ITMI20131718A1 - Assieme di giunzione di cavi elettrici, e sensore a termocoppia comprendente tale giunzione - Google Patents

Assieme di giunzione di cavi elettrici, e sensore a termocoppia comprendente tale giunzione

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ITMI20131718A1 IT001718A ITMI20131718A ITMI20131718A1 IT MI20131718 A1 ITMI20131718 A1 IT MI20131718A1 IT 001718 A IT001718 A IT 001718A IT MI20131718 A ITMI20131718 A IT MI20131718A IT MI20131718 A1 ITMI20131718 A1 IT MI20131718A1
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Description

ASSIEME DI GIUNZIONE DI CAVI ELETTRICI, E SENSORE A
TERMOCOPPIA COMPRENDENTE TALE GIUNZIONE
Campo dell’invenzione
[1] La presente invenzione riguarda un assieme di giunzione utilizzabile per collegare meccanicamente ed elettricamente due cavi elettrici, uno rivestito con un materiale isolante sostanzialmente inorganico, e un altro cavo elettrico rivestito con un materiale isolante sostanzialmente organico. Tale giunzione può essere applicata per esempio nella produzione di sensori a termocoppia e, più in particolare, per realizzare le cosiddette "transitions" che collegano elettricamente e meccanicamente le porzioni rilevatrici (o "sensibili") delle termocoppie e i loro cavi di estensione.
Stato della tecnica
[2] Le termocoppie attuali 1 comprendono una porzione rilevatrice 3 formata da una prima coppia di fili 5, 7 elettricamente conduttivi e rivestiti da una prima guaina protettiva 9, realizzata come un rivestimento "minerale", cioé tipicamente in ossido di magnesio, in grado di sopportare le elevate temperature di esercizio richieste (Figura 1). Per poterla installare più agevolmente, la porzione rilevatrice 3 é generalmente collegata a un cavo di estensione 11, il quale comprende a sua volta una seconda coppia di fili 13, 15 elettricamente conduttivi e una guaina flessibile 17 che li riveste; la guaina flessibile 17 é spesso in Kapton, Teflon o altro materiale polimerico. Il cavo di estensione conduce il segnale emesso dall'asta rilevatrice 3 lontano dal punto di acquisizione fino a un opportuno strumento di acquisizione e misura, situato in una zona a temperatura meno avversa. La porzione rilevatrice 3 e il cavo di estensione sono collegati da una giunzione correntemente chiamata "transition". Esempi di termocoppie e transitions note sono descritti, per esempio, nelle pubblicazioni EP 370 411 A1 e US 3 811 958.
[3] Per aumentare la resistenza a trazione ad alte temperature e in generale agli stress termomeccanici delle transitions note l'autore della presente invenzione ha ideato la transition 19 mostrata in Figura 1, che comprende un manicotto tubolare 21 metallico nelle cui estremità sono inserite e successivamente crimpate un'estremità dell'asta rilevatrice 3 e del cavo di estensione 11; su un fianco di un tratto intermedio del manicotto 21 é ricavata una rientranza 23 che permette di saldare assieme il filo 5,per esempio in ferro, con il filo 13, e il filo 7,per esempio di costantana, con il filo 15.
Sull'assieme formato dal manicotto 21 e dai fili 5, 7, 13, 15 saldati viene poi costampato un involucro protettivo 19 di una opportuna materia plastica isolante. Il manicotto metallico 21 riesce ad assicurare un’elevata resistenza a trazione della giunzione anche a elevate temperature di esercizio, per esempio anche a 300-400°C.
[4] Tuttavia, l'autore della presente invenzione ha osservato che il procedimento per produrre una termocoppia con il manicotto noto 21 presenta alcune limitazioni: sono per esempio necessari particolari accorgimenti e precauzioni per mantenere in posizione sufficientemente salda le due estremità saldate dei fili, rispettivamente 7 15 e 5 13 durante il costampaggio, per evitare che il flusso di materia plastica iniettata dissaldi le estremità, oppure porti a contatto tutti e quattro i fili 5, 7, 13, 15, in entrambi i casi rendendo irrimediabilmente inutilizzabile la termocoppia.
[5] Uno scopo della presente invenzione è ovviare agli inconvenienti sopra menzionati dello stato della tecnica e, in particolare, fornire un assieme di giunzione, utilizzabile per collegare elettricamente e meccanicamente un primo cavo in grado di resistere a temperature assai elevate, superiori a 200-400°C, a un secondo cavo che deve funzionare normalmente a temperature inferiori,che permetta di realizzare più agevolmente saldature, o comunque connessioni elettriche, interne all'assieme di giunzione stesso più affidabili.
Sommario dell’invenzione
[6] Tale scopo viene conseguito, secondo la presente invenzione, con un assieme di giunzione avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 1.
Ulteriori caratteristiche del dispositivo sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
I vantaggi conseguibili con la presente invenzione risulteranno più evidenti al tecnico del settore dalla seguente descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione particolare a carattere non limitativo, illustrato con riferimento alle seguenti figure schematiche.
Elenco delle Figure
Figura 1 mostra una vista prospettica di una transition nota di una termocoppia;
Figura 2 mostra una vista prospettica di una transition di un assieme di giunzione secondo una forma di realizzazione particolare dell'invenzione;
Figura 3 mostra una vista dall'alto della transition di Figura 2.
Descrizione dettagliata
[7] Le Figure 2, 3 sono relative a un assieme di giunzione secondo una forma di realizzazione particolare dell'invenzione, indicato con il riferimento complessivo 29.
L'assieme di giunzione 29 comprende:
- un primo cavo elettrico 31 a sua volta comprendente un primo 34 e un secondo conduttore elettrico 36 fra loro affiancati, e un rivestimento di materiale isolante sostanzialmente inorganico 38 che riveste e isola elettricamente il primo 34 e il secondo conduttore elettrico 36 dall'ambiente esterno e l'uno dall'altro;
- un secondo cavo elettrico 39 comprendente un terzo 42 e un quarto conduttore elettrico 44 fra loro affiancati, e un rivestimento di materiale isolante sostanzialmente organico 43 che riveste e isola elettricamente il terzo 42 e il quarto conduttore elettrico 44 dall'ambiente esterno e l'uno dall'altro. Il rivestimento isolante inorganico 38 é formato da un materiale in grado di resistere a temperature di esercizio più elevate di quelle a cui resistono le materie plastiche, resistendo per esempio a temperature pari o superiori a 200-400°C. A tale scopo, il materiale che forma il rivestimento 38 é diverso da una resina sintetica, può essere ossido di magnesio (MgO) e può formare, per esempio, una guaina più o meno flessibile. Il materiale del rivestimento isolante organico 43 é invece una resina polimerica, opportunamente flessibile, in modo da facilitare il montaggio della termocoppia 30 o altro dispositivo di cui l'assieme giunzione 29 fa parte.
I conduttori 34, 36, 42, 44 sono preferibilmente fatti di materiali metallici.
[8] Secondo un aspetto dell'invenzione, l'assieme di giunzione 29 comprende, inoltre, una giunzione 46, detta anche "transition 46", a sua volta comprendente un manicotto 48 che forma due estremità 480, 482 predisposte per accogliere rispettivamente il primo 31 e il secondo cavo elettrico 39. .
Nella giunzione 46 il primo 34 e il terzo conduttore elettrico 42 sono connessi assieme meccanicamente ed elettricamente a formare un primo conduttore composito.l
Il secondo 36 e il quarto conduttore elettrico 44 sono connessi assieme meccanicamente ed elettricamente a formare un secondo conduttore composito.
La giunzione 46 presenta una porzione intermedia la quale forma una parete intermedia 50 disposta longitudinalmente rispetto al manicotto 48 stesso e interposta fra il primo e il secondo conduttore composito (Figure 2, 3).
I suddetti conduttori compositi assicurano così la continuità elettrica alle due estremità dell'assieme di giunzione 29, consentendo la trasmissione di segnali elettrici o di potenza elettrica.
[9]Le estremità 480, 482 del manicotto 48 sono preferibilmente ma non necessariamente tubolari, formando due cavità interne tra loro coassiali disposte longitudinalmente al manicotto 48. I conduttori 34, 36, 42, 44 hanno preferibilmente la forma di fili. I due conduttori compositi possono essere ottenuti saldando,per esempio a laser, brasando o incollando assieme rispettivamente i conduttori 34 e 36 e i conduttori 42 e 44, eventualmente appiattendo le estremità di alcuni di tali conduttori.
[10] Le zone di connessione fra il primo 34 e il terzo conduttore 36, e fra il secondo 42 e il quarto conduttore 44, si trovano vantaggiosamente in corrispondenza della parete intermedia 50.
La parete intermedia 50 può essere delimitata, a due sue opposte estremità, da due fori o altre aperture passanti 52A, 52B che si estendono trasversalmente al manicotto; vantaggiosamente le due estremità del manicotto 480, 482 formano ciascuna una cavità longitudinale che sbocca in uno dei fori o altre aperture passanti trasversali 52A, 52B.
Vantaggiosamente i bordi dei fori o altre aperture passanti trasversali 52A, 52B, o in generale delle due estremità della parete intermedia 50, hanno sezioni trasversali sostanzialmente rastremate, per esempio a V o a cuspide.
Preferibilmente il manicotto 48 é realizzato di materiale metallico. Vantaggiosamente il manicotto 48 é realizzato in un materiale elettricamente isolante, per esempio alluminio anodizzato.
[11] La giunzione 46 preferibilmente comprende, inoltre, un involucro protettivo 54 di una opportuna materia plastica isolante, preferibilmente un opportuno polimero refrattario, costampato sull'assieme formato dal manicotto 48 e dalle estremità unite dei conduttori 34, 36, 42, 44.
L'assieme di giunzione 29 può essere, per esempio, parte di una termocoppia 30: in tal caso il primo cavo elettrico 31 forma la porzione rilevatrice 32,comunemente detta anche "porzione sensibile", della termocoppia stessa, mentre il secondo cavo elettrico 39 forma la porzione di estensione della termocoppia e serve a portare i segnali elettrici della porzione rilevatrice 32 a un’opportuna apparecchiatura di acquisizione o trasduzione facilitando il montaggio della termocoppia stessa.
I conduttori 34 e 42 sono realizzati in un metallo diverso da quello dei conduttori 36 e 44, in modo da produrre un effetto termoelettrico apprezzabile, quale per esempio l'effetto Seebeck, Peltier o Thomson. Gli abbinamenti di metalli per dare origine a tali effetti termoelettrici possono essere, per esempio, Chromel e Alumel, ferro e costantana, rame e costantana, chromel e costantana, Nicrosil e Nisil.
La termocoppia 30 può essere montata, per esempio, su stampi a iniezione o su macchine utensili; un rivestimento isolante inorganico 38 a base di ossido di magnesio é particolarmente adatto per tali applicazioni. Per assemblare l'assieme di giunzione 29 o la termocoppia 30, le estremità delle due coppie di conduttori 34 36, e 42 44 vengono introdotte nella prima nella estremità 480, la seconda nell'altra estremità 482 del manicotto 48, sovrapponendo le estremità dei conduttori 34 e 42 davanti a una faccia della parete intermedia 50, e le estremità dei conduttori 36 e 44 davanti all'altra faccia della parete 50; i bordi con sezioni trasversali rastremate dei bordi della parete 50 facilitano e velocizzano il posizionamento delle estremità dei conduttori 34, 36, 42, 44 attorno alla parete 50. Dopodiché, le estremità 480, 482 del manicotto 48 vengono crimpate, o comunque deformate permanentemente, sulla prima 38 e sulla seconda guaina isolante 43, o comunque sui conduttori 34, 36, 42, 44, e le estremità sovrapposte, o comunque a contatto, dei conduttori 34, 36, 42, 44 vengono saldate. Poiché le due saldature dei fili 34, 36, 42, 44 sono separate dalla parete intermedia 50, richiedono meno accorgimenti e precauzioni rispetto alla transition di Figura 1 per mantenere i fili da saldare in posizione, e non sono necessarie precauzioni per mantenere separate l'una dall'altra le due coppie di fili da unire, né durante la saldatura né durante il costampaggio dell'involucro 54. Poiché il manicotto 48 é realizzato in alluminio anodizzato, contro di esso si possono liberamente e direttamente appoggiare i fili saldati 34, 36, 42, 44 durante il costampaggio dell'involucro protettivo 54 o comunque durante il funzionamento della termocoppia, senza causarne il cortocircuito.
[12] I precedenti insegnamenti permettono di semplificare, velocizzare e conseguentemente rendere più economico il ciclo di produzione delle termocoppie, indicativamente abbreviandolo di 1-2 minuti per ciascuna termocoppia e riducendo di 10 volte la percentuale di termocoppie che risultano difettose dopo il costampaggio dell'involucro 54. Essendo metallico, il manicotto 48 garantisce una resistenza a trazione della termocoppia assai elevata, assai utile se si pensa che il cavo che forma la porzione di estensione può raggiungere lunghezze anche di oltre un metro. Essendo elettricamente isolante, il manicotto 48 fa sì che l'involucro costampato 54 non sia strettamente indispensabile e una termocoppia secondo l'invenzione potrebbe funzionare anche senza di esso; l'involucro costampato ha più che altro una funzione di protezione meccanica della transition e la sua funzione di isolamento elettrico diventa più marginale.
[13] Gli esempi di realizzazione precedentemente descritti sono suscettibili di diverse modifiche e variazioni pur senza fuoriuscire dall’ambito di protezione della presente invenzione. Per esempio, l'involucro protettivo 54 che riveste l'assieme formato dal manicotto 48 e dalle estremità unite dei conduttori 34, 36, 42, 44 può essere non solo ottenuto per costampaggio, ma per esempio anche realizzato come una guaina preformata e calzata sul manicotto 48; la guaina 54 può essere eventualmente termoretraibile. Un assieme di giunzione secondo l'invenzione può essere utilizzato per produrre non solo termocoppie, ma anche altri dispositivi, quali per esempio termoresistenze riscaldanti.
Inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. Per esempio, i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche. Si deve intendere che un'espressione del tipo "A comprende B, C, D" o "A é formato da B, C, D" comprenda e descriva anche il caso particolare in cui "A é costituito da B, C, D". Gli esempi ed elenchi di possibili varianti della presente domanda sono da intendersi come elenchi non esaustivi.

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1) Assieme di giunzione (29) comprendente: - un primo cavo elettrico (31) a sua volta comprendente un primo (34) e un secondo conduttore elettrico (36) e un rivestimento di materiale isolante inorganico (38) che riveste e isola elettricamente il primo (34) e il secondo conduttore elettrico (36); - un secondo cavo elettrico (39) comprendente un terzo (42) e un quarto conduttore elettrico (44) e un rivestimento di materiale isolante organico (43) che riveste e isola elettricamente il terzo (42) e il quarto conduttore elettrico (44); - una giunzione (46) comprendente un manicotto (48) che forma due estremità (480, 482) predisposte per accogliere l'una il primo cavo elettrico (31) e l'altra il secondo cavo elettrico (39); e in cui: - il primo (31) e il terzo conduttore elettrico (42) sono connessi assieme meccanicamente ed elettricamente a formare un primo conduttore composito; - il secondo (36) e il quarto conduttore elettrico (44) sono connessi assieme meccanicamente ed elettricamente a formare un secondo conduttore composito; - la giunzione (46) presenta una porzione intermedia che forma una parete intermedia (50) disposta longitudinalmente rispetto al manicotto (48) stesso e interposta fra il primo e il secondo conduttore composito.
  2. 2) Assieme di giunzione secondo la rivendicazione 1, in cui la zona di connessione fra il primo (34) e il terzo conduttore (42) e la zona di connessione fra il secondo (36) e il quarto conduttore (44) sono situate in corrispondenza della parete intermedia (50).
  3. 3) Assieme di giunzione secondo la rivendicazione 1, in cui il manicotto (48) é realizzato in un materiale metallico.
  4. 4) Assieme di giunzione secondo la rivendicazione 1, in cui il manicotto (48) é realizzato in un materiale elettricamente isolante, per esempio alluminio anodizzato.
  5. 5) Assieme di giunzione secondo la rivendicazione 1, in cui le estremità (480, 482) del manicotto (48) hanno forma sostanzialmente tubolare e formano al proprio interno fori o cavità passanti che si estendono in direzione sostanzialmente longitudinale al manicotto (48) stesso.
  6. 6) Assieme di giunzione secondo la rivendicazione 5, in cui la parete intermedia (50) é delimitata, a due sue opposte estremità, da due fori o altre aperture passanti (52A, 52B) che si estendono trasversalmente al manicotto (48), e i fori o cavità passanti formati dalle estremità (480, 482) del manicotto (48) sboccano ciascuna in uno dei fori o altre aperture passanti trasversali (52A, 52B).
  7. 7) Assieme di giunzione secondo la rivendicazione 1, in cui le estremità (480, 482) del manicotto (48) sono fissate al primo (34), al secondo (36), al terzo (42) e al quarto conduttore (44) tramite crimpatura o altra deformazione meccanica permanente.
  8. 8) Assieme di giunzione secondo la rivendicazione 1, in cui il primo e il secondo conduttore composito sono ottenuti connettendo rispettivamente il primo (34) e il terzo conduttore elettrico (42), e il secondo (36) e il quarto conduttore elettrico (44), tramite una o più delle seguenti lavorazioni: saldatura per esempio a laser, brasatura, saldobrasatura, incollaggio, deformazione plastica.
  9. 9) Assieme di giunzione secondo la rivendicazione 1, in cui la giunzione (46) comprende un involucro protettivo (54) che riveste l'assieme formato dal manicotto (48) e dalle estremità unite dei conduttori (34, 36, 42, 44), e tale involucro protettivo (54) é per esempio costampato sull'assieme formato dal manicotto (48) e dalle estremità unite dei conduttori (34, 36, 42, 44).
  10. 10) Assieme di giunzione secondo la rivendicazione 1, in cui la parete intermedia (50) é delimitata, a due sue opposte estremità, da due bordi aventi sezioni trasversali rastremate verso l'esterno, per esempio a V o a ogiva, in modo da favorire l'introduzione e il posizionamento del primo (34), del secondo (36), del terzo (42) e del quarto conduttore (44) nel manicotto (48).
  11. 11) Sensore a termocoppia (30) comprendente: a) un assieme di giunzione avente le caratteristiche secondo una delle rivendicazioni precedenti; b) una porzione rilevatrice (34) a sua volta comprendente il primo cavo elettrico (31) dell'assieme di giunzione, dove il primo (34) e il secondo conduttore elettrico (36) sono realizzati in materiali fra loro diversi in modo da produrre un effetto termoelettrico apprezzabile, quale, per esempio, l'effetto Seebeck, Peltier o Thomson; c) una porzione di estensione (40) a sua volta comprendente il secondo cavo elettrico (39) dell'assieme di giunzione.
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