DE10133410B4 - Temperatursensor - Google Patents

Abstract

Temperatursensor für den Einsatz in elektrisch leitfähigen, aggressiven Medien, welcher ein Gehäuse (1) mit einem von einem Isoliermaterial umschlossenen temperaturempfindlichen Messelement (8) hat, wobei das Messelement (8) mit einem von dem Isoliermaterial gebildeten Isolierkörper (5) aus dem Gehäuse (1) herausragt und durch einen Dichtring (12) gegenüber dem Gehäuse (1) abgedichtet ist und der Isolierkörper (5) aus einer das Messelement (8) unmittelbar kapselnden Glasumhüllung (6) und einem Keramikformkörper (7) besteht, wobei die Glasumhüllung (6) als stirnseitiger Fortsatz des Keramikformkörpers (7) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasumhüllung (6) und der Keramikformkörper (7) durch Anschmelzen der Glasumhüllung (6) formschlüssig und hermetisch dicht miteinander verbunden sind.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor für den Einsatz in elektrisch leitfähigen, aggressiven Medien, welcher ein Gehäuse mit einem von einem Isoliermaterial umschlossenen, temperaturempfindlichen Messelement hat.
• Aus der DE 298 20 453 U1 ist ein Temperaturgeber mit einem in das Kühlmittel einer Verbrennungskraftmaschine abgedichtet einführbaren Gehäuse, in dem ein Temperatursensor angeordnet ist, bekannt. Offenbart wird ein zylindrischer Glaskörper, in dem ein NTC-Widerstand angeordnet ist. Die Kontakte des NTC-Widerstandes sind rückseitig durch einen Führungssockel aus Keramik hindurchgeführt. Der Glaskörper bildet einen Fortsatz des Keramiksockels. Keramiksockel und Glaskörper sind in dem Gehäuse angeordnet, an dessen Innenwand eine elastisch verformbare Dichtung anliegt.
• Die DE 92 07 971 U1 offenbart ein Ab- bzw. Einlassventil, das mittels eines eingebauten Sensors in der Lage ist, Reaktionsparameter wie zum Beispiel die Temperatur des umgebenden Mediums zu messen. Hierzu ragt aus einer Spindel ein Sensorträger heraus, der einen Messsensor aufnimmt. Ein O-Ring dichtet den Sensorträger gegen die Messspindel ab.
• Die DE 44 24 384 C2 offenbart einen Temperaturfühler mit rascher Ansprechzeit. Aus einem Schutzrohr ragt eine Messspitze heraus, welche einen Temperatursensor aufnimmt. Am unteren Ende des Schutzrohres ist die Messspitze mit dem Schutzrohr verschweißt. Die Messspitze nimmt neben dem Temperatursensor eine Keramikmasse auf, die den Temperatursensor und die dazugehörigen Messanschlussleitungen umschließt.
• Schließlich ist aus der DE 36 16 308 C2 einen Sensor zur Erfassung von physikalischen Vorgängen im Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt. In einem vorzugsweise zündkerzenartigen Gehäuse sind druckempfindliche aus alpha-kristallinem Aluminiumoxyd (Saphir) bestehende Elemente auf einem dehnungsempfindlichen Widerstand in Silicon on Saphire Technologie aufgebracht. Die Saphirteilchen sind in einer Verglasung angeordnet. Ferner befinden sich in einem rohrförmigen Abschnitt noch mehrere Schichten aus Isolierkeramik.
• Solche Temperatursensoren werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen für die Messung der Temperatur des Kühlwassers, des Öls, der Ansaugluft oder der Außentemperatur eingesetzt und sind allgemein bekannt. Wenn das Innere solcher Temperatursensoren mit dem Messelement durch eine Gehäusewand gegenüber dem Einsatzmedium abgetrennt ist, eignen sich die Temperatursensoren auch für aggressive und elektrisch leitfähige Medien. Schwierig ist es allerdings, Temperatursensoren mit kurzer, thermischer Zeitkonstante, so genannte "schnelle Temperatursensoren" herzustellen, da durch die Anordnung des Messelementes in dem Gehäuse die Wärme durch die Gehäusewand und über Wärmeleitpaste oder Öl zu dem Messelement gelangen muss. Wenn man schnelle Temperatursensoren benötigt, dann hat man bisher solche gewählt, bei denen das Messelement außerhalb des Gehäuses angeordnet ist und deshalb direkten Kontakt mit dem Einsatzmedium hat. Das lässt sich derzeit jedoch bei aggressiven und elektrisch leitfähigen Medien nicht verwirklichen.
• Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Temperatursensor der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass er eine kurze thermische Zeitkonstante und damit eine kurze Sprungantwort hat, sich jedoch auch für chemisch aggressive Medien eignet.
• Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Messelement mit einem von dem Isoliermaterial gebildeten Isolierkörper aus dem Gehäuse herausragt und durch einen Dichtring gegenüber dem Gehäuse abgedichtet ist.
• Durch diese Gestaltung des Temperatursensors wird der Isolierkörper mit dem Messelement unmittelbar vom Messmedium umspült, so dass das Messelement rasch auf Temperaturänderungen anzusprechen vermag. Durch die Abdichtung des aus dem Gehäuse herausführenden Isolierkörpers gegenüber dem Gehäuse wird sichergestellt, dass das Messmedium nicht in das Gehäuse eindringen kann, so dass sich der Temperatursensor auch für aggressive Medien eignet. Ein solcher Temperatursensor kann insbesondere für eine Wärmemanagementregelung in einem Kraftfahrzeug mit elektrisch regelbarer Kühlmittelpumpe, aber auch als Außenfühler eingesetzt werden, welcher widrigen Umwelteinflüssen wie Salz- und Spritzwasser gut widersteht. Darüber hinaus ist ein solcher Temperatursensor auch gut für den Einsatz in aggressiven Medien bei hohen Dauertemperaturen, insbesondere bei Dauertemperaturen im Bereich von 350 °C, geeignet.
• Die Abdichtung des vom Isoliermaterial gebildeten Isolierkörpers gegenüber dem Gehäuse kann sehr unterschiedlich ausgebildet sein. Besonders einfach ist sie gestaltet, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Er findung in dem Isolierkörper eine umlaufende Nut vorgesehen und der Dichtring in dieser Nut angeordnet ist.
• Fertigungstechnisch besonders günstig ist es, wenn der Isolierkörper aus einer das Messelement unmittelbar kapselnden Glasumhüllung und einem Keramikformkörper besteht. Da Glas und Keramik vergleichbare Ausdehnungskoeffiziente haben, bereitet die dichte Verbindung der Bauteile unterschiedlichen Werkstoffs keine Schwierigkeiten. Die Glasumhüllung ist vorteilhaft, weil die Messelemente handelsüblicher Temperaturfühler ohnehin mit einer solchen Umhüllung versehen sind, so dass diese nur noch durch den Keramikformkörper ergänzt werden muss.
• Zur weiteren Vereinfachung der Fertigung trägt es bei, wenn der Keramikformkörper die Nut mit dem Dichtring aufweist.
• Das Messelement vermag weit in das zu messende Medium zu ragen, wenn die Glasumhüllung als stirnseitiger Fortsatz des Keramikformkörpers ausgebildet ist.
• Die Verbindung zwischen der Glasumhüllung und dem Keramikformkörper ist besonders einfach und zuverlässig dichtend gestaltet, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die Glasumhüllung und das Keramikformkörper durch Anschmelzen der Glasumhüllung formschlüssig und hermetisch dicht miteinander verbunden sind.
• Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in
• l einen senkrechten Schnitt durch einen Temperatursensor für die Kühlwasser-Temperaturmessung,
• 2 einen senkrechten Schnitt durch den Bereich eines Messelementes und eines Keramikkörpers des Temperatursensors.
• Der in 1 als Ganzes dargestellte Temperatursensor hat ein Gehäuse 1 mit einem Kontaktsockel 2, in welchem zwei Anschlussfahnen 3, 4 angeordnet sind. Nach unten hin ragt ein Isolierkörper 5 aus dem Gehäuse 1 heraus. Dieser Isolierkörper 5 besteht aus einer Glasumhüllung 6 und einem Keramikformkörper 7. In der Glasumhüllung 6 ist ein auf Temperatur ansprechendes Messelement 8, beispielsweise eine NTC- oder PTC-Pille, angeordnet, von dem aus jeweils ein Draht 9, 10 zu den Anschlussfahnen 3, 4 führt.
• Die 2 verdeutlicht die Gestaltung des Isolierkörpers 5. Zu erkennen ist, dass der Keramikformkörper 7 eine umlaufende Nut 11 hat, in der ein als O-Ring ausgebildeter, gegenüber dem Gehäuse 1 dichtender Dichtring 12 eingelegt ist. Die Glasumhüllung 6, welche das Messelement 8 umschließt, bildet einen axialen Fortsatz des Keramikformkörpers 7 und greift mit ihrem Material formschlüssig in eine Ausnehmung 13 des Keramikformkörpers 7.

Claims (3)

1. Temperatursensor für den Einsatz in elektrisch leitfähigen, aggressiven Medien, welcher ein Gehäuse (1) mit einem von einem Isoliermaterial umschlossenen temperaturempfindlichen Messelement (8) hat, wobei das Messelement (8) mit einem von dem Isoliermaterial gebildeten Isolierkörper (5) aus dem Gehäuse (1) herausragt und durch einen Dichtring (12) gegenüber dem Gehäuse (1) abgedichtet ist und der Isolierkörper (5) aus einer das Messelement (8) unmittelbar kapselnden Glasumhüllung (6) und einem Keramikformkörper (7) besteht, wobei die Glasumhüllung (6) als stirnseitiger Fortsatz des Keramikformkörpers (7) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasumhüllung (6) und der Keramikformkörper (7) durch Anschmelzen der Glasumhüllung (6) formschlüssig und hermetisch dicht miteinander verbunden sind.
2. Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch ge– kennzeichnet , dass in dem Isolierkörper (5) eine umlaufende Nut (11) vorgesehen und der Dichtring (12) in dieser Nut (11) angeordnet ist.
3. Temperatursensor nach Anspruch 2, dadurch ge– kennzeichnet , dass der Keramikformkörper (7) die Nut (11) mit dem Dichtring (12) aufweist.