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DE202015008966U1 - Modular strukturierter Hochtemperaturfühler - Google Patents

Modular strukturierter Hochtemperaturfühler Download PDF

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DE202015008966U1
DE202015008966U1 DE202015008966.6U DE202015008966U DE202015008966U1 DE 202015008966 U1 DE202015008966 U1 DE 202015008966U1 DE 202015008966 U DE202015008966 U DE 202015008966U DE 202015008966 U1 DE202015008966 U1 DE 202015008966U1
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08Protective devices, e.g. casings
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2205/00Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle
    • G01K2205/04Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle for measuring exhaust gas temperature

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Abstract

Hochtemperaturfühler (1) mit einem Temperatursensor (2), einem äußeren metallischen Fühlerfassungsteil (1.1), an dem ein Prozessanschluss (7) angeordnet ist, sowie Innenleitungsdrähten (5) und äußeren elektrischen Anschlüssen (1.3), dadurch gekennzeichnet, dass – im Vorderteil des Hochtemperatursensors eine modulare Sensoreinheit angeordnet ist, die eine einseitig offene Doppelhülse mit geschlossenem Boden enthält, welche aus einer äußeren metallischen Tiefziehhülse (3) und einer in der Tiefziehhülse (3) angeordneten inneren keramischen Hülse (4) besteht, – im Inneren der Doppelhülse ein Temperatursensor (2) in einer keramischen Füllung (9) angeordnet ist, – die Innenleitungsdrähte (5) direkt oder mittels zusätzlicher Innenleiter durch einen Fühlerverschluss (8) nach außen führen, – die äußere metallischen Tiefziehhülse (3) die mit dem metallischen Fühlerfassungsteil (1.1), das auch Träger des Prozessanschlusses (7) ist, verschweißt ist, – am hinteren Ende des Fühlerfassungsteiles (1.1) ein Fühlerverschluss (8) in Form einer Glaslotverschmelzung (8.1) oder eines elastischen Dichtungsteiles (8.2) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hochtemperaturfühler mit einem Temperatursensor, einer äußeren metallischen Fühlerfassung mit Prozessanschluss, sowie inneren elektrischen Leitern und äußeren elektrischen Anschlüssen.
  • Der Hochtemperaturfühler ist zur Abgas-Temperaturerfassung in kompakten Strömungsmaschinen sowie in Diesel- und Benzinmotoren geeignet.
  • Aus dem Stand der Technik sind vielfältige Ausführungen von Temperaturfühlern bekannt, welche für einen Einsatz bei derartig hohen Temperaturen vorgesehen sind. Die Temperaturfühler sind hinsichtlich der Art und der Anzahl der verwendeten Temperatursensoren und hinsichtlich der Konstruktion und Technologie unterscheidbar.
  • In DE 40 21 997 C2 wird ein als Hochtemperaturthermistor ausgebildeter Temperaturfühler beschrieben, der im Inneren eines temperaturbeständigen Metallrohres angeordnet ist und der aus einem vorgegebenen Gemisch zur Ausbildung einer Keramik besteht, so dass ein gewisses Änderungsmaß eines Widerstandes gegenüber einem Anfangswiderstand innerhalb der vorgegebenen Grenzen liegt.
  • Weiterhin wird in DE 198 06 110 C2 ein Abgassensor beschrieben, der ein temperaturempfindliches Messelement aus einem Keramiksubstrat enthält, auf dem eine Platin-Widerstandszuleitung und Kontakt-Pads ausgebildet sind. Mit den Kontakt-Pads ist ein Kabelanschluss direkt verbunden.
  • Aus DE 10 2006 034 248 B3 ist eine Messanordnung mit einem elektrischen Messwiderstand bekannt, in dem ein Füllstoff in einem Schutzrohr angeordnet ist. Die Füllstoffanordnung bzw. eine Ausbildung einer Dichte des Füllstoffes längs des Schutzrohres weist einen Gradienten auf, wobei die Dichte des Füllstoffes an einer Position ein Maximum besitzt, an dem das Schutzrohr eine Engstelle aufweist.
  • Ferner sind aus DE 10 2004 007 906 A1 Hochtemperatursensoren bekannt, die eine keramisch isolierte Fassungsisolation aufweisen und bei denen ein unteres Ende eines Fassungselementes derart ausgebildet ist, dass sich im Inneren ein Platindünnschichtsensor ausbildet.
  • Die oben genannten Ausführungen weisen im Dauereinsatz bei Temperaturen von 1.200°C und mehr eine geringe Lebensdauer sowie eine hohe Sensordrift auf.
  • Die US 4,865,462 A offenbart ein Thermoelement, bei welchem ein inneres Mantelthermoelement durch ein äußeres perforiertes Schutzrohr geschützt wird. Nachteilig erweist sich bei dieser Anordnung, dass die Schweißnaht im Heißstrombereich liegt und damit ein besonders hohes Gefährdungspotential aufweist.
  • US 5,662,418 A offenbart einen Temperaturfühler, der ein inneres Mantelthermoelement umfasst, welches mittels eines äußeren Schutzrohres mechanisch stabilisiert ist. Das Schutzrohr ist seitlich aufgefräst und weist offene, der Strömung zugewandte Abschnitte auf. Die Anordnung weist zwar eine hohe Stabilisierung durch den Schutz des Elementes bis in die Spitze auf, jedoch ist die Ausbildung des Schutzteils so massiv, dass erhebliche messdynamische Nachteile entstehen.
  • Des Weiteren offenbart DE 41 38 460 A1 ein gekapseltes Thermoelement, welches eine äußere keramische Hülle aufweist. Zwischen einem Prozessrand und einer Fühlerfassung ist ein Kittrand angeordnet. Die gesamte Anordnung ist nicht ausgelegt für Messgasanströmungen mit mittleren Strömungsstärken, sondern wegen der Durchlässigkeit des Rohres für Hochtemperaturstrahlungsmessungen geeignet.
  • Aus US 4,485,263 A ist ein Temperaturfühler bekannt, bei welchem ein stark abgehämmertes Mantelthermoelement mit einer separaten Halbschale stumpf verschweißt wird. Um das fertige Mantelthermoelement ist ein Schutzrohr gezogen, welches eine Perforation aufweist.
  • Die DE 10 2004 007 906 A1 beschreibt einen Temperaturfühler, der eine Innenbohrung aufweist, in welcher Thermodrähte angeordnet sind. Die Thermodrähte sind medienseitig verschweißt und am hinteren Ende mit elektrischen Anschlüssen ausgebildet. Um dieses freie Thermoelement ist ein perforiertes Schutzrohr gezogen.
  • Aus DE 20 2008 016 201 U1 ist ein Hochtemperaturfühler bekannt, der ein speziell verformtes Mantelthermoelement aufweist. Die Verformung betrifft eine Messspitze, welche im Inneren eine Temperaturmessperle enthält und welche nach einer Pulverdichtung mit einem speziellen Boden verschließbar ist. Um die Zuverlässigkeit der Bodenschweißung zu erhöhen, ist der Boden formschlüssig und/oder konisch gestaltet und abgehämmert.
  • DE 10 2008 060 033 A1 beschreibt einen Temperaturfühler, bei dem ein Sensorelement aus einer Thermodrahtperle besteht, welche aus einer Mantelleitung herausragt und von einer Schutzhülse, welche auf einem dem Medium zugewandten Ende der Mantelleitung befestigt ist, umgeben ist. Die Schutzhülse ist einteilig und weist keine Schweißstelle auf.
  • Weiterhin ist die DE 10 2011 083 437 A1 bekannt, die ebenso wie die DE 10 2008 060 033 A1 , die DE 199 46 453 B4 und die US 4,865,462 A die Messperle durch eine metallische Schutzhülle aus einem Tiefziehteil schützt. Die Schweißnaht an der Schutzhülse liegt im Medium, wird jedoch durch eine Schutzhülle von Strömungsangriffen geschützt und enthält des weiteren Bornitrid.
  • Ferner ist in DE 198 53 668 B4 ein Temperaturmessfühler und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben. Der Temperaturmessfühler weist ein Fühlerelement auf, welches einen Heißleiter und einem sich daraus erstreckende Leitungen enthält. Um das Fühlerelement ist ein Isolator angeordnet, der mit einem anorganischen Klebemittel gefüllt ist. Um den Isolator ist eine Metallabdeckung angeordnet.
  • Bei den bekannten Temperaturfühlern, insbesondere bei Temperaturfühlern mit Thermoelementen, werden verschiedene Schutzmaßnahmen zum Korrosionsschutz der Schweißnähte und zur Erzielung einer Schwingungsstabilität sowie zur Verhinderung von Misfit-Effekten ergriffen. Die Anordnungen sind jedoch im Wesentlichen auf bestimmte Sensorausführungen, d.h. zum Beispiel Thermistor oder Thermoelement usw., ausgerichtet und berücksichtigen innere Korrosionsprobleme und Diffusionseffekte nur ungenügend.
  • Insbesondere bei Abgastemperaturfühlern, die für den Einsatz in Dieselmotoren vorgesehen sind, von denen eine Standzeit von 15 Jahren gefordert wird und für die im Gegensatz zu PKW-Motoren mit einem hohen Dauerlaufanteil gerechnet werden muss, steht die Sensorstabilität neben der Stabilität der äußeren metallischen Sensorhülse im Vordergrund.
  • Um innere Diffusionseffekte zu vermeiden wird in WO 2005/075949 A1 der Pulververfüllung des Temperaturfühlers sauerstoffspendendes Oxidpulver, wie z. B. Manganoxid, hinzugefügt, sodass beim Erreichen bestimmter Temperaturen atomarer Sauerstoff frei wird. Dadurch wird eine sauerstofffreundliche Atmosphäre erzeugt, die bei Platintemperaturelementen Diffusionseffekte nicht befördert. Bei Platinmesswiderständen würde die Diffusion durch reduzierende Atmosphäre sehr stark vergrößert werden.
  • In DE 11 2011 102 975 T5 wird ebenfalls Sauerstoff freisetzendes Füllpulver, insbesondere in Verbindung mit Zirkonoxid eingesetzt. Gleichzeitig wird angeführt, dass verschiedenste Temperaturmesselemente zum Einsatz kommen können, wie z.B. NTC, PTC oder auch Thermoelemente. Es wird in diesem Zusammenhang nicht beachtet, dass Sauerstoffatmosphären nicht in jedem Fall auch bei Thermoelementen günstig bzw. je nach Typ unter Umständen sogar zu vermeiden sind. Man kann also zusammenfassend sagen, dass die Realisierung einer bestimmten Atmosphäre, wie in diesem Patent einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, nicht für alle beliebigen Abgassensoren günstig bzw. unter Umständen sogar schädlich ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten thermoelektrischen Temperaturfühler anzugeben, welcher wahlweise mit Thermistoren, Platinmesswiderständen oder Thermodrähten bestückt werden kann, zur Erfassung hoher Temperaturen geeignet ist und eine geringe Drift aufweist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung gelöst, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Hochtemperaturfühler ist im Vorderteil, also dem in das Messmedium ragenden Teil, eine modulare Sensoreinheit angeordnet, die eine einseitig offene Doppelhülse mit geschlossenem Boden enthält. Die Doppelhülse besteht aus einer äußeren metallischen Tiefziehhülse und einer in der Tiefziehhülse angeordneten inneren keramischen Hülse. Im Inneren der Doppelhülse befinden sich ein Temperatursensor, der von einer keramischen Füllung umgeben ist sowie die inneren elektrischen Leiter, welche direkt oder mittels zusätzlicher Innenleiter zu einem hinteren, medienabgewandten Fühlerverschluss führen und aus diesem austreten. Die äußere metallische Tiefziehhülse ist mit dem metallischen Fühlerfassungsteil, das auch Träger des Prozessanschlusses ist, verschweißt. Am hinteren Ende des Fühlerfassungsteiles ist ein Fühlerausgangsverschluss angeordnet, der als Glaslotverschmelzung oder elastisches Dichtungsteiles ausgebildet sein kann.
  • Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die inneren elektrischen Leiter durch den Fühlerverschluss zugfest als freie Anschlussdrahtenden herausragen. Dadurch wird eine sehr kostengünstige Herstellung ermöglicht.
  • Bei einer weiteren voreilhaften Ausführung wird als Temperatursensor ein widerstandselektrischer Temperatursensor verwendet, dessen Anschlussdrähte innere elektrische Leiter bilden, die mittels Schweißverbindungen mit temperaturbeständigen nickelhaltigen Innenleitungsdrähten verbunden sind.
  • Die Anschlussdrähte können mittels Abweichungen vom geradlinigen Verlauf in der keramischen Füllung in der inneren keramischen Hülse zugfest verankert sein und durch ein vorderes Fühlerausbauteil isoliert hindurchgeführt und aus der Doppelhülse herausgeführt sein. Derartige Abweichungen können Auslenkungen oder Verdickungen, beispielsweise in Form von Schweißstellen sein.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass als Temperatursensor ein Thermoelement verwendet wird, an dessen Thermoschweißstelle Thermoschenkeldrähte angeordnet sind, welche die Innenleitungsdrähte bilden und weit aus der Doppelhülse herausgeführt sind.
  • Ferner ist es möglich, dass die Innenleitungsdrähte unterbrechungsfrei zwischen dem vorderen Fühlerbauteil und dem Fühlerverschluss verlaufen und aus dem Fühlerverschluss herausragen, wobei der Fühlerverschluss als Glaslotverschluss ausgebildet ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Innenleitungsdrähte mittels flexibler Glasseideisolation teilweise isoliert sind und durch den Fühlerverschluss, der hierbei als Glaslotverschluss ausgebildet ist, als freie Anschlussdrahtenden herausragen.
  • Bei einer weiteren Ausführung sind die Innenleitungsdrähte mit flexiblen Leiterlitzen elektrisch verbunden, welche mit einer temperaturbeständigen Isolation versehen sind. Die Leiterlitzen werden durch den elastischen Fühlerverschluss geführt und ragen als isolierte freie Litzenenden aus dem Temperaturfühler heraus und können als Anschluss für eine Auswerteelektronik dienen.
  • Ferner ist es möglich, dass am oberen Ende der metallischen Tiefziehhülse eine sauerstoffhemmende Diffusionssperrschicht, vorzugsweise auf Zirkonoxid-Basis angeordnet ist.
  • Die Herstellung des Glaslotverschlusses erfolgt dadurch, dass eine vorgefertigte Glaslotperle aus gepresstem oder gesintertem Glaslot hergestellt wird, die drei Durchganslöcher aufweist. Durch zwei Durchgangslöcher werden die Innenleiterdrähte eingefädelt und anschließend die Glaslotperle an ihrer Sollposition positioniert. Danach wird die Glaslotstelle in zwei zeitlich beabstandeten Intervallen erhitzt. Beim ersten Erhitzen können die sich im Inneren des Fühlers ausdehnenden Gase durch das dritte Durchgangsloch entweichen. Beim anschließenden zweiten Erhitzen, das mit höherer Temperatur erfolgt, verschmilzt die Glaslotperle mit den Innenleiterdrähten und dem sie umgebenden metallischen Teil.
  • Der Innenraum der inneren keramischen Hülse mit dem darin montierten Temperatursensor ist mit keramischen Pulver und/oder keramischen Kitt und/oder keramischen Spachtel verfüllt und nach außen gasdicht verschlossen.
  • Gegenüber den bekannten Lösungen zeichnet sich der erfindungsgemäße Temperaturfühler durch einen verbesserten Schutz gegen innere Korrosions- und Diffusionseffekte bei hohen Temperaturen aus. Es wird so eine geringe Drift über die Lebensdauer, insbesondere auch bei Dieselmotoren, gewährleistet. In den Temperaturfühlern können sowohl Thermoelemente als auch Platinsensoren oder bestimmte Thermistoren eingesetzt werden.
  • Da sich die Übergangsstelle vom Sensor in der inneren Keramikhülle zu den Innenleitungsdrähten bzw. von der Thermomessperle zu den Thermoschenkeln in der inneren Keramikhülle befindet, werden auf den Sensor wirkende Zug- und Stauchbelastungen weitgehend vermieden. Die vordere innere Schutzhülse enthält eine gasdichte Keramikmasse, die einen Gasausschluss gegenüber der Innenatmosphäre des Sensors gewährleistet. Durch diesen Gasausschluss ist es in weiten Grenzen unerheblich, welche Atmosphäre sich außerhalb der Doppelhülse bzw. im Fühlerinneren ausbildet.
  • Durch die Berührung der inneren Keramikhülse mit der äußeren Metallhülse, die beide zusammen die Doppelhülse bilden, sind auch äußere Schwingungseinflüsse auf den Temperatursensor nicht zu erwarten. Das Doppelhülsensystem lässt beim Anschweißen der äußeren metallischen Hülse an die Schutzhülse oder die äußere Einbauarmatur keine Schädigungen am gasdichten Verschluss der inneren Hülse zu. Bei bekannten Anordnungen, bei denen der Sensor in eine Metallfassung auch durch einen Kitt oder eine Kombination Pulver mit Kitt vor Gaszutritt geschützt ist, treten beim Schweißen durch hohe Energieeinträge verursachte Risse im Keramikverschluss auf, die die Gasdichtheit nicht mehr gewährleisten. Diese Risse werden hier vermieden.
  • Weiterhin ist von Vorteil, dass die bei üblichen Fühlerausführungen durch Heißgasströmung hervorgerufene Verbiegungen (sogenannter Bananeneffekt) durch die Doppelhülse mit keramischer Innenhülse diese Deformationen verhindert werden.
  • Die empfindlichen Übergangsstelle von Temperatursensor zum Innenleitungssensor bzw. die Lötstelle des Thermoelementes befindet sich im inneren Teil der Doppelhülse. Damit wird eine Zugentlastung erreicht und die Schweißstelle gegen Korrosion geschützt.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Darin zeigen:
  • 1 einen modular strukturierten Temperaturfühler mit innenliegender Verbindung zu einer flexiblen Anschlusslitze,
  • 2 einen Temperaturfühler mit wendelförmigen inneren Verbindungsdrähten,
  • 3 einen Temperaturfühler mit kurzer Einbaulänge und hinterem Glaslotverschluss,
  • 4 konstruktive Ausbildungen der Doppelhülse, umfassend:
    4a) zwei lange verbundene Hülsen,
    4b) äußere metallische Tiefziehhülse mit Kragen und etwas kürzerer innerer Keramikhülse,
    4c) äußere metallische Tiefziehhülse mit kurzen Hals und etwas kürzere innere Keramikhülse,
  • 5 einen Temperaturfühler mit Mantelleitung, Kragenhülse und hinterem Glaslotverschluss,
  • 6 einen modular strukturierten Temperaturfühler mit Mantelleitung, Stützhülse und hinterem Glaslotverschluss,
    und
  • 7a und b einen Temperaturfühler, bei dem am oberen Ende der Tiefziehhülse ein Glaslotverschluss angebracht ist.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Der in 1 dargestellte Temperaturfühler weist einen metallischen Fühlerschaft 1.1 auf, der aus zwei Rohrteilen besteht die mittels einer Rohrschweißnaht 6.2 gasdicht verbunden sind. An der Verbindungsstelle weisen die Rohrteile jeweils einen gestauchten Bund auf, deren Verbindung den Prozessanschluss 7 bilden. Am unteren Ende des Fühlerschaftes 1.1 befindet sich die medienberührende Sensorbaugruppe 1.2, die aus einer Doppelhülse besteht, in der der Temperatursensor 2 in einer keramischen Füllung 9 angeordnet ist. Die am medienseitigen Ende geschlossene Doppelhülse besteht aus einer inneren keramischen Hülse 4, die von einer äußeren metallischen Tiefziehhülse 3 umschlossen ist. Die Doppelhülse ist mit der unteren Schweißverbindung 6.1 gasdicht mit dem Fühlerschaft 1.1 verbunden. Am Temperatursensor 2 sind zwei Innenleitungsdrähte 5 angeschlossen, die oben aus der keramischen Füllung 9 herausragen und in einem festen keramischen Isolierteil 10 weiter nach oben geführt werden. Die aus dem festen keramischen Isolierteil 10 herausragenden Enden der Innenleitungsdrähte 5 sind mittels der Leiterdrahtschweißverbindung 6.3 mit den Anschlussdrähten verbunden. Der Innenraum des Fühlerschaftes 1.1 ist mit einer Pulverfüllung 11 versehen und an seinem oberen Ende mit dem Fühlerverschluss 8 abgedichtet. Der Fühlerverschluss kann ein elastisches Formteil sein. Den oberen Bereich des Temperaturfühlers 1 bildet der elektrische Fühleranschluss 1.3. Im dargestellten Fall sind die Anschlussleitungen 5.1 als Litzen ausgebildet, die mit einer flexiblen Isolierung 5.1.1 versehen sind.
  • In 2 ist eine Temperaturfühlerausführung dargestellt, bei der die Doppelhülse eine äußere metallische Tiefziehhülse 3 aufweist, die am oberen offenen Ende eine Einengung 3.1 aufweist, und in eine korrespondierende Schafteinengung 1.1.1 eingefügt und mittels der Schweißverbindung 6.1 gasdicht befestigt ist. Am metallischen Fühlerschaft 1.1 befindet sich der Prozessanschluss mit gedrehtem Bund 7.1. Die Innenleitungsdrähte 5 treten aus der keramischen Füllung 9 aus und verlaufen durch ein festes keramisches Isolierteil 10 und den Glaslotverschluss 8.1 bis nach außen. Innerhalb des keramischen Isolierteils 10 sind die Innenleiter wellenförmig ausgebildet und bilden somit eine Sicherheit gegen Verschiebung durch Zugbeanspruchungen. Das keramische Isolierteil 10 ist in eine Pulverfüllung 11 eingebettet.
  • 3 zeigt einen Temperaturfühler 1 mit kurzer Einbaulänge. Bei dieser Ausführung ist die äußere metallische Tiefziehhülse 3 mit einer Aufweitung 3.2 und einem Bund 3.3 versehen. Der metallische Fühlerschaft 1.1 ist hierbei einteilig ausgeführt und mittels der Schweißverbindung 6.1 zu einem Prozessanschluss 7 ausgeformt. Die Innenleitungsdrähte 5 sind durch den Glaslotverschluss 8.1 bis nach außen geführt. Innerhalb des mit einer keramischen Füllung 9 versehenen metallischen Fühlerschaftes 1.1 sind die Innenleitungsdrähte 5 von einer Glasseidenisolierung 5.3 umgeben.
  • Die 4a bis 4c erläutern verschiedene Gestaltungsformen der als Messspitze dienenden Doppelhülse.
  • Bei der in 4a dargestellten Doppelhülse sind die äußere metallische Tiefziehhülse 3 und die innere keramische Hülse 4 gleichlang. Diese Gestaltung ist für den in den 1, 5 und 6 beschriebenen Temperaturfühler geeignet.
  • Bei der in 4b dargestellten Doppelhülse weist die äußere metallische Tiefziehhülse 3 eine Aufweitung 3.2 und einen Bund 3.3 auf. Die innere keramische Hülse 4 ist dabei kürzer als die äußere metallische Tiefziehhülse 3. In dem Zwischenraum zwischen der inneren keramische Hülse 4 und der Aufweitung 3.2 der äußeren metallischen Tiefziehhülse 3 befindet sich ebenfalls eine keramische Füllung 9. Diese Gestaltung ist für den in 3 beschriebenen Temperaturfühler vorgesehen.
  • Bei der in 4c dargestellten Doppelhülse ist die äußere metallische Tiefziehhülse 3 mit einer Einengung 3.1 versehen, welche oberhalb der inneren keramischen Hülse 4 angebracht ist. Diese Gestaltung ist für den in 2 beschriebenen Temperaturfühler vorgesehen.
  • In 5 ist ein Temperaturfühler dargestellt, bei dem der metallische Fühlerschaft 1.1 als Kragenhülse ausgebildet ist, wobei der angestauchte Kragen als Prozessanschluss 7 dient. Zwischen dem medienberührenden unteren Temperaturfühlerteil B und dem oberen anschlussseitigen Temperaturfühlerteil A erfolgt die elektrische und mechanische Verbindung mit einer Mantelleitung 5.2. Der untere Temperaturfühlerteil B besteht aus der Kragenhülse und der daran mittels unterer Schweißverbindung 6.1 befestigten Doppelhülse. Der obere anschlussseitige Temperaturfühlerteil A weist ein Stützrohr 1.4 auf, an dem die Mantelleitung 5.2 mittels einer oberen Mantelrohrschweißverbindung 6.5 befestigt ist. Den oberen Abschluss bildet ein Glaslotverschluss 8.1. Die Verbindung der Mantelleitung 5.2 mit dem metallischen Fühlerschaft 1.1 erfolgt durch die untere Mantelrohrschweißverbindung 6.4. Die äußere metallische Tiefziehhülse 3 ist im Innenraum oberflächlich mit einer Metalloxidschicht versehen.
  • In 6 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der wie bei der in 5 erläuterten Variante die Verbindung des im Doppelrohr angeordneten Temperatursensors 2 mit dem oberen elektrischen Anschluss ebenfalls mit einer Mantelleitung 5.2 erfolgt. Bei dieser Ausführung ist die Mantelleitung 5.2 von dem metallischen Fühlerschaft 1.1 umschlossen. Das untere Ende der Mantelleitung 5.2 ist mittels der unteren Mantelrohrschweißverbindung 6.4 mit dem metallischen Fühlerschaft 1.1 verbunden. An der oberen Seite ist der metallische Fühlerschaft 1.1 mit einem elastischen Dichtungsteil 8.2 verschlossen.
  • Die 7a und 7b zeigen einen Temperaturfühler, bei dem die äußere metallische Tiefziehhülse 3 länger ausgebildet ist und bis in Höhe des Prozessanschlusses 7 reicht. Am oberen Ende der metallischen Tiefziehhülse 3 ist ein Glaslotverschluss 8.1 angebracht. Der Raum zwischen dem Glaslotverschluss 8.1 und der keramischen Füllung 9 ist mit einer Pulverfüllung 11 ausgefüllt. Die Innenleitungsdrähte 5 ragen aus dem Glaslotverschluss 8.1 heraus und sind mit flexiblen Anschlussdrähten verbunden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Temperaturfühler
    1.1
    Metallischer Fühlerschaft
    1.1.1
    Schafteinengung
    1.2.
    Sensorbaugruppe
    1.3
    äußere elektrische Anschlüsse
    1.4
    Stützrohr
    2
    Temperatursensor
    3
    Äußere metallische Tiefziehhülse
    3.1
    Einengung
    3.2
    Aufweitung
    3.3
    Bund
    4
    Innere keramische Hülse
    5
    Innenleitungsdrähte
    5.1
    Anschlussleitung
    5.1.1
    flexible Isolierung
    5.2
    Mantelleitung
    5.3
    Glasseidenisolierung
    6.1
    untere Schweißverbindung
    6.2
    Rohrschweißnaht
    6.3
    Leiterdrahtschweißverbindung
    6.4
    untere Mantelrohrschweißverbindung
    6.5
    obere Mantelrohrschweißverbindung
    7
    Prozessanschluss
    7.1
    Prozessanschluss mit gedrehtem Bund
    8
    Fühlerverschluss
    8.1
    Glaslotverschluss
    8.2
    Elastisches Dichtungsteil
    9
    keramische Füllung
    10
    Festes keramisches Isolierteil
    11
    Pulverfüllung
    A
    oberes anschlussseitiges Temperaturfühlerteil
    B
    unteres medienberührendes Temperaturfühlerteil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 4021997 C2 [0004]
    • DE 19806110 C2 [0005]
    • DE 102006034248 B3 [0006]
    • DE 102004007906 A1 [0007, 0013]
    • US 4865462 A [0009, 0016]
    • US 5662418 A [0010]
    • DE 4138460 A1 [0011]
    • US 4485263 A [0012]
    • DE 202008016201 U1 [0014]
    • DE 102008060033 A1 [0015, 0016]
    • DE 102011083437 A1 [0016]
    • DE 19946453 B4 [0016]
    • DE 19853668 B4 [0017]
    • WO 2005/075949 A1 [0020]
    • DE 112011102975 T5 [0021]

Claims (12)

  1. Hochtemperaturfühler (1) mit einem Temperatursensor (2), einem äußeren metallischen Fühlerfassungsteil (1.1), an dem ein Prozessanschluss (7) angeordnet ist, sowie Innenleitungsdrähten (5) und äußeren elektrischen Anschlüssen (1.3), dadurch gekennzeichnet, dass – im Vorderteil des Hochtemperatursensors eine modulare Sensoreinheit angeordnet ist, die eine einseitig offene Doppelhülse mit geschlossenem Boden enthält, welche aus einer äußeren metallischen Tiefziehhülse (3) und einer in der Tiefziehhülse (3) angeordneten inneren keramischen Hülse (4) besteht, – im Inneren der Doppelhülse ein Temperatursensor (2) in einer keramischen Füllung (9) angeordnet ist, – die Innenleitungsdrähte (5) direkt oder mittels zusätzlicher Innenleiter durch einen Fühlerverschluss (8) nach außen führen, – die äußere metallischen Tiefziehhülse (3) die mit dem metallischen Fühlerfassungsteil (1.1), das auch Träger des Prozessanschlusses (7) ist, verschweißt ist, – am hinteren Ende des Fühlerfassungsteiles (1.1) ein Fühlerverschluss (8) in Form einer Glaslotverschmelzung (8.1) oder eines elastischen Dichtungsteiles (8.2) angeordnet ist.
  2. Hochtemperaturfühler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, die Innenleitungsdrähte (5) durch den Fühlerverschluss (8) als freie Anschlussdrahtenden herausragen.
  3. Hochtemperaturfühler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, als Temperatursensor (2) ein widerstandselektrischer Temperatursensor verwendet wird, dessen Anschlussdrähte die Innenleitungsdrähte (5) bilden, die über Leiterdrahtschweißverbindungen (6.3) mit temperaturbeständigen nickelhaltigen Innenleitungsdrähten verbunden sind.
  4. Hochtemperaturfühler (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte mittels Abweichungen vom geradlinigen Verlauf in der keramischen Füllung (9) der inneren keramischen Hülse (4) zugfest verankert sind und elektrisch isoliert aus der Doppelhülse herausgeführt sind.
  5. Hochtemperaturfühler (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (2) ein Thermoelement ist, dessen Thermoschenkel die Innenleiter (5) bilden und aus der Doppelhülse herausgeführt sind.
  6. Hochtemperaturfühler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenleitungsdrähte (5) mittels flexibler Glasseidenisolation 5.3 isoliert sind und durch den Fühlerverschluss (8) herausragen.
  7. Hochtemperaturfühler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenleitungsdrähte in einer Mantelleitung (5.2) geführt sind.
  8. Hochtemperaturfühler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum der inneren keramischen Hülse (4) mit dem darin montierten Temperatursensor (2) mit keramischen Pulver und/oder keramischen Kitt und/oder keramischen Spachtel verfüllt und nach außen gasdicht verschlossen ist.
  9. Hochtemperaturfühler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenleitungsdrähte (5) mit flexiblen Leiterlitzen elektrisch verbunden sind, welche mit einer temperaturbeständigen Isolation versehen sind, wobei die Leiterlitzen durch den Fühlerverschluss (8) ragen und als Anschluss für eine Auswerteelektronik dienen.
  10. Hochtemperaturfühler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere metallische Tiefziehhülse (3) im Inneren eine Metalloxidschicht aufweist.
  11. Hochtemperaturfühler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende der metallischen Tiefziehhülse (3) ein Glaslotverschluss (8.1) angebracht ist und der Raum zwischen dem Glaslotverschluss (8.1) und der keramischen Füllung (9) mit einer Pulverfüllung 11 ausgefüllt ist.
  12. Hochtemperaturfühler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende der metallischen Tiefziehhülse (3) eine sauerstoffhemmende Diffusionssperrschicht angeordnet ist.
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