[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
[0002] Im Gasturbinentriebwerksbau werden u. a. Mantelleitungen der genannten Art eingesetzt,
um elektrisch umgesetzte Meßwerte, z.B. aus Drücken und Temperaturen an Triebwerksbaugruppen
wie Verdichter, Brennkammer oder Turbine laufend zu Test- und Auslegungszwecken wie
aber auch beispielsweise zur Steuerung und Regelung in Form einschlägiger Triebwerksvariablen
(-parameter) zu erfassen.
[0003] Reparaturen und Teilzerlegungen des Triebwerks erzwingen häufig eine Trennung der
betreffenden Mantelleitungen und im Falle der Triebwerksmontage die Wiederherstellung
der betreffenden Verbindungen einander zugehöriger Leitungsstränge, was in der Fachsprache
auch als sogenanntes "Schäften" oder "Anschäften" bezeichnet wird. Eine "Schäftung"
wird vielfach auch dadurch erforderlich, daß infolge Eindringens von Luftfeuchtigkeit
Mantelleitungsstränge unbrauchbar werden und demzufolge durch neue Leitungsstränge
ersetzt werden müssen.
[0004] Schon vorgeschlagene Schäftungskonzepte verlangen einen verhältnismäßig großen Zeit-
und Bauaufwand, um häufig mehrere voneinander getrennte elektrische Leitungen unterschiedlicher
Polarität exakt und für den Langzeiteinsatz masseschlußlos elektrisch und mechanisch
betriebssicher zu verbinden.
[0005] Ein schon vorgeschlagenes Schäftungskonzept sieht u. a. eine auf die zu verbindenden
Mantelleitungsenden aufzuschrumpfende, aus Teflon gefertigte Hülse vor. Dieses Konzept
scheidet bereits aus der Sicht mangelnder Temperaturbeständigkeit aus, und zwar bei
Temperaturen über etwa 260° C (Langzeiteinsatz) oder etwa 350° C (Kurzzeiteinsatz).
[0006] Ein weiterer Vorschlag sieht die Schäftung zweier Mantelleitungen auf einem mit
Hochtemperaturzement isolierten Untergrund vor; bereits aus der Sicht eines enormen
Zeitaufwands kann dieser Vorschlag als nicht praktikabel bezeichnet werden, da hierbei
verschiedene Lagen Zement jeweils wenigstens 1 Stunde bei einer Temperatur von etwa
180° C ausgehärtet werden müssen; auch dürfte es beim genannten Vorschlag als nachteilhaft
anzusehen sein, daß die zur Bereitstellung der Aushärtung extern aufzubringende Wärme
vergleichsweise rasch aus dem Schäftungsverbund abfließt, wodurch wiederum der Schäftung
unmittelbar benachbarte Bauteile des Triebwerks unzulässig erwärmt werden können.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Mantelleitungsenden
auf verhältnismäßig einfache Weise so betriebssicher verbindbar sind, daß äußere Umgebungskriterien
wie vergleichsweise hohe Temperaturen und Luftfeuchtigkeit beherrscht werden können.
[0008] Die gestellte Aufgabe ist bei einem Verfahren nach der eingangs genannten Art durch
die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebnenen Merkmale erfindungsgemäß
gelöst.
[0009] Daraus ergeben sich für eine parallele Verbindung oder eine Längsverbindung u. a.
folgende Vorteile:
1. Eindeutige parallele Fixierung der Drahtenden innerhalb der Schäftung mittels des
kapillarartigen keramischen Einsatztes mit Längsbohrungen. Keine Möglichkeit für einen
Masseschluß.
2. Die einwandfreie Drahtführung im keramischen Einsatz ermöglicht exzellente Schweiß-
bzw. Lötverbindung an den parallel liegenden Drähten.
3. Äußerst geringer Platzbedarf bei unkomplizierter Verarbeitung. Bei Notwendigkeit
kann die Verbindung weiter miniaturisiert werden.
4. Durch die Wahl der geeigneten Lote für die Außenhülse ist eine Anpassung der Schäftungen
an Temperaturen bis 900°C möglich. Durch den Einsatz eines Nickellots wären auch Temperaturen
über 900°C beherrschbar.
5. Die Verbindung ist hermetisch gekapselt und somit gegen Luftfeuchte, Öl und aggressive
Medien unempfindlich.
6. Alle Schäftungen sind mit Teilen aus Meterware herstellbar. Es sind keine komplizierten
Hilfsmittel oder Werkzeuge erforderlich, somit ist die Durchführung der Arbeiten
auch unter Freifeldbedingungen möglich.
7. Die Verbindungen können vor dem endgültigen Verlöten der Außenhülse visuell und
elektrisch in ihrer mechanischen Endlage geprüft werden.
8. Durch die "fliegende Anordnung" kann die Schäftung an jeder beliebigen Stelle am
Triebwerk, also auch an örtlich heißen Stellen untergebracht werden, ohne konstruktiv
eine Unterbringung in kühleren Bereichen schaffen zu müssen.
9. Außer den zuvor erwähnten Punkten ergeben sich folgende Möglichkeiten für den Einsatz
dieser Verbindungen bzw. Schäftungen:
9.1 Bei schwierigen Montageabläufen (kein direktes Herausziehen der Leitungen möglich)
können die verschiedenen Bauteile oder Baugruppen bzw. Module eines Gasturbinentriebwerks
vorinstrumentiert werden, während die Schäftung unmittelbar vor der mechanischen
Verbindung der Bauteile, - gruppen oder Module erfolgt. So sind Leitungsführungen
möglich, die sonst nicht ausgeführte werden können.
9.2 Bei Teilzerlegungen können Meßleitungen an vorgesehenen Trennstellen gekappt
und bei erneuter Montage an den eingelegten Loslängen geschäftet werden. Dadurch
entfallen bei Modulbauweise Montageschritte längs der Leitungsführung.
[0010] Insbesondere im Hinblick auf eine Parallelverbindung oder -schäftung ermöglicht die
Erfindung mit Rücksicht auf verhältnismäßig geringe räumliche Abstände zwischen den
Triebwerksbaugruppen oder -modulen quer zur Triebwerksachse bzw. quer zu den Komponentenachsen
verlaufende Verbindungen ohne große Schleifenbildung (Knickgefahr!) der Mantelleitungen
bzw. Schäftungen.
[0011] Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine Parallelverbindung bzw. -schäftung zwischen zwei Mantel-Thermo-Leitungsenden,
teilweise aufgeschnitten dargestellt,
Fig. 2 die gegenüber Fig. 1 um 90° verdrehte Ansicht der Parallelverbindung oder -schäftung,
im Sinne der genannten Verdrehung teilweise aufgeschnitten dargestellt,
Fig. 3 eine Längsverbindung oder -schäftung an zwei Mantel-Thermo-Leitungsenden, teilweise
aufgeschnitten dargestellt und
Fig. 4 einen Schnitt gemäß III - III der Fig. 3
[0012] Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen und mechanischen Verbindung
zwischen zugeordneten Enden von Mantel-Thermo-Leitungen angegeben, bei denen Drähte
1,2;3,4 elektrisch isoliert und umgebungsgeschützt in Metallmäntel 5,6 eingebettet
sind; grundsätzlich sollen bei dem Verfahren aus den Metallmänteln 5,6 herausragende
Enden der Drähte, z.B. 2,4 bzw. 1,3, durch Längsbohrungen 7,8 eines keramischen Einsatzes
9 hindurchgeführt, an diesem masseschlußlos gehaltert und entlang einander überlappend
aus dem Einsatz 9 herausragender Abschnitte gleicher Polarität miteinander verschweißt
oder verlötet werden (Schweißpunkte 10), hierauf soll die den Einsatz 9 enthaltende
elektrische Verbindung mittels einer auf die Metallmäntel 5,6 aufgeschobenen metallischen
Außenhülse 11 durch Lötung hermetisch verschlossen werden (Lötnähte 12 bzw. am Spaltende
15).
[0013] ZB. im Wege einer Zange können die Enden der Drähte 2,4 im Hinblick auf die vorgegene
Anordnung der Längsbohrungen 7,8 des Einsatzes 9 vorgeformt und dann gegebenenfalls
noch auf das erforderliche Längenmaß zugeschnitten werden. Wie beispielsweise am
Ende des Drahtes 2 verdeutlicht, muß dieses nach innen ( Fig. 1) und außen (Fig. 2)
in Anpassung an die Lage der zugehörigen Bohrung 7 umgebogen sowie am übrigen Ende
begradigt werden, um in Längsrichtung mit der Bohrung 7 fluchten zu können.
[0014] Im Rahmen der zuvor genannten Merkmale - sowei sie mit den Merkmalen nach den Patentansprüchen
1 und 2 übereinstimmenist die Erfindung durchaus auch für eine später noch näher
erläuterte Längsschäftung äußerst praktikabel.
[0015] Um die Verbindungsvorkehrungen zu erleichtern, ist es bei einer Parallelverbindung
oder -schäftung von Mantel-Thermo-Leitungen nach Fig. 1 und 2 vorteilhaft, daß vor
Durchführung der Halterung und Verbindung der Drahtenden am keramischen Einsatz 9
zunächst zwei Endabschnitte der Metallmäntel 5,6 mittels einer Fixierhülse 13 unverrückbar
und in gemeinsamer Längenanpassung aneinander festgelegt werden. Die Fixierhülse
13 wird mit den Metallmäntel 5,6 mechanisch verklemmt und dann mit den Mänteln 5,6
verlötet (Lötnähte 14); nach vorzugsweise gemeinsamer Verlötung 14 bzw. 12 der Fixierhülse
13 wie auch des einen Endteils der Außenhülse 11 mit den beiden Endabschnitten der
Metallmäntel 5,6 kann ferner ein auf der gegenüberliegenden Seite an der Außenhülse
11 verbliebenes offenes Endteil 15 entenfußartig zusammengedrückt und dann durch Schweißen
oder Löten hermetisch verschlossen werden. Die Zusammendrückung kann mittels einer
geeigneten Formzange durchgeführt werden, deren Zangenbacken entsprechend der gewollten
Zusammendrückung vorgeformte Ausprägungen aufweist.
[0016] Gemäß Fig. 3 weisen bei einer Längsverbindung oder -schäftung von Mantel-Thermo-Leitungen
örtlich eineander gegenüberliegend zu positionierende Endabschnitte der Metallmäntel
16,17 mit diesen verlötete (Lötnähte 18,19) und wandverstärkende metallische Innenhülsen
20,21 auf, auf welche eine gemeinsame metallische Außenhülse 23 aufgeschoben wird,
nachdem zuvor die elektrische Verbindung am keramischen Einsatz 24 hergestellt worden
ist.
[0017] Zweckmäßiger und vorteilhafter Weise sollte die Außenhülse 23 bereits vor Herstellung
der elektrischen Verbindung am Einsatz 24 bereits auf einen der beiden Metallmäntel
16 bzw. 17 lose aufgesetzt worden sein.
[0018] Die gemeinsame Außenhülse 23 soll nach dem Aufschieben auf beide Innenhülsen 20,21
mit letzteren verlötet (Lötstellen 25,26)und so die elektrische Verbindung nebst Einsatz
24 gegenüber der äußeren Umgebung hermetisch verschlossen werden.
[0019] Zwecks Vereinfachung des Verfahrens können erst nach dem Aufschieben der gemeinsamen
Außenhülse 23 auf die Innenhülsen 20,21 die letzteren mit den betreffenden Endabschnitten
der Metallmäntel 16,17 verlötet werden (Lötnähte 18,19). Mit anderen Worten können
also nach dem Aufschieben der Außenhülse 23 die genannten Verlötungen 18,19 sowie
25,26 (Fig.3) durchgeführt werden.
[0020] Gemäß dem Verfahren können die Innenhülsen 20,21 so auf die Endabschnitte der beiden
gemäß Fig. 3 einander gegenüberliegenden Metallmäntel 16,17 aufgeschoben bzw. aufgesetzt
werden, daß die mit den herausragenden Drähten 26,27 bzw. 28,29 versehenen Endteile
der Metallmäntel 16,17 geringfügig die einander zugekehrter Endflächen beider Innenhülsen
20,21 überragen.
[0021] Im Rahmen der Längsschäftung gemäß Fig. 3 und 4 können also zunächst Enden der Drähte
26,27 unterschiedlicher Polarität eines mit der einen Innenhülse 20 versehenen Endabschnitts
des einen Metallmantels 16 durch zugeordnete voneinander getrennte Längsbohrungen
30,31 (Fig.4) des Einsatzes 24 hindurchgeschoben werden;hierauf können die Enden der
Drähte 28,29 unterschiedlicher Polarität eines mit der anderen Innenhülse 21 versehenen
Endabschnitts des übrigen Metallmantels 17 durch die schon genannten Längsbohrungen
30,31 des Einsatzes 24 soweit und derart hindurchgeschoben werden, daß jeweils beidseitig
des Einsatzes 24 einander überlappend geführte Abschnitte der Drähte 26,28 bzw. 27,29
gleicher Polarität vorliegen, an denen eine örtliche Punktschweißverbindung P erfolgt.
[0022] Wie ferner aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, können die jeweils äußersten Enden 32,33
bzw. 34,35 der beidseitig aus dem Einsatz 24 herausragenden Drähte 26,27 bzw. 28,29
zwecks Ausbildung der örtlichen Punktschweißverbindung gegenüber einem unmittelbar
benachbarten durchlaufenden Draht 28,29 bzw. 26, 27 gleicher Polarität seitlich abgekrümmt
werden.
[0023] Wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, können die am bzw. in der Nähe des Einsatzes 24
miteinander verschweißten oder verlöteten Drahtenden, vor dem Aufschieben der Außenhülse
23, in ein Dielektrikum 24′ eingebettet werden.
[0024] In weiterer Ausgestaltung ist die Erfindung durch die Verwendung eines im Wege der
genannten Längsbohrungen 7,8 (Fig. 1 und 2) bzw. 30,31 (Fig.3 und 4) kapillarförmig
ausgebildeten keramischen Einsatztes 9 bzw. 24 gekennzeichnet mit entsprechend der
Anzahl der paarweise zu verbindenden Enden der Drähte räumlich getrennt sowie im gleichmäßigen
Abständen parallel neben- und/oder übereinander angeordneten Längsbohrungen oder
-öffnungen, bzw. in Ausbildung als Mehrlochkapillare.
[0025] Um eine optimale Lötung sowie im Hinblick auf variable Einsatztemperaturen eine beständig
hermetisch dichte Verbindung zu gewährleisten, sollen ferner gleiche oder ähnliche
metallische Werkstoffe mit gleichen oder sehr ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
für die Außenhülse und für die betreffenden Metallmäntel vorgesehen werden unter Einschluß
gegebenenfalls der Innenhülsen.
[0026] Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Außenhülse und die betreffenden
Metallmäntel aus Nickel oder einer Nickellegierung gefertigt werden, dies ebenfalls
im gegebenen Fall unter einschluß der Innnenhülsen.
[0027] Im Hinblick auf Hochtemperatureinsätze ist es vorteilhaft, daß Außenhülse, gegebenenfalls
Innenhülsen (soweit vorhanden) und Metallmäntel aus Platin oder einem überwiegend
platinhaltigen Werkstoff gefertigt oder mit einem dieser Werkstoffe beschichtet
sein können.
[0028] Eine Längsschäftung nach Fig. 3 und 4 kann in Arbeitsschritten erfindungsgemäß z.B.
wie folgt dargestellt werden:
- Abisolieren, Befestigen der Innenhülse 20, Formbiegen der Drähte 26,27,Polkennzeichnung
(+Pol), Auffädeln des Einsatzes 24 auf die Drähte 26,27 (hier links);
- Polrichtiges Einführen der Drähte 28, 29 (hier von rechts), nachdem diese ebenfalls
zuvor durch Formbiegen angepaßt worden sind, Nachausrichten der Drähte 26,27 bzw.
28,29,die aus dem Einsatz 24 herausragen, Punktschweißen P sowie Abtrennen von jeweiligen
Drahtüberlängen;
- Aufbringen des jeweiligen Dielektrikums 24′;
- Aufschieben der Außenhülse 23 und Verlötung gemäß Lötnähten 18,19 bzw. 25,26.
1. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen
zugeordneten Enden von Mantel-Thermo-Leitungen, bei denen Drähte elektrisch isoliert
und umgebungsgeschützt in Metallmäntel eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß aus den Metallmänteln (5,6) herausragende Enden der Drähte (2,4,1,3) durch Längsbohrungen
(7,8) eines keramischen Einsatzes (9) hindurchgeführt, an diesem masseschlußlos gehaltert
und entlang einander überlappend aus dem Einsatz (9) herausragender Abschnitte gleicher
Polarität miteinander verschweißt oder verlötet werden, worauf die den Einsatz (9)
enthaltende elektrische Verbindung mittels einer auf die Metallmäntel (5,6) aufgeschobenen
metallischen Außenhülse (11) durch Lötung hermetisch verschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Drähte (2,4)
im Hinblick auf die vorgegebene Anordnung der Längsbohrungen (7) des Einsatzes (9)
vorgeformt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere zur Parallelverbindung oder -schäftung
von Mantel-Thermo-Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß vor Durchführung der Verfahrens
vorkehrungen zur Halterung der Drahtenden am keramischen Einsatz (9) zunächst zwei
Endabschnitte der Metallmäntel (5,6) mittels einer Fixierhülse (13) unverrückbar und
in gemeinsamer Längenanpassung aneinander festgelegt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 insbesondere zur Längsverbindung oder -schäftung
von Mantel-Thermo-Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß auf örtlich einander gegenüberliegend
zu positionierende Endabschnitte der Metallmäntel (16,17) wandverstärkende metallische
Innenhülsen (20,21) aufgesetzt werden, auf die eine gemeinsame metallische Außenhülse
(23) aufgeschoben wird, nachdem zuvor die elektrische Verbindung am keramischen Einsatz
(24) hergestellt worden ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse (23) bereits
vor Herstellung der elektrischen Verbindung am Einsatz (24) auf einen der beiden
Metallmäntel (16,17) geschoben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Außenhülse
(23) nach dem Aufschieben auf beide Innenhülsen (20,21) mit letzteren verlötet und
so die elektrische Verbindung nebst Einsatz (24) gegenüber der äußeren Umgebung hermetisch
verschlossen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß erst nach dem Aufschieben
der gemeinsamen Außenhülse (23) auf die Innenhülsen (20,21) die letzteren mit den
betreffenden Endabschnitten der Metallmäntel (16,17) verlötet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach vorzugsweise gemeinsamer
Befestigung bzw. Verlötung (12;14) eines Endteils (8) der Außenhülse (11) sowie der
Fixierhülse (13) mit den beiden Endabschnitten der Metallmäntel (5,6) ein auf der
gegenüberliegenden Seite an der Außenhülse (11) verbliebenes offenes Endteil (15)
entenfußartig zusammengedrückt und dann durch Löten oder Schweißen hermetisch verschlossen
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülsen (20,21)
so auf die Endabschnitte der Metallmäntel (16,17) aufgeschoben werden, daß die mit
den herausragenden Drahtenden versehenen Endteile der Metallmäntel (16,17) die zugehörigen
Endflächen der Innenhülsen (20,21) überragen.
10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Enden von Drähten
(26,27) unterschiedlicher Polarität eines mit der einen Innenhülse (20) versehenen
Endabschnitts des einen Metallmantels (16) durch zugeordnete voneinander getrennte
Längsbohrungen (30,31) des Einsatzes (24) hindurchgeführt und erst hierauf die Enden
von Drähten (28,29) unterschiedlicher Polarität eines mit der anderen Innenhülse (21)
versehenen Endabschnitts des übrigen Metallmantels (17) durch die genannten Längsbohrungen
(30,31) des Einsatzes (24) soweit und derart hindurchgeschoben werden, daß jeweils
beidseitig des Einsatzes (24) einander überlappend geführte Drähte (26,28; 27,29)
gleicher Polarität vorliegen, an denen eine örtliche Punktschweißverbindung (P) erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils äußersten
Enden (32,33 bzw. 34,35) der beidseitig aus dem Einsatz (24) herausragenden Drahtabschnitte
zwecks Ausbildung der örtlichen Punktschweißverbindung (P) gegenüber einem unmittelbar
benachbarten durchlaufenden Draht (28,29 bzw. 26,27) gleicher Polarität seitlich abgekrümmt
werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
am keramischen Einsatz (24) verlöteten oder verschweißten Drahtenden, vor dem Aufschieben
der Außenhülse (23), in ein Dielektrikum (24′) eingebettet werden.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch
die Verwendung eines im Wege der genannten Längsbohrungen (7,8;30,31) kapillarförmig
ausgebildeten keramischen Einsatzes (9;24) mit entsprechend der Anzahl der paarweise
zu verbindenden Enden der Drähte räumlich getrennt sowie in gleichmäßigen Abständen
parallel neben- und/oder übereinander angeordneten Längsbohrungen oder -öffnungen
bzw. in der Ausbildung als Mehrlochkapillare.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß gleiche oder ähnliche metallische Werkstoffe mit gleichen oder sehr ähnlichen
Wärmedehnungenkoeffizienten für die Außenhülse, die Innenhülsen und die für die
betreffenden Metallmäntel vorgesehen werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse, die Innenhülsen
und die betreffenden Metallmäntel aus Nickel oder einer Nickellegierung gefertigt
werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Außenhülse, Innenhülsen
und Metallmäntel aus Platin oder einem überwiegend platinhaltigen Werkstoff gefertigt
oder mit einem dieser Werkstoffe beschichtet sind.