ein geschlossenes linkes Ende 15 und ein offenes rechtes Ende 16 auf­ weist. Der Isolierkörper 14 füllt gemäß der Dar­ stellung das Gehäuse 13 aus, hält die Meßfühlerdrähte 11, 12 in gegenseitigem Abstand sowie in Abstand zum Gehäuse und endet in einer freiliegenden Endfläche 18, die im wesentlichen bündig mit dem Gehäuseende 16 abschließt. Der Isolierkörper 14 ist bevorzugt Magnesiumoxid und ist innerhalb des Gehäuses 13 durch eine Zieh- oder Stauchtätigkeit verdichtet, die an diesem Gehäuse, wie in der Technik durchaus bekannt, vorgenommen wurde.

Der Temperaturmeßfühler 10 kann dem Typ des Thermo­ elements oder dem Typ der Temperatur-Widerstandsein­ richtung angehören, welche beide in der Technik be­ kannt sind. Aus Gründen der Einfachheit ist der Typ eines Thermoelements dargestellt, da er nur zwei Meßfühlerdrähte 11, 12 aufweist. Im Fall einer Temperatur-Widerstandseinrichtung lägen drei oder vier Meßfühlerdrähte vor.

Es ist der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung, wirksam die freiliegende Endfläche 18 der Mineral­ isolierung abzudichten, während es gestattet ist, einen elektrischen Anschluß an die Meßfühlerdrähte 11, 12 vorzunehmen. Zu diesem Zweck ist ein paar schwerer Leitungsdrähte 19 und 20 mit der gewünschten Länge für den Meßfühler 11 bzw. 12 vorgesehen. Die Drahtmaterialien sind so passend zusammengestellt, daß ein entsprechendes Drahtpaar 11 und 19 aus dem­ selben Material besteht und das andere Drahtpaar 12 und 20 ebenfalls aus demselben Material. Diese Ma­ terialien bestehen aus unähnlichen Metallen, wie Kupfer und Konstantan, im Fall eines Thermoelements, oder aus ähnlichen Metallen, wie etwa Kupfer, im Fall einer Temperatur-Widerstandseinrichtung.

Die Abschnitte der Meßfühlerdrähte 11, 12, die sich nach außen über die gemeinsam abschließenden End­ flächen 16, 18 erstrecken, sind abgeschnitten, so daß sie gestaffelte Längsabschnitte bilden, wie in Fig. 1 gezeigt, und ihre Endabschnitte sind freige­ legt, wie an der Stelle 11′ bezeichnet, und zwar für den im einzelnen in Fig. 5 gezeigten Draht. Die Staffelung oder Längsversetzung der Außenenden der abgeschnittenen Drähte 11, 12 beträgt etwa 6,35 mm. Die Endabschnitte der entsprechenden Leitungsdrähte 19, 20 sind abisoliert, wie an der Stelle 19′ be­ zeichnet, für den Draht 19, der im einzelnen in Fig. 5 gezeigt ist. Die entsprechenden, abisolierten Drahtabschnitte sind um etwa 3,175 mm übereinanderge­ legt und an der Stelle 21 silberverlötet, um eine Verbindung vorzusehen, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist. Diese silbergelöteten Verbindungen sind sorgfältig hergestellt, um scharfe Kanten oder Vorsprünge zu vermeiden, die ein Wärmeschrumpfrohr 22 durchbohren könnten, auf welches als nächstes eingegangen wird.

Ein Längenabschnitt eines Wärmeschrumpfrohres 22 aus Polyolefinmaterial wird über jede Verbindungs­ stelle 21 übergeschoben und eng gegen die Isolier­ endfläche 18 aufgeschoben sowie dann an Ort und Stelle geschrumpft. Das Rohrstück 22 reicht aus, um jede Verbindung vollständig abzudecken und die Drahtabschnitte an den gegenüberliegenden Seiten der Verbindung zu umfassen. Die rechten Enden der Wärme­ schrumpfrohre 22 sind im wesentlichen koplanar. In typischer Weise ist das Rohr 22 etwa 44,45 mm lang, wenn es in seiner Lage wärmegeschrumpft ist.

Nachfolgend wird eine Anzahl zylindrischer Dicht­ körper 23, die mit einem paar mit Abstand angeordne­ ter Durchgangslöcher 24 und 25 vorgeformt sind, über die Drähte 19 und 20 aufgefädelt. Der Leitungsdraht 19 erstreckt sich durch die ausgerichteten Löcher 24, und der Leitungsdraht 20 erstreckt sich durch die ausgerichteten Löcher 25. Der erste oder am meisten links gelegene Körper 23 liegt gegen die koplanaren, rechten Enden der wärmegeschrumpften Rohre oder Hülsen 22 an. Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen; sechs solcher Körper 23 sind gezeigt, wie sie an Leitungsdrähten 19, 20 aufgefädelt sind, welche sich nach außen bis über die äußerste rechte End­ fläche des am meisten rechts gelegenen Körpers 23 erstrecken.

Die Dichtungskörper 23 sind mehrfach aus geeignetem thermoplastischem Material hergestellt, bevorzugt aus Polysulfon. Da es schwierig ist, lange Löcher in dieses Material zu bohren, werden verhältnismäßig kurze, individuelle Dichtungskörper verwendet und in einem Strang an den Leitungsdrähten angeordnet. Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen; sechs Dich­ tungskörper 23 sind gezeigt, die jeweils etwa 25,4 mm lang sind und einen Durchmesser von etwa 11,1125 mm aufweisen , wobei sie sauber zugerichtete Enden aufweisen, die gegen die Enden der benachbarten Körper an­ liegen. Das Auffädeln der sechs Körper 23 an den Leitungsdrähten 19, 20 richtet notwendigerweise ihre gemeinsamen Durchgangslöcher 24 und 25 auf diesen Drähten aus.

Ein Metall-Endrohr 26, das bevorzugt aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, wird als nächstes von rechts her über den Meßfühler 10 geschoben. Das Rohr 26 umfaßt einen zylindrischen linken Endabschnitt 28 mit verkleinertem Durchmesser, einen sich nach rechts vergrößernden, sich verjüngenden Halsabschnitt 29 und einen verhältnismäßig langen, vergrößerten, zylindrischen rechten Endabschnitt 30. Der Abschnitt 28 weist einen Innendurchmesser auf, der nur gering­ fügig größer ist als der Außendurchmesser des Meß­ fühlers 10. Der rechte Endabschnitt weist eine sol­ che Querabmessung auf, daß er ein kleines Spiel 31 rund um die Körper 23 freiläßt. Wenn ein Meßfühler 10 in typischer Weise einen Außendurchmesser von etwa 6,35 mm aufweist, dann hat der linke Endabschnitt 28 einen Außendurchmesser von etwa 9,525 mm sowie eine axiale Länge von etwa 25,4 mm; der mittlere, sich verjüngende Abschnitt weist eine Achslänge von etwa 38, 1 mm auf, und der rechte Endabschnitt 30 hat vor dem Stauchen einen Außendurchmesser von etwa 15,875 mm sowie eine Axiallänge von etwa 146,05 mm.

Das Endrohr 26 ist axial an der Untergruppe ange­ ordnet, die in Fig. 1 gezeigt ist, so daß das innere Ende des linken Endabschnittes 28 etwa in Querrich­ tung auf die Endflächen 16, 18 ausgerichtet ist und hierbei das Gehäuse 13 um etwa 25,4 mm überlappt. Das Rohr 26 wird dann durchgehend in Umfangsrichtung mit dem Gehäuse 13 silberverlötet, wie an der Stelle 32 gezeigt ist.

Nach einem solchen Lötvorgang wird der rechte Endab­ schnitt 30 des Endrohres dadurch gestaucht, daß man die in Fig. 2 gezeigte Anordnung nach links durch die Öffnung einer Stauchmatrize 33 hindurchführt. Diese Stauchtätigkeit verringert den Durchmesser des rechten Endabschnitts 30, um die Dichtungskörper 23 um die Leitungsdrähte 19, 20 zusammenzudrücken. In typischer Weise wird die Querschnittsfläche der Dichtungskörper 23 vor dem Stauchen von 10% bis 28% nach dem Stauchen verringert, bevorzugt um 17%.

Dies liefert eine wirksame Abdichtung gegenüber Feuchtigkeit und zwar längs der Grenzfläche zwischen der Innenwandfläche des Abschnitts 30 und den Körpern 23 sowie längs der Grenzflächen zwischen diesen Körpern und den Leitungsdrähten 19, 20. Die verschiedenarti­ gen, zusammengepreßten Dichtungskörper sind in der Wirkung vereinheitlicht zu einem einzigen Körper, der durch das Bezugszeichen 123 in Fig. 3 dargestellt ist.

Während eines solchen Stauchvorganges ist der äußerste rechte Dichtungskörper 23R so angeordnet, daß er die anderen Körper 23 links hiervon eng gegeneinander und gegen das Wärmeschrumpfrohr 22 angelegt hält. Beim Beginn des Stauchvorganges ragt der Körper 23R vom rechten Ende der Endung des Rohres 26 um etwa seine halbe Länge oder etwa 12,7 mm vor, wie in Fig. 2 gezeigt. Während des Stauchvorganges längt sich aller­ dings der rechte Endabschnitt 30 des Rohres 26, wie es auch mit den Dichtungskörpern 23 infolge ihrer radialen Verdichtung der Fall ist, so daß der Körper 23R vollständig gegenüber dem Rohr 26 versetzt wird und ein Abschnitt des nächsten inneren Dichtungs­ körpers freigelegt wird, wie an der Stelle 23′ in Fig. 3 gezeigt ist. Der Körper 23R wird dann dadurch entfernt, daß man ihn rechts von den freiliegenden Abschnitten der Leitungsdrähte 19, 20 herunterschiebt.

Die fertiggestellte Anordnung ist in der Seitenan­ sicht in Fig. 4 dargestellt und liefert eine abge­ dichtete Temperatursonde. Es wird vermerkt, daß das gestauchte Endrohr, das durch das Bezugszeichen 26′ dargestellt ist, nun als rohrförmige Hülle dient, die außen an ihrem linken Ende gegenüber dem Meß­ fühlergehäuse 13 und innen längs ihres rechten Endabschnitts gegenüber den Leitungsdrähten 19, 20 abgedichtet ist. Falls gewünscht, kann ein Län­ genstück eines Wärmeschrumpfmaterials über die frei­ liegenden Abschnitte der Leitungsdrähte 19, 20 ge­ setzt werden, wenn sie aus dem Dichtungskörper 23′ austreten, und über das meiste ihrer Längenerstreckung, wie an der Stelle 34 in Fig. 4 gezeigt.

Bei der Verwendung wird das linke, geschlossene oder die Temperatur fühlende Ende 15 der Sonde dort angeordnet, wo es gewünscht ist, die Temperatur zu messen. Das Gehäuse 13 kann so lang sein, wie ge­ wünscht. Das Gehäuse 26′, das von außen zylindrisch ist, ist dazu eingerichtet, an irgendeiner geeigne­ ten Halterung (nicht gezeigt) durch eine geeignete Montageeinrichtung angebracht zu werden, die nicht gezeigt ist, weil sie keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet. Beispielhafte Montageeinrichtungen sind in Fig. 7 der US-PS 36 01 526 gezeigt und dort beschrieben.

Claims (6)

1. Temperatursonde mit einer Temperaturmeßeinrichtung (10) mit Meßfühlerdrähten (11, 12), einem Metallgehäuse (13) und einem Mineral-Isolierkörper (14), der die Drähte umfaßt und durch das Gehäuse gegen diese angedrückt ist, wobei sich die Drähte nach außen über das Ende des Körpers hinaus erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursonde eine Einrich­ tung zum Abdichten des äußeren Endes des Mineralisolierkör­ pers aufweist, mit einer rohrförmigen Metallhülle (26), mit einer Einrichtung (28, 32) zum dichtenden Verbinden der Hülle an einem Ende mit dem Gehäuse, mit einem Dichtungsmaterial­ körper (23), der in Querrichtung die Hülle an ihrem äußeren Ende ausfüllt und ein inneres Ende aufweist, das gegenüber dem äußeren Ende des Mineral-Isolierkörpers einen Abstand aufweist, um einen Zwischenraum zwischen diesen freizulassen, und mit Leitungsdrähten (19, 20), die sich durch den Dichtungsmaterialkörper und an beiden Enden über diesen hinaus erstrecken, wobei die Leitungsdrähte einen Abstand zueinander sowie zu der Hülle aufweisen und wobei der Dichtungsmaterial­ körper von der Hülle gegen die Leitungsdrähte hin zusammenge­ drückt ist, und die Temperatursonde eine elektrische Verbin­ dungseinrichtung (22) innerhalb des Zwischenraums für Lei­ tungsdrähte und Meßfühlerdrähte aufweist.

2. Temperatursonde nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (13) und die Hülle (26) jeweils aus rostfreiem Stahl hergestellt sind und die Hülle einen Abschnitt des Gehäuses aufnimmt und hiermit verlötet ist (Lötstelle 32).

3. Temperatursonde nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dichtungsmaterial (23) ein kompres­ sibles, thermoplastisches Material ist.

4. Temperatursonde nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitungsdrähte (19, 20) unmittelbar mit den Meßfühlerdrähten (11, 12) verbunden sind.

5. Temperatursonde nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dichtungsmaterial (23) ein kompres­ sibles thermoplastisches Material ist.

6. Temperatursonde nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, da8 die Leitungsdrähte (19, 20) unmittelbar mit den Meßfühlerdrähten (11, 12) verbunden sind.