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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Temperaturfühler, welcher als temperaturempfindliches
Element einen aus einem Halbleiter, beispielsweise einem Metalloxid,
gebildeten Thermistor, einen Metallwiderstand oder dergleichen aufweist,
der in einer Metallabdeckung oder einem Metallrohr untergebracht
ist.
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Ein
herkömmlich
bekannter Temperaturfühler
umfasst ein Mantelelement, welches Metallkerndrähte isoliert und hält, die
an ihren vorderen Enden mit einem temperaturempfindlichen Element
und an ihren hinteren Enden mit entsprechenden Anschlussleitungen
zum Anschluss an einem externen Schaltkreis verbunden sind; eine
Metallabdeckung, die an ihrem Umfang mit dem Mantelelement verbunden
ist, während
sie das temperaturempfindliche Element darin aufnimmt; und ein Befestigungselement,
welches das Mantelelement mit der Metallabdeckung und einem vorderen
Endteil des Mantelelements, der gegenüber dessen Außenfläche freiliegt,
hält, und
welches einen Aufnahmesitz aufweist, der so ausgelegt ist, dass
er an einem Fühler-Aufnahmesitz
anliegt (Patentschrift 1 (4)
und Patentschrift 2 (1)).
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Ein
anderer bekannter Temperaturfühler
umfasst ein sich in Längsrichtung
erstreckendes Metallrohr mit einem geschlossenen vorderen Ende;
ein temperaturempfindliches Element, das in dem Metallrohr unterbracht
ist und eine elektrische Eigenschaft aufweist, die sich temperaturabhängig ändert; und
ein Befestigungselement, das das Metallrohr trägt, wobei ein vorderer Endteil
des Metallrohrs gegenüber
dessen Außenfläche freiliegt,
und das einen Aufnahmesitz aufweist, der so ausgelegt ist, dass
er an einem Fühler-Aufnahmesitz
anliegt (Patentschrift 1 (1 und 2)).
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Diese
Temperaturfühler
dienen zum Detektieren der Temperatur eines Messobjekts (Abgas oder
dergleichen) in einer starken Vibrationen ausgesetzten Umgebung,
beispielsweise dem Inneren eines Kraftfahrzeugkatalysators, eines
Kraftfahrzeugauspuffrohrs oder dergleichen.
[Patentschrift
1] Offengelegte japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. 2002-350239
[Patentschrift
2] Offengelegte japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. 2000-162051
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Durch die
Erfindung zu lösende
Probleme
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In
dem Fall, da aber die Resonanzfrequenzen (primäre Resonanzfrequenzen) der
oben erwähnten herkömmlichen
Temperaturfühler
ein Frequenzband von Vibrationen überlappen, die in einer Umgebung
erzeugt werden, in der die Temperaturfühler eingebaut sind, besteht
das Risiko eines Drahtbruchs oder der Unterbrechung eines elektrischen
Wegs in dem Temperaturfühler,
des Bruchs des Mantelelements oder des Metallrohrs oder eines ähnlichen
Problems.
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Insbesondere
wenn eine vorstehende Länge
eines vorderen Endes, gemessen in Längsrichtung zwischen dem Aufnahmesitz
des Befestigungselements und dem vorderen Ende der Metallabdeckung,
lang ist, ist es höchst
wahrscheinlich, dass die Resonanzfrequenz eines Fühlers ein
Frequenzband von Vibrationen überlappt,
die in einer Umgebung erzeugt werden, in der der Fühler eingebaut
ist.
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Eine
denkbare Abhilfe ist zum Beispiel das Verkürzen der Längsabstands zwischen dem Aufnahmesitz des
Befestigungselements des Temperaturfühlers und dem vorderen Ende
der Metallabdeckung (oder des Metallrohrs) (vorstehende Länge des
vorderen Endes).
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In
machen Umgebungen, in der ein Fühler
eingebaut ist, besteht aber ein großer Abstand zwischen einer
Temperatur detektierenden Position und einem Fühler-Aufnahmesitz, an dem der
Aufnahmesitz des Fühlers
anliegt. Bei Einsatz in einer solchen Umgebung ist das Verkürzen der
vorstehenden Länge
des vorderen Endes beschränkt,
so dass die Erfordernis besteht, einen Drahtbruch oder ein anderes
Brechen aufgrund von Resonanz zu verhindern.
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ZUSAMMENFASSENDE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Probleme
verwirklicht, und daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin,
einen Temperaturfühler
an die Hand zu geben, welcher dafür ausgelegt ist, die Temperatur
eines Messobjekts in einer Umgebung zu detektieren, die starken
Vibrationen ausgesetzt ist, zum Beispiel einem Auspuff- oder Saugrohr eines
Verbrennungsmotors, einem Wasserstoffrohr eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs
oder dergleichen, und welcher frei von Drahtbruch oder anderem Bruch
aufgrund von Resonanz ist, selbst wenn zwischen einem Fühler-Aufnahmesitz
und einer Temperatur detektierenden Position ein langer Abstand
ist.
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In
einer ersten Ausgestaltung (1) wurden die obigen erfindungsgemäßen Aufgaben
durch Vorsehen eines Temperaturfühlers
verwirklicht, welcher umfasst: ein temperaturempfindliches Element
mit einer elektrischen Eigenschaft, die sich temperaturabhängig ändert; ein
Mantelelement mit einem Metallkerndraht, welcher an einem vorderen
Ende desselben mit dem temperaturempfindlichen Element und an einem
hinteren Ende desselben mit einer Anschlussleitung zur Verbindung
mit einem externen Schaltkreis verbunden ist; eine das temperaturempfindliche
Element darin aufnehmende Metallabdeckung, welche mit einem vorderen
Endteil des Mantelelements verbunden ist; ein Befestigungselement
mit einem Lagerungsteil, welcher das Mantelelement lagert, und einem
Aufnahmesitz, welcher so ausgelegt ist, dass er direkt oder indirekt über ein
anderes Element an einem Fühler-Aufnahmesitz
anliegt; einen Verbindungsteil mit einem Außendurchmesser kleiner als ein
maximaler Außendurchmesser
des Aufnahmesitzes, welcher mit einem Teil des Befestigungselements
verbunden ist, der sich näher
zur Metallabdeckung als zum Lagerungsteil und dem Aufnahmesitz befindet;
und einen vibrationsfesten Verstärkungsteil,
welcher einen Außendurchmesser
größer als
ein maximaler Außendurchmesser
des Verbindungsteils und kleiner als der maximale Außendurchmesser
des Aufnahmesitzes aufweist und einen Teil des zwischen dem Aufnahmesitz
und dem Verbindungsteil angeordneten Mantelelements umgibt, wobei
eine vorstehende Länge
des vorderen Endes gemessen zwischen dem Aufnahmesitz des Befestigungselements
und einem vorderen Ende der Metallabdeckung 20 mm oder mehr beträgt.
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Da
der erfindungsgemäße Temperaturfühler gemessen
zwischen dem Aufnahmesitz und dem vorderen Ende der Metallabdeckung
eine lange vorstehende Länge
des vorderen Endes von 20 mm oder mehr aufweist, kann der Temperaturfühler in
einer Umgebung eingesetzt werden, welche einen langen Abstand zwischen
dem Fühler-Aufnahmesitz und
der Temperaturdetektionsposition mit sich bringt.
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Da
das Befestigungselement des erfindungsgemäßen Temperaturfühlers einen
zwischen dem Aufnahmesitz und dem Verbindungsteil angeordneten vibrationsfesten
Verstärkungsteil
aufweist, kann im Gegensatz zu einem Befestigungselement ohne vibrationsfesten
Verstärkungsteil
das Befestigungselement einen in Längsrichtung langen Teil des
Mantelelements umgeben.
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Da
der vibrationsfeste Verstärkungsteil
einen Außendurchmesser
aufweist, der größer als
der maximale Außendurchmesser
des Verbindungsteils ist, weist der vibrationsfeste Verstärkungsteil
eine größere Wandstärke als
der Verbindungsteil auf und verfügt
dadurch über
größere Festigkeit.
Dadurch weist das Befestigungselement mit dem vibrationsfesten Verstärkungsteil
zwischen dem Aufnahmesitz und dem Verbindungsteil eine Gesamtfestigkeit
auf, die größer ist
als die eines Befestigungselements ohne vibrationsfesten Verstärkungsteil
oder eines Befestigungselements, bei welchem ohne Verwendung eines
vibrationsfesten Verstärkungsteils
ein Verbindungsteil lediglich in Längsrichtung gestreckt ist,
so dass das Befestigungselement das Mantelelement gegenüber Vibrationen
besser festhalten kann. Im Gegensatz zu einem Temperaturfühler, dessen
Befestigungselement keinen vibrationsfesten Verstärkungsteil
aufweist, hat der erfindungsgemäße Temperaturfühler dementsprechend
eine verbesserte Vibrationsfestigkeit und weist eine Verschiebung
der Resonanzfrequenz auf; d.h. die Resonanzfrequenz des Temperaturfühlers kann
innerhalb eines Frequenzbands eingestellt werden, das sich von dem
mit Vibrationen unterscheidet, die in einer Einbauumgebung des Temperaturfühlers erzeugt
werden.
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Da
der vibrationsfeste Verstärkungsteil
einen Außendurchmesser
hat, der kleiner als der maximale Außendurchmesser des Aufnahmesitzes
ist, beeinträchtigt
der vibrationsfeste Verstärkungsteil
nicht den Fühler-Aufnahmesitz, wenn
der Temperaturfühler
auf einen Fühler-Aufnahmesitz gesetzt
werden soll.
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Selbst
bei Anwendungen ähnlich
solchen, die einen herkömmlichen
Temperaturfühler
ohne vibrationsfesten Verstärkungsteil
verwenden, kann der erfindungsgemäße Temperaturfühler mit
einem vibrationsfesten Verstärkungsteil
so eingestellt werden, dass der Aufnahmesitz des Befestigungselements
wie bei einem herkömmlichen
Temperaturfühler
an einem Fühler-Aufnahmesitz
anliegt. Daher kann die Position des temperaturempfindlichen Elements
bei eingebautem Temperaturfühler
bezüglich
des Aufnahmesitzes des Befestigungselements wie bei einem herkömmlichen
Temperaturfühler
ermittelt werden.
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Da
die Resonanzfrequenz des erfindungsgemäßen Temperaturfühlers innerhalb
eines Frequenzbands eingestellt werden kann, das sich von dem mit
Vibrationen unterscheidet, die in einer Umgebung erzeugt werden,
in der der Temperaturfühler
eingebaut ist, kann der Temperaturfühler, selbst bei Verwendung
in einer Umgebung, welche einen großen Abstand zwischen dem Fühler-Aufnahmesitz
und der Temperaturdetektionsposition mit sich bringt, frei von durch
Resonanz verursachtem Draht- oder Mantelelementbruch sein.
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Das
Mittel für
das Miteinanderverbinden des Mantelelements und des Verbindungsteils
des Befestigungselements unterliegt keiner bestimmten Beschränkung. Beispiele
für brauchbare
Verbindungsmittel umfassen Crimpen, Laserschweißen, Plasmaschweißen, Argonbogenschweißen, Elektronenstrahlschweißen und
Hartlöten.
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Der
maximale Außendurchmesser
des Verbindungsteils wird durch den Durchmesser eines größten Kreises
festgelegt, der eine maximale Querschnittgeometrie des Verbindungsteils
senkrecht zur Längsrichtung umschreibt.
Der maximale Außendurchmesser
des Aufnahmesitzes wird durch den Durchmesser eines größten Kreises
festgelegt, der eine maximale Querschnittgeometrie des Aufnahmesitzes
senkrecht zur Längsrichtung
umschreibt.
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In
einer bevorzugten Ausführung
(2) des oben beschriebenen Temperaturfühlers (1) beträgt die längsgerichtete
(axiale) Länge
des vibrationsfesten Verstärkungsteils
20% bis 60% der vorstehenden Länge
des vorderen Endes.
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Durch
Ausbilden des vibrationsfesten Verstärkungsteils, so dass dessen
Länge in
Längsrichtung
20% oder mehr der vorstehenden Länge
des vorderen Endes beträgt,
wird die Festigkeit des Befestigungselements zuverlässig verbessert,
so dass das Befestigungselement das Mantelelement gegenüber Vibrationen
besser festhalten kann. Ein Temperaturfühler mit einem solchen vibrationsfesten
Verstärkungsteil
kann so hergestellt werden, dass er zuverlässig eine Resonanzfrequenz
aufweist, die sich von der eines Temperaturfühlers ohne vibrationsfesten
Verstärkungsteil
unterscheidet.
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Durch
Ausbilden des vibrationsfesten Verstärkungsteils, so dass seine
Länge in
Längsrichtung
60% oder weniger der vorstehenden Länge des vorderen Endes beträgt, wird
ein Verkürzen
des Abstands zwischen dem Befestigungselement und dem temperaturempfindlichen
Element vermieden, wodurch eine Zunahme der Wärmekapazität eines Teils des Temperaturfühlers, der
sich in der Nähe
des temperaturempfindlichen Elements befindet, vermieden wird. Selbst
wenn sich die Temperatur eines Messobjekts abrupt ändert, folgt
dementsprechend eine Temperaturänderung
des temperaturempfindlichen Elements ohne lange Verzögerung der des
Messobjekts, wodurch eine beeinträchtigte Reaktion des Temperaturfühlers verhindert
wird.
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Da
die Resonanzfrequenz des erfindungsgemäßen Temperaturfühlers innerhalb
eines Frequenzbands eingestellt werden kann, das sich von dem der
Vibrationen unterscheidet; die in einer Umgebung erzeugt werden,
in der der Temperaturfühler
eingebaut ist, kann der Temperaturfühler frei von durch Resonanz verursachtem
Draht- oder Mantelelementbruch sein und eine beeinträchtigte
Reaktion auf eine Temperaturänderung
eines Messobjekts kann verhindert werden, wodurch eine Abnahme der
Detektionsgenauigkeit des Temperaturfühlers verhindert wird.
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Vorzugsweise
wird die Gesamtlänge
in Längsrichtung
des vibrationsfesten Verstärkungsteils
und des Verbindungsteils auf 70% oder weniger der vorstehenden Länge des
vorderen Endes eingestellt, um zuverlässig eine Zunahme der Wärmekapazität eines
Teils des Temperaturfühlers
zu vermeiden, der sich in der Nähe des
temperaturempfindlichen Elements befindet, während die Länge des vibrationsfesten Verstärkungsteils
in Längsrichtung
auf 20% bis 60% der vorstehenden Länge des vorderen Endes gesetzt
wird.
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In
einer noch weiteren bevorzugten Ausführung (3) des oben beschriebenen
Temperaturfühlers
(1) liegt die Differenz zwischen dem Außendurchmesser eines Teils
des Mantelelements, der von dem vibrationsfesten Verstärkungsteil
umgeben ist, und dem Innendurchmesser des vibrationsfesten Verstärkungsteils
bei 0 mm bis 0,3 mm.
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Durch
Festlegen der Differenz zwischen dem Außendurchmesser des Mantelelements
und dem Innendurchmesser des vibrationsfesten Verstärkungsteils
bei mindestens 0,3 mm oder weniger kann das Befestigungselement
den Bewegungsbereich eines Teils des Mantelelements, der von dem
vibrationsfesten Verstärkungsteil
umgeben ist, beschränken.
Dadurch kann der Temperaturfühler
mit einem solchen vibrationsfesten Verstärkungsteil eine Resonanzfrequenz
aufweisen, die sich von der eines Temperaturfühlers ohne vibrationsfesten
Verstärkungsteil
unterscheidet.
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Insbesondere
wenn die Differenz zwischen dem Außendurchmesser des Mantelelements
und dem Innendurchmesser des vibrationsfesten Verstärkungsteils
0 mm beträgt,
liegen die innere Umfangsfläche
des vibrationsfesten Verstärkungsteils
und die äußere Umfangsfläche des
Mantelelements aneinander an. Dementsprechend kann das Befestigungselement
die Bewegung des Mantelelements nicht nur an dem Verbindungsteil,
sondern auch an dem vibrationsfesten Verstärkungsteil beschränken, so
dass das Befestigungselement das Mantelelement zuverlässig halten
kann.
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In
einer noch weiteren bevorzugten Ausführung (4) des oben beschriebenen
Temperaturfühlers
(1) sind der Verbindungsteil und der vibrationsfeste Verstärkungsteil
integral mit dem Befestigungsteil ausgebildet.
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Im
Gegensatz zu einer Ausbildung des Verbindungsteils, des vibrationsfesten
Verstärkungsteils
und des Befestigungselements als separate Elemente kann die integrale
Ausbildung des Verbindungsteils, des vibrationsfesten Verstärkungsteils
und des Befestigungselements die Kosten für die Ausbildungsarbeit senken.
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Im
Gegensatz zu einer Ausbildung des Verbindungsteils, des vibrationsfesten
Verstärkungsteils
und des Befestigungselements als separate Elemente und dann deren
Miteinanderverbinden kann die integrale Ausbildung des Verbindungsteils,
des vibrationsfesten Verstärkungsteils
und des Befestigungselements eine gute Festigkeit bezüglich der
Verbindung zwischen dem Befestigungselement und dem vibrationsfesten
Verstärkungsteil
und der Verbindung zwischen dem Verbindungsteil und dem vibrationsfesten
Verstärkungsteil wahren.
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In
einer zweiten Ausgestaltung (5) wird die obige erfindungsgemäße Aufgabe
durch Vorsehen eines Temperaturfühlers
verwirklicht, welcher umfasst: ein sich axial erstreckendes Metallrohr;
ein in einem vorderen Endteil des Metallrohrs untergebrachtes temperaturempfindliches
Element mit einer elektrischen Eigenschaft, die sich temperaturabhängig ändert; ein
Befestigungselement mit einem Lagerungsteil, welcher das Metallrohr lagert,
und einen Aufnahmesitz, welcher so ausgelegt ist, dass er direkt
oder indirekt über
ein anderes Element an einem Fühler-Aufnahmesitz
anliegt; einen Verbindungsteil mit einem Außendurchmesser kleiner als
ein maximaler Außendurchmesser
des Aufnahmesitzes, welcher mit einem Teil des Metallrohrs verbunden
ist, der sich bezogen auf den Aufnahmesitz an einer Seite hin zu
einem vorderen Ende des Temperaturfühlers befindet; und einen vibrationsfesten
Verstärkungsteil,
welcher einen Außendurchmesser
größer als
ein maximaler Außendurchmesser
des Verbindungsteils und kleiner als der maximale Außendurchmesser
des Aufnahmesitzes aufweist und einen Teil des zwischen dem Aufnahmesitz
und dem Verbindungsteil angeordneten Metallrohrs umgibt, wobei eine
vorstehende Länge
des vorderen Endes gemessen zwischen dem Aufnahmesitz des Befestigungselements
und einem vorderen Ende des Metallrohrs 20 mm oder mehr beträgt.
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Da
der Temperaturfühler
der obigen Ausgestaltung (5) der vorliegenden Erfindung gemessen
zwischen dem Aufnahmesitz und dem vorderen Ende des Metallrohrs
eine lange vorstehende Länge
des vorderen Endes von 20 mm oder mehr aufweist, kann der Temperaturfühler in
einer Umgebung eingesetzt werden, welche einen langen Abstand zwischen
dem Fühler-Aufnahmesitz
und der Temperaturdetektionsposition mit sich bringt.
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Da
das Befestigungselement des erfindungsgemäßen Temperaturfühlers einen
zwischen dem Aufnahmesitz und dem Verbindungsteil angeordneten vibrationsfesten
Verstärkungsteil
aufweist, kann im Gegensatz zu einem Befestigungselement ohne vibrationsfesten
Verstärkungsteil
das Befestigungselement einen in Längsrichtung langen Teil des
Metallrohrs umgeben.
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Da
der vibrationsfeste Verstärkungsteil
einen Außendurchmesser
aufweist, der größer als
der maximale Außendurchmesser
des Verbindungsteils ist, weist der vibrationsfeste Verstärkungsteil
eine größere Wandstärke als
der Verbindungsteil auf und verfügt
dadurch über
größere Festigkeit.
Dadurch weist das Befestigungselement mit dem vibrationsfesten Verstärkungsteil
zwischen dem Aufnahmesitz und dem Verbindungsteil eine Gesamtfestigkeit
auf, die höher
ist als die eines Befestigungselements ohne vibrationsfesten Verstärkungsteil
oder eines Befestigungselements, bei welchem ein Verbindungsteil
ohne Verwendung eines vibrationsfesten Verstärkungsteils lediglich in Längsrichtung
gestreckt ist. Dadurch kann das Befestigungselement das Metallrohr
gegenüber
Vibrationen besser festhalten. Im Gegensatz zu einem Temperaturfühler, dessen
Befestigungselement keinen vibrationsfesten Verstärkungsteil
aufweist, hat der erfindungsgemäße Temperaturfühler dementsprechend
eine verbesserte Vibrationsfestigkeit und weist eine Verschiebung
der Resonanzfrequenz auf; d.h. die Resonanzfrequenz des Temperaturfühlers kann
innerhalb eines Frequenzbands eingestellt werden, das sich von dem
der Vibrationen unterscheidet, die in einer Einbauumgebung des Temperaturfühlers erzeugt
werden.
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Da
der vibrationsfeste Verstärkungsteil
einen Außendurchmesser
hat, der kleiner als der maximale Außendurchmesser des Aufnahmesitzes
ist, beeinträchtigt
der vibrationsfeste Verstärkungsteil
nicht den Fühler- Aufnahmesitz, wenn
der Temperaturfühler
auf einen Fühler-Aufnahmesitz gesetzt
werden soll.
-
Selbst
bei Anwendungen ähnlich
solchen, die einen herkömmlichen
Temperaturfühler
ohne vibrationsfesten Verstärkungsteil
verwenden, kann der erfindungsgemäße Temperaturfühler mit
einem vibrationsfesten Verstärkungsteil
so eingestellt werden, dass der Aufnahmesitz des Befestigungselements
wie bei einem herkömmlichen
Temperaturfühler
an einem Fühler-Aufnahmesitz
anliegt. Daher kann die Position des temperaturempfindlichen Elements
bei eingebautem Temperaturfühler
bezüglich
des Aufnahmesitzes des Befestigungselements wie bei einem herkömmlichen
Temperaturfühler
ermittelt werden.
-
Da
die Resonanzfrequenz des erfindungsgemäßen Temperaturfühlers innerhalb
eines Frequenzbands eingestellt werden kann, das sich von dem der
Vibrationen unterscheidet, die in einer Umgebung erzeugt werden,
in der der Temperaturfühler
eingebaut ist, kann der Temperaturfühler, selbst bei Verwendung
in einer Umgebung, welche einen großen Abstand zwischen dem Fühler-Aufnahmesitz
und der Temperaturdetektionsposition mit sich bringt, frei von durch
Resonanz verursachtem Draht- oder Metallrohrbruch sein.
-
Das
Mittel für
das Miteinanderverbinden des Metallrohrs und des Verbindungsteils
des Befestigungselements unterliegt keiner bestimmten Beschränkung. Beispiele
für brauchbare
Verbindungsmittel umfassen Crimpen, Laserschweißen, Plasmaschweißen, Argonbogenschweißen, Elektronenstrahlschweißen und
Hartlöten.
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Bei
dem oben beschriebenen Temperaturfühler (5), wie er in einer bevorzugten
Ausführung
(6) beschrieben wird, beträgt
die längsgerichtete
(axiale) Länge
des vibrationsfesten Verstärkungsteils
vorzugsweise 20% bis 60% der vorstehenden Länge des vorderen Endes.
-
Durch
Ausbilden des vibrationsfesten Verstärkungsteils, so dass dessen
Länge in
Längsrichtung
20% oder mehr der vorstehenden Länge
des vorderen Endes beträgt,
wird die Festigkeit des Befestigungselements zuverlässig verbessert,
so dass das Befestigungselement das Metallrohr gegenüber Vibrationen
besser festhalten kann. Der Temperaturfühler mit einem solchen vibrationsfesten
Verstärkungsteil
kann so hergestellt werden, dass er zuverlässig eine Resonanzfrequenz
aufweist, die sich von der eines Temperaturfühlers ohne vibrationsfesten
Verstärkungsteil
unterscheidet.
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Durch
Ausbilden des vibrationsfesten Verstärkungsteils in solcher Art,
dass seine Länge
in Längsrichtung
60% oder weniger der vorstehenden Länge des vorderen Endes beträgt, wird
ein Verkürzen
des Abstands zwischen dem Befestigungselement und dem temperaturempfindlichen
Element vermieden, wodurch eine Zunahme der Wärmekapazität eines Teils des Temperaturfühlers, der
sich in der Nähe
des temperaturempfindlichen Elements befindet, vermieden wird. Selbst
wenn sich die Temperatur eines Messobjekts abrupt ändert, folgt
dementsprechend eine Temperaturänderung
des temperaturempfindlichen Elements ohne lange Verzögerung der
des Messobjekts, wodurch eine beeinträchtigte Reaktion des Temperaturfühlers verhindert
wird.
-
Da
die Resonanzfrequenz des erfindungsgemäßen Temperaturfühlers innerhalb
eines Frequenzbands eingestellt werden kann, das sich von dem der
Vibrationen unterscheidet, die in einer Umgebung erzeugt werden,
in der der Temperaturfühler
eingebaut ist, kann der Temperaturfühler frei von durch Resonanz verursachtem
Draht- oder Metallrohrbruch sein und eine beeinträchtigte
Reaktion auf eine Temperaturänderung
eines Messobjekts kann verhindert werden, wodurch eine Abnahme der
Detektionsgenauigkeit des Temperaturfühlers verhindert wird.
-
Vorzugsweise
wird die Gesamtlänge
des vibrationsfesten Verstärkungsteils
und des Verbindungsteils in Längsrichtung
auf 70% oder weniger der vorstehenden Länge des vorderen Endes eingestellt,
um zuverlässig
eine Zunahme der Wärmekapazität eines
Teils des Temperaturfühlers
zu vermeiden, der sich in der Nähe des
temperaturempfindlichen Elements befindet, während die Länge des vibrationsfesten Verstärkungsteils
in Längsrichtung
auf 20% bis 60% der vorstehenden Länge des vorderen Endes gesetzt
wird.
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In
einer noch weiteren bevorzugten Ausführung (7) des oben beschriebenen,
das Metallrohr aufweisenden Temperaturfühlers (5) liegt die Differenz
zwischen dem Außendurchmesser
eines Teils des Metallrohrs, der von dem vibrationsfesten Verstärkungsteil
umgeben ist, und dem Innendurchmesser des vibrationsfesten Verstärkungsteils
bei 0 mm bis 0,3 mm.
-
Durch
Festlegen der Differenz zwischen dem Außendurchmesser des Metallrohrs
und dem Innendurchmesser des vibrationsfesten Verstärkungsteils
auf 0,3 mm oder weniger kann das Befestigungselement den Bewegungsbereich
eines Teils des Metallrohrs, der von dem vibrationsfesten Verstärkungsteil
umgeben ist, beschränken.
Im Gegensatz zu einem Temperaturfühler ohne vibrationsfesten
Verstärkungsteil
kann dadurch der Temperaturfühler
mit einem solchen vibrationsfesten Verstärkungsteil eine Resonanzfrequenz
annehmen, die sich von den Vibrationsfrequenzen der Umgebung unterscheidet.
-
Insbesondere
wenn die Differenz zwischen dem Außendurchmesser des Metallrohrs
und dem Innendurchmesser des vibrationsfesten Verstärkungsteils
0 mm beträgt,
liegen die innere Umfangsfläche
des vibrationsfesten Verstärkungsteils
und die äußere Umfangsfläche des
Metallrohrs aneinander an. Dementsprechend kann das Befestigungselement
die Bewegung des Metallrohrs nicht nur an dem Verbindungsteil, sondern
auch an dem vibrationsfesten Verstärkungsteil beschränken, so
dass das Befestigungselement das Metallrohr zuverlässig halten
kann.
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In
einer noch weiteren bevorzugten Ausführung (8) sind bei dem oben
beschriebenen Temperaturfühler
(5) der Verbindungsteil und der vibrationsfeste Verstärkungsteil
integral mit dem Befestigungsteil ausgebildet.
-
Im
Gegensatz zu einer Ausbildung des Verbindungsteils, des vibrationsfesten
Verstärkungsteils
und des Befestigungselements als separate Elemente kann die integrale
Ausbildung des Verbindungsteils, des vibrationsfesten Verstärkungsteils
und des Befestigungselements die Kosten für die Ausbildungsarbeit senken.
-
Im
Gegensatz zu einer Ausbildung des Verbindungsteils, des vibrationsfesten
Verstärkungsteils
und des Befestigungselements als separate Elemente und dann deren
Miteinanderverbinden kann die integrale Ausbildung des Verbindungsteils,
des vibrationsfesten Verstärkungsteils
und des Befestigungselements die Festigkeit bezüglich der Verbindung zwischen
dem Verbindungselement und dem vibrationsfesten Verstärkungsteil
und der Verbindung zwischen dem Verbindungsteil und dem vibrationsfesten
Verstärkungsteil
in gutem Zustand halten.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine unvollständige
Schnittansicht, welche den Aufbau eines Temperaturfühlers zeigt,
welcher eine erste erfindungsgemäße Ausführung darstellt.
-
2 ist
eine unvollständige
Schnittansicht, welche den Aufbau eines Temperaturfühlers zeigt,
welcher eine zweite erfindungsgemäße Ausführung darstellt.
-
3 ist
eine unvollständige
Schnittansicht, welche den Aufbau eines Temperaturfühlers zeigt,
welcher eine dritte erfindungsgemäße Ausführung darstellt.
-
4 ist
eine unvollständige
Schnittansicht, welche den Aufbau eines Temperaturfühlers zeigt,
welcher eine vierte erfindungsgemäße Ausführung darstellt.
-
5 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche den Kegelwinkel á eines Aufnahmesitzes eines
Befestigungselements und einen Kegelwinkel β eines Kegelteils eines Fühler-Aufnahmesitzes
zeigt.
-
Beschreibung der Bezugszeichen:
-
Zur
Kennzeichnung verschiedener baulicher Merkmale in den Zeichnungen
verwendete Bezugszeichen umfassen die folgenden:
-
- 1
- Temperaturfühler
- 2
- Thermistorelement
- 4
- Befestigungselement
- 7
- Metallkerndraht
- 8
- Mantelelement
- 11
- Crimpanschluss
- 12
- Anschlussleitung
- 14
- Metallabdeckung
- 43
- Verbindungsteil
- 45
- Aufnahmesitz
- 47
- vibrationsfester
Verstärkungsteil
- 48
- Dichtring
- 101
- zweiter
Temperaturfühler
- 104
- zweites
Befestigungselement
- 108
- zweites
Mantelelement
- 114
- Metallrohr
- 143
- zweites
Verbindungsteil
- 147
- zweiter
vibrationsfester Verstärkungsteil
- 201
- dritter
Temperaturfühler
- 204
- drittes
Befestigungselement
- 243
- drittes
Verbindungsteil
- 245
- drittes
Befestigungselement
- 247
- dritter
vibrationsfester Verstärkungsteil
- 301
- vierter
Temperaturfühler
- 304
- viertes
Befestigungselement
- 343
- viertes
Verbindungsteil
- 345
- vierter
Aufnahmesitz
- 347
- vierter
vibrationsfester Verstärkungsteil
-
EINGEHENDE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
-
Als
Nächstes
werden bevorzugte Ausführungen
der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung sollte aber nicht als hierauf beschränkt ausgelegt
werden.
-
1 ist
eine unvollständige
Schnittansicht, welche den Aufbau eines Temperaturfühlers 1 nach
einer erfindungsgemäßen Ausführung zeigt.
-
Der
Temperaturfühler 1 umfasst
ein Mantelelement 8, welches ein Paar Metallkerndrähte 7 isoliert
und hält;
eine sich längs
erstreckende rohrförmige
Metallabdeckung 14 mit einem geschlossenen vorderen Ende; und
ein das Mantelelement 8 haltendes Befestigungselement 4.
Die Längsrichtung
des Temperaturfühlers
entspricht in 1 der vertikalen Richtung. Die
Vorderendseite entspricht einer nach unten verlaufenden Seite und
die Hinterendseite des Temperaturfühlers 1 entspricht
einer nach oben verlaufenden Seite in 1.
-
Der
Temperaturfühler 1 weist
ein als temperaturempfindliches Element dienendes Thermistorelement 2 im
Inneren der Metallabdeckung 14 auf. Der Temperaturfühler 1 kann
zum Beispiel an einem Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors, an einem
Wasserstoffrohr eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs oder einem ähnlichen
Strömungsrohr
so angebracht sein, dass das Thermistorelement 2 sich in
dem Strömungsrohr
befindet, durch welches ein Messgas strömt, um so die Temperatur des
Messgases zu detektieren. D.h. der Temperaturfühler 1 entspricht
einem so genannten Fahrzeugtemperaturfühler. Das Thermistorelement 2 ändert seine elektrische
Eigenschaft (elektrischer Widerstand) temperaturabhängig.
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Die
gepaarten Metallkerndrähte 7 sind
durch Widerstandschweißen
an ihren vorderen Enden mit entsprechenden Elektrodendrähten des
Thermistorelements 2 verbunden und sind an ihren hinteren
Enden mit entsprechenden Crimpanschlüssen 11 durch Widerstandschweißen verbunden.
Die hinteren Enden der Metallkerndrähte 7 sind über die
Crimpanschlüsse 11 mit
entsprechenden Anschlussleitungen 12 für den Anschluss mit einem externen
Schaltkreis (z.B. einem elektronischen Steuergerät (ECU) eines Fahrzeugs) verbunden.
-
Die
gepaarten Metallkerndrähte 7 sind
durch ein Isolierrohr 15 voneinander isoliert, welches
auch die gepaarten Crimpanschlüsse 11 voreinander
isoliert. Jede der Anschlussleitungen 12 ist ein mit einem
isolierenden Deckmaterial beschichteter Leiter. Die Anschlussleitungen 12 erstrecken
sich durch einen aus wärmebeständigem Gummi
gebildeten Hilfsring 13.
-
Wenngleich
dies nicht im Detail gezeigt wird, umfasst das Mantelelement 8 eine
Metallhülle;
die aus einem leitenden Metall gebildeten gepaarten Metallkerndrähte 7;
und ein Isolierpulver, welches die Hülle und die beiden Metallkerndrähte 7 voreinander
elektrisch isoliert und die Metallkerndrähte 7 lagert.
-
Die
Metallabdeckung 14 ist aus einem korrosionsbeständigen Metall
(z.B. einer Edelstahllegierung wie SUS316) gebildet und nimmt eine
sich in Längsrichtung
erstreckende Rohrform an, bei welcher ein vorderes Ende 31 geschlossen
ist, während
ein rohrförmiger
Hinterendteil 32 geöffnet
ist. Die Metallabdeckung 14 enthält das Thermistorelement 2 und
ein vibrationsisolierendes Epoxidmaterial 17 in einem vorderen
Endteil derselben. Der Hinterendteil 32 ist durch Crimpen über den
Umfang und Elektronenstrahlschweißen an dem Mantelelement 8 befestigt,
wobei die innere Umfangsfläche
des Hinterendteils 32 über
der äußeren Umfangsfläche des
Mantelelements 8 liegt.
-
Die
Schweißarbeit
bildet eine Abdeckungsschweißzone 64,
welche in den Hinterendteil 32 der Metallabdeckung 14 und
das Mantelelement 8 eindringt (insbesondere die Hülle des
Mantelelements 8).
-
Das
aus Metall gebildete Befestigungselement 4 umfasst einen
Sechskantmutterteil 51, der radial nach außen ragt;
einen Gewindeteil 52; und einen hinteren Mantelteil 42,
der sich vom dem hinteren Ende des Sechskantmutterteils 51 in
Längsrichtung
nach hinten erstreckt. Das Befestigungselement 4 umfasst
weiterhin einen Aufnahmesitz 45, welcher als die vordere
Endfläche
des Sechskantmutterteils 51 ausgebildet ist; einen Verbindungsteil 43,
welcher mit einem Teil des Mantelelements 8 verbunden ist,
der sich bezüglich
des Aufnahmesitzes 45 an der Seite des vorderen Endes befindet;
und einen vibrationsfesten Verstärkungsteil 47,
welcher aus allen radialen Richtungen einen Teil des Mantelelements 8 umgibt,
der zwischen dem Aufnahmesitz 45 und dem Verbindungsteil 43 angeordnet
ist.
-
Das
Befestigungselement 4 trägt das Mantelelement 8,
während
es eine äußere Umfangsfläche des Mantelelements 8 umgibt,
wobei mindestens die Metallabdeckung 14 und ein vorderer
Endteil des Mantelelements 8 gegenüber dessen Äußeren freiliegen.
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Das
Befestigungselement 4 ist an einem an einem Strömungsrohr
ausgebildeten Fühler-Aufnahmesitz befestigt,
während
ein aus elastischem Material (z.B. wärmebeständiger Gummi) ausgebildeter
ringförmiger Dichtring 48 an
der Vorderendseite des Aufnahmesitzes 45 liegt. Der Aufnahmesitz 45 kontaktiert
den Fühler-Aufnahmesitz
(Fühler-Befestigungsfläche) indirekt über den
Dichtring 48, wodurch die Bildung eines Freiraums zwischen
dem Temperaturfühler 1 und
dem Strömungsrohr
verhindert und dadurch das Lecken von Messgas aus dem Strömungsrohr
nach außen
verhindert wird.
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Das
Befestigungselement 4 ist an dem Fühler-Aufnahmesitz durch Greifen
des Gewindeteils 52 mit einer in dem Fühler-Aufnahmesitz ausgebildeten
Gewindebohrung befestigt. Die Position des Befestigungselements 4 an
dem Fühler-Aufnahmesitz
in Bezug auf die Einführrichtung
wird mittels des Aufnahmesitzes 45 ermittelt, welcher über den
Dichtring 48 in indirekten Kontakt mit dem Fühler-Aufnahmesitz kommt.
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Der
Verbindungsteil 43 nimmt eine Ringform an, um Einführen des
Mantelelements 8 durch diesen zu ermöglichen, und ist mit dem Mantelelement 8 verbunden,
wobei er das Mantelelement 8 aus allen radialen Richtungen
umgibt. Der Verbindungsteil 43 weist eine dünne Wandstärke (Differenz
zwischen dem Außendurchmesser
und dem Innendurchmesser) auf, so dass er bei Crimpen verformbar
ist.
-
Der
hintere Mantelteil 42 nimmt eine zweistufige Ringform an,
welche aus einem ersten gestuften Teil 44 und einem zweiten
gestuften Teil 46 besteht, der sich hinter dem ersten gestuften
Teil 44 befindet und einen kleineren Außendurchmesser als der erste
gestufte Teil 44 aufweist.
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Der
zweite gestufte Teil 46 weist eine dünne Wandstärke (Differenz zwischen dem
Außendurchmesser und
dem Innendurchmesser) auf, so dass er bei Crimpen verformbar ist.
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Nach
Einführen
des Mantelelements 8 durch das Befestigungselement 4 wird
das Befestigungselement 4 am Verbindungsteil 43 und
dem zweiten gestuften Teil 46 einem radial nach innen gerichteten
Crimpen und Elektronenstrahlschweißen unterzogen, um dadurch
bei gleichzeitigem Umgeben einer Außenumfangsfläche des
Mantelelements 8 das Mantelelements 8 zu halten.
D.h. das Mantelelement 9 wird dank des Verbindens mit dem
Verbindungsteil 43 und dem zweiten gestuften Teil 46 an
dem Befestigungselement 4 befestigt.
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Die
Schweißarbeit
bildet eine vorderendseitige Schweißzone 62, welche in
den Verbindungsteil 43 und den Mantelteil 8 eindringt
(genauer die Hülle
des Mantelelements 8), und eine hinterendseitige Schweißzone (Lagerteil) 63,
welche in den zweiten gestuften Teil 46 und das Mantelelement 8 eindringt
(genauer die Hülle des
Mantelelements 8).
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Weiterhin
wird die relative Position zwischen dem Befestigungselement 4 und
dem Mantelelement 8 so festgelegt, dass eine vorstehende
Länge L1
des vorderen Endes, in Längsrichtung
zwischen dem Aufnahmesitz 45 des Befestigungselements 4 und
dem vorderen Ende der Metallabdeckung 14 gemessen, 45 mm wird.
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Der
vibrationsfeste Verstärkungsteil 47 nimmt
eine Ringform an, um Einführen
des Mantelelements 8 durch diesen zu ermöglichen.
Wenn das Mantelelement 8 an dem Befestigungselement 4 angebracht
ist, umgibt der vibrationsfeste Verstärkungsteil 47 das
Mantelelement 8 aus allen radialen Richtungen und beschränkt den
Bewegungsbereich des Mantelelements 8.
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Der
Innendurchmesser des vibrationsfesten Verstärkungsteils 47, gemessen
an einem Querschnitt desselben senkrecht zur Längsrichtung, wird bei 2,6 mm
festgelegt, was 0,1 mm mehr als der Außendurchmesser (2,5 mm) des
Mantelelements 8, gemessen an einem Querschnitt desselben
senkrecht zur Längsrichtung,
ist.
-
Der
Außendurchmesser
des vibrationsfesten Verstärkungsteils 47,
gemessen an einem Querschnitt desselben senkrecht zur Längsrichtung,
beträgt
5,0 mm, was größer als
der maximale Außendurchmesser
(3,2 mm) des Verbindungsteils 43 und kleiner als der maximale
Außendurchmesser
(15,0 mm) des Aufnahmesitzes 45 ist.
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Die
Länge des
vibrationsfesten Verstärkungsteils 47 in
Längsrichtung
(nachstehend auch als die „Verstärkungsteillänge L2" bezeichnet) wird
bei 9,0 mm festgelegt.
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Mit
dem maximalen Außendurchmesser
des Aufnahmesitzes 45 ist der Durchmesser eines größten Kreises,
der eine maximale Querschnittgeometrie des Aufnahmesitzes 45 senkrecht
zur Längsrichtung
umschreibt, gemeint und entspricht in der vorliegenden Ausführung dem
Durchmesser des größten Kreises,
der eine Querschnittgeometrie des Sechskantmutterteils 51 senkrecht
zur Längsrichtung
umschreibt. Der Außendurchmesser
des Verbindungsteils 43, gemessen an einer Crimpposition,
wird aufgrund einer durch das Crimpen verursachten Verformung auf
3,0 mm reduziert.
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Ein
aus Metall gebildetes rohrförmiges
Verbindungselement 6 wird radial aus einer Außenrichtung
mit dem ersten gestuften Teil 44 des hinteren Mantelteils 42 des
Befestigungselements 4 verbunden. Im Einzelnen wird das
Verbindungselement 6 an den ersten gestuften Teil 44 des
hinteren Mantelteils 42 angepresst, so dass eine innere
Umfangsfläche
des Verbindungselements 6 über einer äußeren Umfangsfläche des
ersten gestuften Teils 44 des hinteren Mantelteils 42 liegt.
Dann werden das Verbindungselement 6 und der erste gestufte
Teil 44 in einem verbundenen Zustand einem Laserschweißen über den
Umfang unterzogen. Dieses Laserschweißen bildet eine Verbindungsschweißzone 61,
welche in den ersten gestuften Teil 44 des hinteren Mantelteils 42 und
das Verbindungselement 6 eindringt.
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Während es
darin die Crimpanschlüsse 11,
das Isolierrohr 15 und einen Hilfsring 13 aufnimmt,
wird das Verbindungselement 6 an seinem dem Hilfsring 13 entsprechenden
Teil einem radial nach innen gerichteten oder polygonalen Crimpen
unterzogen. Auf diese Weise wird das Verbindungselement 6 mit
dem Hilfsring 13 verpresst, während Gasdichte gewahrt wird.
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Ein
mit dem Temperaturfühler 1 über die
Anschlussleitungen 12 verbundener externer Schaltkreis
detektiert eine elektrische Eigenschaft des Thermistorelements 2,
die sich abhängig
von der Temperatur eines Messobjekts ändert, und ermittelt die Temperatur
des Messgases auf der Grundlage der detektierten elektrischen Eigenschaft.
Auf diese Weise wird der Temperaturfühler 1 mit dem externen
Schaltkreis verbunden und wird für
das Detektieren der Temperatur genutzt.
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Da
wie vorstehend beschrieben der Temperaturfühler 1 gemessen zwischen
dem Aufnahmesitz 45 und dem vorderen Ende der Metallabdeckung 14 eine
lange vorstehende Länge
L1 des vorderen Endes von 45 mm aufweist, kann der Temperaturfühler 1 in
einer Umgebung eingesetzt werden, welche einen langen Abstand zwischen
dem Fühler-Aufnahmesitz
und einer Temperaturdetektionsposition mit sich bringt. Selbst wenn im
Einzelnen der Temperaturfühler 1 bei
einem Strömungsrohr
mit einem großen
Durchmesser eingesetzt wird, kann das Thermistorelement 2 im
Wesentlichen an der Mittenposition des Strömungsrohrs angeordnet werden,
so dass der Temperaturfühler 1 die
Temperatur eines Messgases günstig
im Wesentlichen an der Mittenposition des Strömungsrohrs detektieren kann.
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Da
das Befestigungselement 4 des Temperaturfühlers 1 zwischen
dem Aufnahmesitz 45 und dem Verbindungsteil 43 einen
vibrationsfesten Verstärkungsteil 47 aufweist,
kann im Gegensatz zu einem herkömmlichen
Befestigungselement ohne vibrationsfesten Verstärkungsteil das Befestigungselement 4 einen
in Längsrichtung
langen Teil des Mantelelements 8 umgeben. Verglichen mit
einem herkömmlichen
Befestigungselement kann das Befestigungselement 4 dementsprechend
den Bewegungsbereich des Mantelelements 8 stärker beschränken, so
dass die Vibrationseigenschaft des Mantelelements 8 abgeändert werden
kann.
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Da
der vibrationsfeste Verstärkungsteil 47 einen
Außendurchmesser
aufweist, der größer als
der maximale Außendurchmesser
des Verbindungsteils 43 ist, weist der vibrationsfeste
Verstärkungsteil 47 eine
größere Wandstärke als
der Verbindungsteil 43 auf und verfügt dadurch über größere Festigkeit. Dadurch weist das Befestigungselement 4 mit
dem vibrationsfesten Verstärkungsteil 47 eine
Gesamtfestigkeit auf, die größer ist
als die eines Befestigungselements ohne vibrationsfesten Verstärkungsteil
oder eines Befestigungselements, bei welchem ein Verbindungsteil
ohne Verwendung eines vibrationsfesten Verstärkungsteils lediglich in Längsrichtung
gestreckt ist. Dadurch kann das Befestigungselement 4 das
Mantelelement 8 gegenüber
Vibrationen besser festhalten.
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Dementsprechend
kann der Temperaturfühler 1 eine
Resonanzfrequenz aufweisen, die sich von der eines Temperaturfühlers, dessen
Befestigungselement keinen vibrationsfesten Verstärkungsteil
aufweist, unterscheidet. Die Resonanzfrequenz des Temperaturfühlers 1 kann
innerhalb eines Frequenzbands festgelegt werden, welches sich von
einem Frequenzband (z.B. 0 kHz bis 1 kHz) der in einem Strömungsrohr
erzeugten Vibrationen unterscheidet, worauf die vorliegende Ausführung gerichtet
ist.
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Da
der vibrationsfeste Verstärkungsteil 47 einen
Außendurchmesser
hat, der kleiner als der maximale Außendurchmesser des Aufnahmesitzes 45 ist,
beeinträchtigt
der vibrationsfeste Verstärkungsteil 47 nicht
den Fühler-Aufnahmesitz,
wenn der Temperaturfühler 1 auf
einen Fühler-Aufnahmesitz
eines Strömungsrohrs
gesetzt werden soll. Demgemäß kann der
Temperaturfühler 1 bei
Anwendungen eingesetzt werden, die Anwendungen unter Verwendung
eines herkömmlichen
Temperaturfühlers
ohne vibrationsfesten Verstärkungsteil ähneln.
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Da
die Resonanzfrequenz des Temperaturfühlers 1 innerhalb
eines Frequenzbands eingestellt werden kann, das sich von den Vibrationen unterscheidet,
die in einer Umgebung erzeugt werden, in der der Temperaturfühler 1 eingebaut
ist, kann der Temperaturfühler 1,
selbst bei Verwendung des Temperaturfühlers 1 in einer Umgebung,
welche einen großen
Abstand zwischen einem Fühler-Aufnahmesitz
und einer Temperaturdetektionsposition mit sich bringt, frei von
durch Resonanz verursachtem Draht- oder Mantelelementbruch sein.
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Bei
dem Temperaturfühler 1 wird
der Innendurchmesser des vibrationsfesten Verstärkungsteils 47 auf 2,6
mm festgelegt, so dass die Differenz zwischen dem Innendurchmesser
des vibrationsfesten Verstärkungsteils 47 und
dem Außendurchmesser
(2,5 mm) des Mantelelements 8 0,1 mm beträgt.
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Demgemäß kann der
vibrationsfeste Verstärkungsteil 47 das
Mantelelement 8 aus allen radialen Richtungen umgeben,
so dass der Freiraum zwischen der inneren Umfangsfläche desselben
und der äußeren Umfangsfläche des
Mantelelements 8 0,05 mm beträgt (was der halben Durchmesserdifferenz
entspricht). Daher kann der Bewegungsbereich des eines Teils des
Mantelelements 8, der von dem vibrationsfesten Verstärkungsteil 47 umgeben
ist, innerhalb eines bestimmten Bereichs beschränkt werden. Im Gegensatz zu
dem Fall, da der Bewegungsbereich nicht beschränkt ist, verstärkt dies
die Vibrationseigenschaft des Mantelelements 8 und die
Vibrationsfestigkeit des Temperaturfühlers.
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Es
wurden mehrere Temperaturfühler
mit einem Aufbau ähnlich
dem des Temperaturfühlers 1 und
die vibrationsfesten Verstärkungsteile 47 verschiedener
Verstärkungsteillängen L2
hinsichtlich Vibrationsbeständigkeit
beurteilt. Die Ergebnisse der Beurteilung werden nachstehend beschrieben.
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Die
Beurteilung wurde wie folgt an jedem der Temperaturfühler vorgenommen.
Während
die Metallabdeckung 14 (bzw. insbesondere das Thermistorelement 2)
so erwärmt
wurde, dass der Temperaturfühler 1 einen
Widerstand entsprechend 850°C
annahm, wurde auf den Temperaturfühler 1 Vibration ausgeübt. Die
Dauerfestigkeit (Normalbetriebsdauer), während der der Temperaturfühler 1 Temperatur
normal detektieren konnte, wurde gemessen. Es wurden auf den Temperaturfühler 1 Vibrationen
in einem Vibrationsfrequenzband von 0 Hz bis 3.000 Hz ausgeübt, während die
Vibrationsfrequenz wiederholt bei einer Rate von 1 Hz/sek. zwischen einem
unteren Grenzwert von 0 Hz und einem oberen Grenzwert von 3.000
Hz geändert
wurde. Um Vibrationen bei einer Beschleunigung von 20 G auf den
Temperaturfühler 1 auszuüben, wurde
ein Schwingungserreger verwendet.
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Diese
Beurteilung maß eine
Normalbetriebsdauer zwischen dem Beginn der Ausübung von Vibrationen auf den
Temperaturfühler 1 und
dem Eintreten eines Bruchs des elektrischen Wegs in dem Temperaturfühler 1 oder
einer Rissbildung oder eines Brechens der Hülle des Mantelelements 8.
Der Mantelelementbruch wurde visuell bestätigt. Um das Auftreten eines
Bruchs in dem elektrischen Weg im Temperaturfühler 1 zu detektieren,
wurden das Thermistorelement 2 und ein fester Widerstand
(im Äußeren des
Temperaturfühlers 1 eingebaut)
in Reihe geschaltet, um eine spannungsteilende Schaltung zu bilden.
An der spannungsteilenden Schaltung wurde eine Spannung von 5 V
angelegt. Bei Abgabe von 5 V von einem spannungsteilenden Punkt wurde
geurteilt, dass ein Bruch des elektrischen Wegs eingetreten war.
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Die
so beurteilten Temperaturfühler
wurden entsprechend der vorstehenden Länge L1 ihres vorderen Endes
in zwei Typen unterteilt; d.h. L1 war 20 mm oder 45 mm. Die zu jedem
Typ von vorstehender Länge
L1 des vorderen Endes gehörenden
Temperaturfühler
wurden weiterhin entsprechend der Verstärkungsteillänge L2 des vibrationsfesten
Verstärkungsteils 47 in
sechs Typen gruppiert; d.h. L2 wurde auf 0%, 10%, 20%, 40%, 60%
oder 70% der vorstehenden Länge
des vorderen Endes festgelegt. D.h. es wurden zwölf (12) Arten von Temperaturfühlern beurteilt.
Die Temperaturfühler,
deren vibrationsfeste Verstärkungsteile 47 eine
Verstärkungsteillänge L2 gleich
0% der vorstehenden Länge
L1 des vorderen Endes hatten, sind Temperaturfühler, die nur einen Verbindungsteil,
aber keinen vibrationsfesten Verstärkungsteil aufwiesen, und wurden
als Vergleichsbeispiele beurteilt.
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Die
Beständigkeit
der jeweiligen Temperaturfühler
gegenüber
Vibration wurde anhand der Ergebnisse der obigen Beurteilung bewertet,
wie in der nachstehenden Tabelle 1 dargestellt wird. Die Markierungen "o", "Δ" und "x" in Tabelle 1 zeigen jeweils eine Normalbetriebsdauer
von 100 Stunden oder mehr, 50 Stunden bis unter 100 Stunden und
unter 50 Stunden an.
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Tabelle
1 Ergebnisse
der Beständigkeitsbeurteilung
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Die
obigen bewerteten Ergebnisse zeigen, dass die Temperaturfühler mit
einer vorstehenden Länge L1
des vorderen Endes von 20 mm und 45 mm und einer Verstärkungsteillänge L2 des
vibrationsfesten Verstärkungsteils 47 von
20% oder mehr der vorstehenden Länge
L1 des vorderen Endes allesamt mit „o" beurteilt werden, also mit einer Normalbetriebsdauer
von 100 Stunden oder mehr. Dies zeigt, dass diese Temperaturfühler eine
große
Beständigkeit
gegenüber
Vibrationen haben und in einer vibrierenden Umgebung über eine lange
Gebrauchsdauer Temperatur ordnungsgemäß detektieren können.
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Temperaturfühler mit
einer Verstärkungsteillänge L2 des
vibrationsfesten Verstärkungsteils 47 von 10%
der vorstehenden Länge
L1 des vorderen Endes wurde als „Δ" beurteilt. Dies zeigt an, dass diese
Temperaturfühler
keine Normalbetriebsdauer von 100 oder mehr Stunden erreichen konnten,
aber im Gegensatz zu einem herkömmlichen
Temperaturfühler
ohne vibrationsfesten Verstärkungsteil
(ein Temperaturfühler,
dessen Verstärkungsteillänge L2 0%
der vorstehenden Länge
L1 des vorderen Endes ist) eine hohe Beständigkeit gegenüber Vibrationen
aufweisen.
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Daher
zeigen die obigen Ergebnisse auf, dass der Einsatz einer Verstärkungsteillänge L2 des
vibrationsfesten Verstärkungsteils 47 gleich
20% oder mehr der vorstehenden Länge
L1 des vorderen Endes die Beständigkeit
eines Temperaturfühlers
gegenüber
Vibrationen verbessern und einen Temperaturfühler an die Hand geben kann,
welcher in einer vibrierenden Umgebung eine lange Betriebsdauer
aufweist.
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Wenn
der Abstand zwischen dem Thermistorelement 2 und dem Befestigungselement 4 infolge
einer Zunahme der Verstärkungsteillänge L2 des
vibrationsfesten Verstärkungsteils 47 kurz
wird, nimmt der Einfluss der Temperatur des Befestigungselements 4 auf
die Temperaturdetektion durch das Thermistorelement 2 zu. Dies
kann die Reaktionsgeschwindigkeit des Thermistorelements 2 verringern.
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Um
eine Verringerung der Reaktionsgeschwindigkeit der Temperaturdetektion
zu verhindern, wird der Abstand zwischen dem Thermistorelement 2 und
dem Befestigungselement 4 wünschenswerterweise auf einen
bestimmten Wert oder darüber
gesetzt, und die Verstärkungsteillänge L2 des
vibrationsfesten Verstärkungsteils 47 wird
auf 60% oder weniger der vorstehenden Länge L1 des vorderen Endes gesetzt.
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Durch
Setzen der Verstärkungsteillänge L2 auf
60% oder weniger der vorstehenden Länge L1 des vorderen Endes kann
eine Verringerung des Abstands zwischen dem Befestigungselement 4 und
dem Thermistorelement 2 vermieden werden und dadurch eine
Zunahme der Wärmekapazität eines
Teils des Temperaturfühlers,
der sich in der Nähe
des Thermistorelements 2 befindet, vermieden werden. Selbst
wenn sich die Temperatur eines Messgases abrupt ändert, folgt dementsprechend
eine Temperaturänderung
des Thermistorelements 2 ohne lange Verzögerung der
des Messgases, wodurch eine beeinträchtigte Reaktion des Temperaturfühlers verhindert
wird.
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Die
obige Ausführung
(nachstehend als „erste
Ausführung" bezeichnet) wird
unter Verweis auf einen Temperaturfühler mit einer Metallabdeckung
beschrieben, welche einen vorderen Endteil des Mantelelements bedeckt.
Die vorliegende Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt.
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Als
Nächstes
wird ein zweiter Temperaturfühler
nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung beschrieben.
Der zweite Temperaturfühler
umfasst ein Metallrohr, das den gesamten Teil eines Mantelelements
bedeckt, das sich bezogen auf ein Befestigungselement an der Vorderendseite
befindet.
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2 ist
eine unvollständige
Schnittansicht, welche den Aufbau eines zweiten, ein Metallrohr
aufweisenden Temperaturfühlers 101 zeigt.
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Der
zweite Temperaturfühler 101 umfasst
ein zweites Mantelelement 108, welches ein Paar Metallkerndrähte 7 isoliert
und hält;
ein sich in Längsrichtung
erstreckendes Metallrohr 114 mit einem geschlossenen vorderen
Ende; und ein zweites Befestigungselement 104, welches
das Metallrohr 114 hält.
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Der
zweite Temperaturfühler 101 weist
ein als temperaturempfindliches Element dienendes Thermistorelement 2 im
Inneren des Metallrohrs 114 auf. Der zweite Temperaturfühler 101 kann
zum Beispiel an einem Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors, an einem
Wasserstoffrohr eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs oder einem ähnlichen
Strömungsrohr
so angebracht werden, dass das Thermistorelement 2 sich
in dem Strömungsrohr
befindet, durch welches ein Messgas strömt, um so die Temperatur des
Messgases zu detektieren. Das Thermistorelement 2 ändert seine
elektrische Eigenschaft (seinen elektrischen Widerstand) temperaturabhängig.
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Die
gepaarten Metallkerndrähte 7 sind
durch Widerstandschweißen
an ihren vorderen Enden mit entsprechenden Elektrodendrähten des
Thermistorelements 2 verbunden und sind an ihren hinteren
Enden mit entsprechenden Crimpanschlüssen 11 durch Widerstandschweißen verbunden.
Die hinteren Enden der Metallkerndrähte 7 sind über die
Crimpanschlüsse 11 mit
entsprechenden Anschlussleitungen 12 für den Anschluss an einen externen
Schaltkreis (z.B. ein elektronisches Steuergerät (ECU) eines Fahrzeugs) verbunden.
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Wie
bei dem Temperaturfühler 1 umfasst
der zweite Temperaturfühler 101 das
Isolierrohr 15, die Anschlussleitungen 12, den
Hilfsring 13 und das Verbindungselement 6. Bestandteile
des zweiten Temperaturfühlers 101,
welche denen des Temperaturfühlers 1 der
ersten Ausführung ähneln, werden
mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und auf ihre wiederholte
Beschreibung wird verzichtet.
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Wenngleich
dies im Detail nicht gezeigt wird, ist das zweite Mantelelement 108 von
der Konfiguration her ähnlich
dem Mantelelement 8 der ersten Ausführung, da beide eine Hülle, ein
Paar Metallkerndrähte 7 und ein
Isolierpulver umfassen, unterscheiden sich aber darin, dass dessen
Außendurchmesser
größer als
der des Mantelelements 8 der ersten Ausführung ist.
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Das
Metallrohr 114 wird durch Tiefziehen aus einem korrosionsbeständigen Metallblech
(z.B. einer Edelstahllegierung wie SUS316) gebildet und nimmt eine
sich in Längsrichtung
erstreckende Rohrform an, bei welcher ein vorderer Endteil 131 des
Rohrs geschlossen ist, während
ein hinteren Endteil 132 des Rohrs offen ist. Die Länge des
Metallrohrs 114 in Längsrichtung
wird so festgelegt, dass das Thermistorelement 2 und ein vorderer
Endteil des zweiten Mantelteils 108 in dem vorderen Endteil 131 des
Rohrs untergebracht sind, und zwar so, dass das hintere Endteil 132 des
Rohrs die innere Umfangfläche
des zweiten gestuften Teils 46 des zweiten Befestigungselements 104 berührt.
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Das
Metallrohr 114 enthält
das Thermistorelement 2 und Bindemittel 110. Das
Bindemittel 110 wird um das Thermistorelement 2 gegeben
und verhindert eine schwingende Bewegung des Thermistorelements 2.
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Das
zweite Befestigungselement 104 umfasst einen Sechskantmutterteil 51,
der radial nach außen ragt;
einen Gewindeteil 52; und einen hinteren Mantelteil 42,
der sich von dem hinteren Ende des Sechskantmutterteils 51 in
Längsrichtung
nach hinten erstreckt. Das zweite Befestigungselement 104 umfasst
weiterhin einen Aufnahmesitz 45, welcher als die vordere
Endfläche
des Sechskantmutterteils 51 ausgebildet ist; einen zweiten
Verbindungsteil 143, welcher mit einem Teil des Metallrohrs 114 verbunden
ist, der sich bezüglich
des Aufnahmesitzes 45 an der Seite des vorderen Endes befindet;
und einen zweiten vibrationsfesten Verstärkungsteil 147, welcher
aus allen radialen Richtungen einen Teil des Metallrohrs 114 umgibt,
der zwischen dem Aufnahmesitz 45 und dem zweiten Verbindungsteil 143 angeordnet
ist.
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Eine
sich längs
durch das zweite Befestigungselement 104 erstreckende Durchgangsbohrung
weist einen Durchmesser auf, der größer als der der Durchgangsbohrung
des Befestigungselements 4 der ersten Ausführung ist.
Dadurch lässt
das zweite Befestigungselement 104 ein Einführen des
Metallrohrs 114, dessen Außendurchmesser größer als
der des Mantelelements 8 der ersten Ausführung ist,
durch dieses zu.
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Das
zweite Befestigungselement 104 hält das Metallrohr 114,
während
es eine äußere Umfangsfläche eines
hinteren Teils des Metallrohrs 114 umgibt, wobei mindestens
ein vorderer Endteil des Metallrohrs 114 gegenüber dessen Äußeren freiliegt.
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Das
zweite Befestigungselement 104 ist an einem Fühler-Aufnahmesitz befestigt,
welcher an einem Strömungsrohr
oder dergleichen ausgebildet ist, während der ringförmige Dichtring 48,
welcher aus einem elastischen Material (z.B. wärmebeständigem Gummi) gebildet ist,
an der Vorderendseite des Aufnahmesitzes 45 liegt.
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Das
zweite Befestigungselement 104 ist an dem Fühler-Aufnahmesitz
durch Greifen des Gewindeteils 52 mit einer in dem Fühler-Aufnahmesitz ausgebildeten
Gewindebohrung befestigt. Die Position des zweiten Befestigungselements 104 an
dem Fühler-Aufnahmesitz
in Bezug auf die Einführrichtung
wird mittels des Aufnahmesitzes 45 bestimmt, welcher über den
Dichtring 48 in indirekten Kontakt mit dem Fühler-Aufnahmesitz (Fühler-Befestigungsfläche) kommt.
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Der
zweite Verbindungsteil 143 nimmt eine Ringform an, um Einführen des
Metallrohrs 114 durch diesen zu ermöglichen, und ist mit dem Metallrohr 114 verbunden,
wobei er das Metallrohr 114 aus allen radialen Richtungen
umgibt. Der zweite Verbindungsteil 143 weist eine dünne Wandstärke (Differenz
zwischen dem Außendurchmesser
und dem Innendurchmesser) auf, so dass er bei Crimpen verformbar
ist.
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Der
hintere Mantelteil 42 nimmt eine zweistufige Ringform an,
welche aus dem ersten gestuften Teil 44 und dem zweiten
gestuften Teil 46 besteht, der sich hinter dem ersten gestuften
Teil 44 befindet und einen kleineren Außendurchmesser als der erste
gestufte Teil 44 aufweist. Der zweite gestufte Teil 46 weist
eine dünne
Wandstärke
(Differenz zwischen dem Außendurchmesser
und dem Innendurchmesser) auf, so dass er bei Crimpen verformbar
ist.
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Nach
Einführen
des Metallrohrs 114 durch das zweite Befestigungselement 104 wird
das zweite Befestigungselement 104 am zweiten Verbindungsteil 143 und
dem zweiten gestuften Teil 46 einem radial nach innen gerichteten
Crimpen und Elektronenstrahlschweißen unterzogen, um dadurch
das Metallrohr 114 bei gleichzeitigem Umgeben einer Außenumfangsfläche des
Metallrohrs 114 zu halten. D.h. das Metallrohr 114 wird
dank des Verbindens mit dem zweiten Verbindungsteil 143 und
dem zweiten gestuften Teil 46 an dem zweiten Befestigungselement 104 befestigt.
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Die
Schweißarbeit
bewirkt die Bildung einer zweiten vorderendseitigen Schweißzone 162,
welche in den zweiten Verbindungsteil 143 und das Metallrohr 114 eindringt,
und einer zweiten hinterendseitigen Schweißzone (haltender Teil) 163,
welche in den zweiten gestuften Teil 46 und das Metallrohr 114 eindringt.
-
Bei
dem zweiten Temperaturfühler 101 wird
die relative Position zwischen dem zweiten Befestigungselement 104 und
dem Metallrohr 114 so festgelegt, dass mindestens ein vorderer
Endteil des Metallrohrs 114 gegenüber dem Äußeren des zweiten Befestigungselements 104 freiliegt,
und zwar so, dass die vorstehende Länge L1 des vorderen Endes,
in Längsrichtung
zwischen dem Aufnahmesitz 45 des zweiten Befestigungselements 104 und
dem vorderen Ende 114 des Metallrohrs 114 gemessen,
45 mm wird.
-
Der
zweite Temperaturfühler 101 verwendet
das Metallrohr 114, das zweite Befestigungselement 104 und
das Verbindungselement 6 gemeinsam als Metallumkleidungselement,
und das Thermistorelement 2 ist in einem durch das Metallumkleidungselement
gebildeten geschlossenen Raum untergebracht. Bei dem zweiten Temperaturfühler 101 dringt,
wenn Luft von dessen Außenseite über Innenräume der
Anschlussleitungen 12 in das Innere des Verbindungselements 6 dringt,
die Luft weiter in das Innere des Metallrohrs 114, da das Verbindungselement 6,
das Metallrohr 114 und das zweite Befestigungselement 104 darin
einen geschlossenen Raum bilden.
-
Demgemäß wird im
Inneren der Anschlussleitungen 12 und dem Inneren des Metallrohrs 114 eine
Belüftung
erzeugt. Selbst wenn das Metallrohr 114, das das Thermistorelement 2 enthält, oxidiert
wird, wird eine Verringerung der Sauerstoffkonzentration im Inneren
des Metallrohrs 114 unterdrückt, so dass eine Änderung der
Eigenschaften des Thermistorelements 2 unterbunden werden
kann.
-
Der
zweite vibrationsfeste Verstärkungsteil 147 nimmt
eine Ringform an, um Einführen
des Metallrohrs 114 durch diesen zu ermöglichen. Wenn das Metallrohr 114 an
dem zweiten Befestigungselement 104 angebracht ist, umgibt
der zweite vibrationsfeste Verstärkungsteil 147 das
Metallrohr 114 aus allen radialen Richtungen und beschränkt den
Bewegungsbereich des Metallrohrs 114.
-
Der
Innendurchmesser des zweiten vibrationsfesten Verstärkungsteils 147,
gemessen an einem Querschnitt desselben senkrecht zur Längsrichtung,
wird bei 3,4 mm festgelegt, was 0,1 mm mehr als der Außendurchmesser
(3,3 mm) des Metallrohrs 114, gemessen an einem Querschnitt
desselben senkrecht zur Längsrichtung,
ist.
-
Der
Außendurchmesser
des zweiten vibrationsfesten Verstärkungsteils 147, gemessen
an einem Querschnitt desselben senkrecht zur Längsrichtung, beträgt 6,0 mm,
was größer als
der maximale Außendurchmesser
(4,0 mm) des zweiten Verbindungsteils 143 und kleiner als
der maximale Außendurchmesser (15,0
mm) des Aufnahmesitzes 45 ist.
-
Die
Länge des
zweiten vibrationsfesten Verstärkungsteils 147 (nachstehend
auch als die „Verstärkungsteillänge L2" bezeichnet) in Längsrichtung
wird bei 9,0 mm festgelegt.
-
In
der vorliegenden Ausführung
entspricht der maximale Außendurchmesser
des Aufnahmesitzes 45 dem maximalen Außendurchmesser des Sechskantmutterteils 51.
Der Außendurchmesser
des zweiten Verbindungsteils 142, gemessen an einer Crimpposition,
wird infolge der durch die Crimparbeit verursachten Verformung auf
3,8 mm reduziert.
-
Ein
mit dem zweiten Temperaturfühler 101 über die
Anschlussleitungen 12 verbundener externer Schaltkreis
detektiert eine elektrische Eigenschaft des Thermistorelements 2,
die sich abhängig
von der Temperatur eines Messobjekts ändert, und ermittelt die Temperatur
des Messgases auf der Grundlage der detektierten elektrischen Eigenschaft.
Auf diese Weise wird der zweite Temperaturfühler 101 mit dem externen Schaltkreis
verbunden und wird für
das Detektieren der Temperatur genutzt.
-
Da
wie vorstehend beschrieben wie bei dem Temperaturfühler 1 der
ersten Ausführung
der zweite Temperaturfühler 101 eine
lange vorstehende Länge
L1 des vorderen Endes aufweist, kann der zweite Temperaturfühler 101 in
einer Umgebung eingesetzt werden, welche einen großen Abstand
zwischen einem Fühler-Aufnahmesitz
und einer Temperaturdetektionsposition mit sich bringt, so dass
der zweite Temperaturfühler 101 die
Temperatur eines Messgases an im Wesentlichen der Mittenposition
eines Strömungsrohrs
detektieren kann.
-
Da
das zweite Befestigungselement 104 des zweiten Temperaturfühlers 101 zwischen
dem Aufnahmesitz 45 und dem zweiten Verbindungsteil 143 den
zweiten vibrationsfesten Verstärkungsteil 147 aufweist, kann
im Gegensatz zu einem herkömmlichen
Befestigungselement ohne vibrationsfesten Verstärkungsteil das zweite Befestigungselement 104 einen
in Längsrichtung
langen Teil des Metallrohrs 114 umgeben. Verglichen mit
einem herkömmlichen
Befestigungselement kann das zweite Befestigungselement 104 dementsprechend den
Bewegungsbereich des Metallrohrs 114 stärker beschränken, so dass die Vibrationseigenschaft
des Metallrohrs 114 abgeändert werden kann.
-
Da
der zweite vibrationsfeste Verstärkungsteil 147 einen
Außendurchmesser
aufweist, der größer als der
maximale Außendurchmesser
des zweiten Verbindungsteils 143 ist, weist der zweite
vibrationsfeste Verstärkungsteil 147 eine
größere Wandstärke als
der zweite Verbindungsteil 143 auf und verfügt dadurch über größere Festigkeit.
Dadurch weist das zweite Befestigungselement 104 mit dem
zweiten vibrationsfesten Verstärkungsteil 147 eine
Gesamtfestigkeit auf, die größer ist
als die eines Befestigungselements ohne vibrationsfesten Verstärkungsteil
oder eines Befestigungselements, bei welchem ein Verbindungsteil
ohne Verwendung eines vibrationsfesten Verstärkungsteils lediglich in Längsrichtung
gestreckt ist. Dadurch kann das zweite Befestigungselement 104 das
Metallrohr 114 gegenüber
Vibrationen besser festhalten.
-
Dementsprechend
kann der zweite Temperaturfühler 101 eine
Resonanzfrequenz aufweisen, die sich von der eines Temperaturfühlers, dessen
Befestigungselement keinen vibrationsfesten Verstärkungsteil
aufweist, unterscheidet. Die Resonanzfrequenz des zweiten Temperaturfühlers 101 kann
innerhalb eines Frequenzbands festgelegt werden, welches sich von
einem Frequenzband (z.B. 0 kHz bis 1 kHz) der in einem Strömungsrohr
erzeugten Vibrationen unterscheidet, worauf die vorliegende Ausführung gerichtet
ist.
-
Da
der zweite vibrationsfeste Verstärkungsteil 147 einen
Außendurchmesser
hat, der kleiner als der maximale Außendurchmesser des Aufnahmesitzes 45 ist,
beeinträchtigt
der zweite vibrationsfeste Verstärkungsteil 147 nicht
den Fühler-Aufnahmesitz, wenn
der zweite Temperaturfühler 101 auf
einen Fühler-Aufnahmesitz eines
Strömungsrohrs
gesetzt werden soll. Demgemäß kann der
zweite Temperaturfühler 101 bei
Anwendungen eingesetzt werden, die Anwendungen unter Verwendung
eines herkömmlichen
Temperaturfühlers ohne
vibrationsfesten Verstärkungsteil ähneln.
-
Da
die Resonanzfrequenz des zweiten Temperaturfühlers 101 innerhalb
eines Frequenzbands eingestellt werden kann, das sich von den Vibrationen
unterscheidet, die in einer Umgebung erzeugt werden, in der der
zweite Temperaturfühler 101 eingebaut
ist, kann der zweite Temperaturfühler 101,
selbst bei Verwendung des zweiten Temperaturfühlers 101 in einer
Umgebung, welche einen großen
Abstand zwischen einem Fühler-Aufnahmesitz
und einer Temperaturdetektionsposition in einem Strömungsrohr
mit sich bringt, frei von durch Resonanz verursachtem Draht- oder
Metallrohrbruch sein.
-
Der
zweite Temperatursensor 101 wird so hergestellt, dass die
Differenz zwischen dem Innendurchmesser des zweiten vibrationsfesten
Verstärkungsteils 147 und
dem Außendurchmesser
des Metallrohrs 114 0,1 mm beträgt.
-
Demgemäß kann der
zweite vibrationsfeste Verstärkungsteil 147 das
Metallrohr 114 aus allen radialen Richtungen umgeben, so
dass der Freiraum zwischen der inneren Umfangsfläche desselben und der äußeren Umfangsfläche des
Metallrohrs 114 0,05 mm beträgt (was der halben Durchmesserdifferenz
entspricht). Daher kann der Bewegungsbereich eines Teils des Metallrohrs 114,
der von dem zweiten vibrationsfesten Verstärkungsteil 147 umgeben
wird, auf einen bestimmten Bereich beschränkt werden. Im Gegensatz zu
dem Fall, da der Bewegungsbereich nicht beschränkt ist, verbessert dies die
Vibrationseigenschaft des Metallrohrs 114 und die Vibrationsfestigkeit
des Temperaturfühlers.
-
Dementsprechend
kann der zweite Temperaturfühler 101 eine
Resonanzfrequenz aufweisen, die sich von der eines Temperaturfühlers unterscheidet,
der nicht den zweiten vibrationsfesten Verstärkungsteil 147 aufweist,
und kann dadurch frei von resonanzbedingtem Draht- oder Metallrohrbruch
sein.
-
Wie
bei dem Temperaturfühler 1 der
ersten Ausführung
kann ferner durch Festlegen der Verstärkungsteillänge L2 des zweiten vibrationsfesten
Verstärkungsteils 147 gleich
20% oder mehr der vorstehenden Länge L1
des vorderen Endes der zweite Temperaturfühler 101 eine verbesserte
Beständigkeit
gegenüber
Vibrationen aufweisen und kann eine lange Betriebsdauer in einer
vibrierenden Umgebung bieten.
-
Ferner
kann wie beim Temperaturfühler 1 der
ersten Ausführung
durch Festlegen der Verstärkungsteillänge L2 auf
60% oder weniger der vorstehenden Länge L1 des vorderen Endes eine
Verringerung des Abstands zwischen dem zweiten Befestigungselement 104 und
dem Thermistorelement 2 beim zweiten Temperaturfühler 101 vermieden
werden. Bei dem so konfigurierten zweiten Temperaturfühler 101 folgt
eine Temperaturänderung
des Thermistorelements 2 ohne lange Verzögerung der
eines Messgases, wodurch eine beeinträchtigte Reaktion in Verbindung
mit der Temperaturdetektion verhindert wird.
-
Als
Nächstes
wird ein dritter Temperaturfühler 201 nach
einer dritten erfindungsgemäßen Ausführung beschrieben.
Bei dem dritten Temperaturfühler 201 weist
das Befestigungselement keinen Gewindeteil und keinen Sechskantmutterteil
auf, und ein den Gewindeteil und den Sechskantmutterteil aufweisendes
Element wird getrennt von dem Befestigungselement vorgesehen.
-
3 ist
eine unvollständige
Schnittansicht, welche den Aufbau des dritten Temperaturfühlers 201 zeigt.
-
Der
dritte Temperaturfühler 201 umfasst
ein Mantelelement 8, welches das Paar Metallkerndrähte 7 isoliert
und hält;
eine sich längs
erstreckende rohrförmige
Metallabdeckung 14 mit einem geschlossenen vorderen Ende;
und ein das Mantelelement 8 haltendes drittes Befestigungselement 204.
Der dritte Temperaturfühler 201 umfasst
weiterhin ein Mutterelement 205 mit einem Sechskantmutterteil 251 und
einem Gewindeteil 252.
-
Die
Metallkerndrähte 7,
das Mantelelement 8, das Verbindungselement 6,
die Anschlussleitungen 12 u.a. des dritten Temperaturfühlers 201 sind
denen der ersten Ausführung ähnlich.
Gleiche Bestandteile der ersten und dritten Ausführung werden durch gleiche
Bezugszeichen gekennzeichnet und auf eine wiederholte Beschreibung
derselben wird verzichtet.
-
Der
dritte Temperaturfühler 201 weist
ein als temperaturempfindliches Element dienendes Thermistorelement 2 im
Inneren der Metallabdeckung 14 auf. Der dritte Temperaturfühler 201 kann
zum Beispiel an einem Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors so angebracht
sein, dass das Thermistorelement 2 sich in dem Auspuffrohr
befindet, durch welches ein Abgas strömt, und kann zur Detektion
der Temperatur des Abgases genutzt werden.
-
Im
Gegensatz zur ersten Ausführung,
bei welcher das vibrationsisolierende Material 17 in der
Metallabdeckung 14 enthalten ist, enthält der dritte Temperaturfühler 201 in
der Metallabdeckung 14 ein Bindemittel 110 ähnlich dem,
das in der zweiten Ausführung
verwendet wird. Da die Metallabdeckung 14 in einer Hochtemperaturumgebung
eingesetzt wird, deren Temperatur 1.000°C erreicht, wird die Metallabdeckung 14 aus SUS310S
oder einem ähnlichen
wärmebeständigen Metall
gebildet, während
sie eine Form ähnlich
der der ersten Ausführung
einnimmt.
-
Das
dritte Befestigungselement 204 umfasst einen radial nach
außen
ragenden Vorsprung 241; einen dritten vibrationsfesten
Verstärkungsteil 247,
der sich an der Seite des vorderen Endes des Vorsprungs 241 befindet
und sich in Längsrichtung
erstreckt; einen dritten Verbindungsteil 243, der sich
an der Seite des vorderen Endes des dritten vibrationsfesten Verstärkungsteils 247 befindet
und in Längsrichtung
erstreckt; und einen hinteren Mantelteil 42, der sich an
der Seite des hinteren Endes des Vorsprungs 241 befindet
und in Längsrichtung
erstreckt.
-
Das
dritte Befestigungselement 204 trägt das Mantelelement 8,
während
es eine äußere Umfangsfläche des
Mantelelements 8 umgibt, wobei mindestens die Metallabdeckung 14 und
ein vorderer Endteil des Mantelelements 8 gegenüber deren
Außenbereich
freiliegen.
-
Der
Vorsprung 241 ist ringförmig
ausgebildet und weist einen dritten Aufnahmesitz 245 auf,
der an dessen Vorderendseite ausgebildet ist. Der dritte Aufnahmesitz 245 läuft so konisch
zu, dass sein Durchmesser zum vorderen Ende des Vorsprungs 241 hin
abnimmt. Der dritte Aufnahmesitz 245 läuft in entsprechender Beziehung
zu einem Kegelteil eines Fühler-Aufnahmesitzes
eines nicht dargestellten Auspuffrohrs konisch zu. Der Kegelteil
des Fühler-Aufnahmesitzes
läuft so
konisch zu, dass sein Durchmesser nach hinten zunimmt.
-
Wenn
das dritte Befestigungselement 204 an dem Fühler-Aufnahmesitz des
Auspuffrohrs platziert wird, kommt der dritte Aufnahmesitz 245 in
direkten engen Kontakt zu dem Kegelteil des Fühler-Aufnahmesitzes, wodurch
ein Austreten von Abgas aus dem Auspuffrohr heraus verhindert wird.
-
Der
dritte Verbindungsteil 243 nimmt eine Ringform an, um Einführen des
Mantelelements 8 durch diesen zu ermöglichen, und ist mit dem Mantelelement 8 verbunden,
wobei er das Mantelelement 8 aus allen radialen Richtungen
umgibt. Der dritte Verbindungsteil 243 weist eine dünne Wandstärke (Differenz
zwischen dem Außendurchmesser
und dem Innendurchmesser) auf, so dass er bei Crimpen verformbar
ist.
-
Der
hintere Mantelteil 42 nimmt eine zweistufige Ringform an,
welche aus dem ersten gestuften Teil 44 und dem zweiten
gestuften Teil 46 besteht, der sich hinter dem ersten gestuften
Teil 44 befindet und einen kleineren Außendurchmesser als der erste
gestufte Teil 44 aufweist. Der zweite gestufte Teil 46 weist
eine dünne
Wandstärke
(Differenz zwischen dem Außendurchmesser
und dem Innendurchmesser) auf, so dass er bei Crimpen verformbar
ist.
-
Nach
Einführen
des Mantelelements 8 durch das dritte Befestigungselement 204 wird
das dritte Befestigungselement 204 am dritten Verbindungsteil 243 und
dem zweiten gestuften Teil 46 einem radial nach innen gerichteten
Crimpen und Elektronenstrahlschweißen unterzogen, um dadurch
bei gleichzeitigem Umgeben einer Außenumfangsfläche des
Mantelelements 8 das Mantelelements 8 festzuhalten.
D.h. das Mantelelement 9 wird dank des Verbindens mit dem
dritten Verbindungsteil 243 und dem zweiten gestuften Teil 46 an dem
dritten Befestigungselement 204 befestigt.
-
Die
Schweißarbeit
bewirkt das Ausbilden einer dritten vorderendseitigen Schweißzone 262,
welche in den dritten Verbindungsteil 243 und den Mantelteil 8 eindringt
(genauer die Hülle
des Mantelelements 8), und einer dritten hinterendseitigen
Schweißzone 263,
welche in den zweiten gestuften Teil 46 und das Mantelelement 8 eindringt
(genauer die Hülle
des Mantelelements 8).
-
Die
relative Position zwischen dem dritten Befestigungselement 204 und
dem Mantelelement 8 wird so festgelegt, dass mindestens
die Metallabdeckung 14 gegenüber dem Äußeren des dritten Befestigungselements 204 freiliegt,
und zwar so, dass die vorstehende Länge L1 des vorderen Endes,
in Längsrichtung
zwischen dem hinteren Ende des dritten Aufnahmesitz 245 des
dritten Befestigungselements 204 und dem vorderen Ende
der Metallabdeckung 14 gemessen, 45 mm wird.
-
Der
dritte vibrationsfeste Verstärkungsteil 247 nimmt
eine Ringform an, um Einführen
des Mantelelements 8 durch diesen zu ermöglichen.
Wenn das Mantelelement 8 an dem dritten Befestigungselement 204 angebracht
ist, umgibt der vibrationsfeste Verstärkungsteil 247 das
Mantelelement 8 aus allen radialen Richtungen und beschränkt den
Bewegungsbereich des Mantelelements 8.
-
Der
Innendurchmesser des dritten vibrationsfesten Verstärkungsteils 247,
gemessen an einem Querschnitt desselben senkrecht zur Längsrichtung,
wird bei 2,6 mm festgelegt, was 0,1 mm mehr ist als der Außendurchmesser
(2,5 mm) des Mantelelements 8, gemessen an einem Querschnitt
desselben senkrecht zur Längsrichtung.
-
Der
Außendurchmesser
des dritten vibrationsfesten Verstärkungsteils 247, gemessen
an einem Querschnitt desselben senkrecht zur Längsrichtung, beträgt 5,4 mm,
was größer als
der maximale Außendurchmesser
(3,4 mm) des dritten Verbindungsteils 243 und kleiner als
der maximale Außendurchmesser
(10,0 mm) des dritten Aufnahmesitzes 245 ist.
-
Die
Länge des
dritten vibrationsfesten Verstärkungsteils 247 (nachstehend
auch als die „Verstärkungsteillänge L2" bezeichnet) in Längsrichtung
wird bei 9,0 mm festgelegt.
-
Mit
dem maximalen Außendurchmesser
des dritten Aufnahmesitzes 245 ist der Durchmesser des größten Kreises
gemeint, der eine maximale Querschnittgeometrie des dritten Aufnahmesitzes 245 senkrecht zur
Längsrichtung
umschreibt. In der vorliegenden Ausführung entspricht dies dem Durchmesser
eines größten Kreises,
der eine Querschnittgeometrie des dritten Aufnahmesitzes an dem
hinteren Ende dessen Kegelfläche
senkrecht zur Längsrichtung
umschreibt. Der Außendurchmesser
des dritten Verbindungsteils 243, gemessen an einer Crimpposition,
wird aufgrund einer durch das Crimpen verursachten Verformung auf
3,2 mm reduziert.
-
Ein
aus einer Edelstahllegierung gebildetes rohrförmiges Verbindungselement 6 wird
radial aus einer Außenrichtung
mit dem ersten gestuften Teil 44 des hinteren Mantelteils 42 des
dritten Befestigungselements 204 verbunden. Im Einzelnen
wird das Verbindungselement 6 an den ersten gestuften Teil 44 des
hinteren Mantelteils 42 angepresst, so dass eine innere
Umfangsfläche
des Verbindungselements 6 über einer äußeren Umfangsfläche des
ersten gestuften Teils 44 des hinteren Mantelteils 42 liegt.
Dann werden das Verbindungselement 6 und der erste gestufte
Teil 44 in einem verbundenen Zustand einem Laserschweißen über den
Umfang unterzogen. Dieses Laserschweißen bildet eine Verbindungsschweißzone 61,
welche in den ersten gestuften Teil 44 des hinteren Mantelteils 42 und
das Verbindungselement 6 eindringt.
-
Während es
darin die Crimpanschlüsse 11,
das Isolierrohr 15 und den Hilfsring 13 aufnimmt,
wird das Verbindungselement 6 an einem dem Hilfsring 13 entsprechenden
Teil einem radial nach innen gerichteten runden oder polygonalen
Crimpen unterzogen. Auf diese Weise wird das Verbindungselement 6 mit
dem Hilfsring 13 pressverbunden, während Gasdichte gewahrt wird.
-
Während das
Mutterelement 205 drehbar an dem Verbindungselement 6 angebracht
wird, wird das dritte Befestigungselement 204 so an einem
Fühler-Aufnahmesitz
positioniert, dass der dritte Aufnahmesitz 245 an der Kegelfläche des
Fühler-Aufnahmesitzes
anliegt. Anschließend
wird das dritte Befestigungselement 204 an dem Fühler-Aufnahmesitz durch
Greifen des Gewindeteils 252 des Mutterelements 205 mit
einer in dem Fühler-Aufnahmesitz
ausgebildeten Gewindebohrung befestigt. Das dritte Befestigungselement 204 wird mit
anderen Worten befestigt, während
es zwischen dem Mutterelement 205 und der Kegelfläche des
Fühler-Aufnahmesitzes
gehalten wird. Die Position des dritten Befestigungselements 204 an dem
Fühler-Aufnahmesitz
in Bezug auf die Einführrichtung
wird mittels des dritten Aufnahmesitzes 245 bestimmt, welcher
mit der Kegelfläche
des Fühler-Aufnahmesitzes
in Kontakt kommt.
-
Ein
mit dem dritten Temperaturfühler 201 über die
Anschlussleitungen 12 verbundener externer Schaltkreis
detektiert eine elektrische Eigenschaft des Thermistorelements 2,
die sich abhängig
von der Temperatur eines Messobjekts ändert, und ermittelt die Temperatur
des Abgases auf der Grundlage der detektierten elektrischen Eigenschaft.
Auf diese Weise wird der dritte Temperaturfühler 201 mit dem externen
Schaltkreis verbunden und wird für
das Detektieren der Temperatur genutzt.
-
Da
wie vorstehend beschrieben wie bei dem Temperaturfühler 1 der
ersten Ausführung
der dritte Temperaturfühler 201 eine
lange vorstehende Länge
L1 des vorderen Endes aufweist, kann der dritte Temperaturfühler 201 in
einer Umgebung eingesetzt werden, welche einen großen Abstand
zwischen einem Fühler-Aufnahmesitz
und einer Temperaturdetektionsposition mit sich bringt.
-
Da
das dritte Befestigungselement 204 des dritten Temperaturfühlers 201 den
dritten vibrationsfesten Verstärkungsteil 247 aufweist,
kann im Gegensatz zu einem herkömmlichen
Befestigungselement ohne vibrationsfesten Verstärkungsteil das dritte Befestigungselement 204 einen
in Längsrichtung
langen Teil des Mantelelements 8 umgeben. Verglichen mit
einem herkömmlichen
Befestigungselement kann das dritte Befestigungselement 204 dementsprechend
den Bewegungsbereich des Mantelelements 8 stärker beschränken, so dass
die Vibrationseigenschaft des Mantelelements 8 abgeändert werden
kann.
-
Da
der dritte vibrationsfeste Verstärkungsteil 247 einen
Außendurchmesser
aufweist, der größer als der
maximale Außendurchmesser
des dritten Verbindungsteils 243 ist, weist der dritte
vibrationsfeste Verstärkungsteil 247 eine
größere Wandstärke als
der dritte Verbindungsteil 243 auf und verfügt dadurch über größere Festigkeit.
Dadurch weist das dritte Befestigungselement 204 mit dem
dritten vibrationsfesten Verstärkungsteil 247 eine
Gesamtfestigkeit auf, die größer ist
als die eines Befestigungselements ohne vibrationsfesten Verstärkungsteil
oder eines Befestigungselements, bei welchem ein Verbindungsteil
ohne Verwendung eines vibrationsfesten Verstärkungsteils lediglich in Längsrichtung
gestreckt ist. Dadurch kann das dritte Befestigungselement 204 das
Mantelelement 8 gegenüber
Vibrationen besser festhalten.
-
Da
die Resonanzfrequenz des dritten Temperaturfühlers 201 innerhalb
eines Frequenzbands eingestellt werden kann, das sich von dem der
Vibrationen unterscheidet, die in einer Umgebung erzeugt werden, in
der der Temperaturfühler 201 eingebaut
ist, kann der dritte Temperaturfühler 201,
selbst bei Verwendung des dritten Temperaturfühlers 201 in einer
Umgebung, welche einen großen
Abstand zwischen einem Fühler-Aufnahmesitz
und einer Temperaturdetektionsposition in dem Auspuffrohr mit sich
bringt, frei von durch Resonanz verursachtem Draht- oder Mantelelementbruch
sein.
-
Als
Nächstes
wird ein vierter Temperaturfühler 301 nach
einer vierten erfindungsgemäßen Ausführung beschrieben.
Der vierte Temperaturfühler 301 weist
ein Metallrohr und ein Element mit einem Gewindeteil und einem Sechskantmutterteil
auf, das getrennt von einem Befestigungselement vorgesehen wird.
-
4 ist
eine unvollständige
Schnittansicht, welche den Aufbau des vierten Temperaturfühlers 301 zeigt.
-
Der
vierte Temperaturfühler 301 umfasst
ein zweites Mantelelement 108, welches ein Paar Metallkerndrähte 7 isoliert
und hält;
ein sich längs
erstreckendes Metallrohr 114 mit einem geschlossenen vorderen
Ende; und ein das Metallrohr 114 haltendes viertes Befestigungselement 304.
Der vierte Temperaturfühler 301 umfasst
weiterhin ein Mutterelement 205 mit einem Sechskantmutterteil 251 und
einem Gewindeteil 252.
-
Bestandteile
des vierten Temperaturfühlers 301,
welche denen der ersten bis dritten Ausführung ähneln, werden durch gleiche
Bezugszeichen gekennzeichnet und auf eine wiederholte Beschreibung
derselben wird verzichtet.
-
Der
vierte Temperaturfühler 301 weist
ein als temperaturempfindliches Element dienendes Thermistorelement 2 im
Inneren des Metallrohrs 114 auf. Der vierte Temperaturfühler 301 kann
zum Beispiel an einem Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors so angebracht
sein, dass das Thermistorelement 2 sich in dem Abgasrohr
befindet, durch welches ein Abgas strömt, und kann zur Detektion
der Temperatur des Abgases genutzt werden.
-
Der
vierte Temperaturfühler 301 umfasst
Crimpanschlüsse 11,
ein Isolierrohr 15, Anschlussleitungen 12, einen
Hilfsring 13 und ein Verbindungselement 6. Da
diese Bestandteile bereits bezüglich
der vorherigen Ausführungen
beschrieben wurden, wird auf eine wiederholte Beschreibung derselben
verzichtet.
-
Das
vierte Befestigungselement 304 umfasst einen radial nach
außen
ragenden vierten Vorsprung 341; einen vierten vibrationsfesten
Verstärkungsteil 347,
der sich an der Vorderendseite des vierten Vorsprungs 341 befindet
und sich in Längsrichtung
erstreckt; einen vierten Verbindungsteil 343, der sich
an der Vorderendseite des vierten vibrationsfesten Verstärkungsteils 347 befindet
und in Längsrichtung
erstreckt; und einen hinteren Mantelteil 42, der sich an
der Hinterendseite des vierten Vorsprungs 341 befindet
und in Längsrichtung
erstreckt.
-
Eine
sich längs
durch das vierte Befestigungselement 304 erstreckende Durchgangsbohrung
weist einen Durchmesser auf, der größer als der der Durchgangsbohrung
des dritten Befestigungselements 204 der dritten Ausführung ist.
Auf diese Weise lässt
das vierte Befestigungselement 304 ein Einführen des
Metallrohrs 114, dessen Außendurchmesser größer als
der des Mantelelements 8 der dritten Ausführung ist,
durch dieses zu.
-
Das
vierte Befestigungselement 304 hält das Metallrohr 114,
während
es eine äußere Umfangsfläche eines
hinteren Teils des Metallrohrs 114 umgibt, wobei mindestens
ein vorderer Endteil des Metallrohrs 114 gegenüber dessen Äußeren freiliegt.
-
Da
das Metallrohr 114 des vierten Temperaturfühlers 301 in
einer Hochtemperaturumgebung eingesetzt wird, deren Temperatur 1.000°C erreicht,
wird das Metallrohr 114 aus SUS310S oder einem ähnlichen wärmebeständigen Metall
gebildet, während
es eine Form ähnlich
der der zweiten Ausführung
einnimmt.
-
Der
vierte Vorsprung 341 ist ringförmig ausgebildet und weist
einen vierten Aufnahmesitz 345 auf, der an dessen Vorderendseite
ausgebildet ist. Der vierte Aufnahmesitz 345 läuft so konisch
zu, dass sein Durchmesser zum vorderen Ende des vierten Vorsprungs 341 hin
abnimmt. Der vierte Aufnahmesitz 345 läuft in entsprechender Beziehung
zu einem Kegelteil eines Fühler-Aufnahmesitzes
eines nicht dargestellten Auspuffrohrs konisch zu. Der Kegelteil
läuft so
konisch zu, dass sein Durchmesser nach hinten zunimmt.
-
Wenn
das vierte Befestigungselement 304 an dem Fühler-Aufnahmesitz des
Auspuffrohrs platziert wird, kommt der vierte Aufnahmesitz 345 in
direkten engen Kontakt mit dem Kegelteil des Fühler-Aufnahmesitzes, wodurch
ein Austreten von Abgas aus dem Auspuffrohr heraus verhindert wird.
-
Der
vierte Verbindungsteil 343 nimmt eine Ringform an, um Einführen des
Metallrohrs 114 durch diesen zu ermöglichen, und ist mit dem Metallrohr 114 verbunden,
wobei er das Metallrohr 114 aus allen radialen Richtungen
umgibt. Der vierte Verbindungsteil 343 weist eine dünne Wandstärke (Differenz
zwischen dem Außendurchmesser
und dem Innendurchmesser) auf, so dass er bei Crimpen verformbar
ist.
-
Der
hintere Mantelteil 42 nimmt eine zweistufige Ringform an,
welche aus dem ersten gestuften Teil 44 und dem zweiten
gestuften Teil 46 besteht, der sich hinter dem ersten gestuften
Teil 44 befindet und einen kleineren Außendurchmesser als der erste
gestufte Teil 44 aufweist. Der zweite gestufte Teil 46 weist
eine dünne
Wandstärke
(Differenz zwischen dem Außendurchmesser
und dem Innendurchmesser) auf, so dass er bei Crimpen verformbar
ist.
-
Nach
Einführen
des Metallrohrs 114 durch das vierte Befestigungselement 304 wird
das vierte Befestigungselement 304 am vierten Verbindungsteil 343 und
dem zweiten gestuften Teil 46 einem radial nach innen gerichteten
Crimpen und Elektronenstrahlschweißen unterzogen, um dadurch
das Metallrohr 114 bei gleichzeitigem Umgeben einer Außenumfangsfläche des
Metallrohrs 114 zu halten. D.h. das Metallrohr 114 wird dank
des Verbindens mit dem vierten Verbindungsteil 343 und
dem zweiten gestuften Teil 46 an dem vierten Befestigungselement 304 befestigt.
-
Die
Schweißarbeit
bewirkt die Bildung einer vierten vorderendseitigen Schweißzone 362,
welche in den vierten Verbindungsteil 343 und das Metallrohr 114 eindringt,
und einer vierten hinterendseitigen Schweißzone 363, welche
in den zweiten gestuften Teil 46 und das Metallrohr 114 eindringt.
-
Die
relative Position zwischen dem vierten Befestigungselement 304 und
dem Metallrohr 114 wird so festgelegt, dass mindestens
ein Vorderendteil des Metallrohrs 114 gegenüber dem Äußeren des
vierten Befestigungselements 304 freiliegt, und zwar so,
dass die vorstehende Länge
L1 des vorderen Endes, in Längsrichtung
zwischen dem hinteren Ende des vierten Aufnahmesitzes 345 des
vierten Befestigungselements 304 und dem vorderen Ende 114 des
Metallrohrs 114 gemessen, 45 mm wird.
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Der
vierte vibrationsfeste Verstärkungsteil 347 nimmt
eine Ringform an, um Einführen
des Metallrohrs 114 durch diesen zu ermöglichen. Wenn das Metallrohr 114 an
dem vierten Befestigungselement 304 angebracht ist, umgibt
der vierte vibrationsfeste Verstärkungsteil 347 das
Metallrohr 114 aus allen radialen Richtungen und beschränkt den Bewegungsbereich
des Metallrohrs 114.
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Der
Innendurchmesser des vierten vibrationsfesten Verstärkungsteils 347,
gemessen an einem Querschnitt desselben senkrecht zur Längsrichtung,
wird bei 3,4 mm festgelegt, was 0,1 mm mehr als der Außendurchmesser
(3,3 mm) des Metallrohrs 114, gemessen an einem Querschnitt
desselben senkrecht zur Längsrichtung,
ist.
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Der
Außendurchmesser
des vierten vibrationsfesten Verstärkungsteils 347, gemessen
am Querschnitt desselben senkrecht zur Längsrichtung, beträgt 6,0 mm,
was größer als
der maximale Außendurchmesser
(4,0 mm) des vierten Verbindungsteils 343 und kleiner als
der maximale Außendurchmesser
(10,0 mm) des vierten Aufnahmesitzes 345 ist.
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Die
Länge des
vierten vibrationsfesten Verstärkungsteils 347 (nachstehend
auch als die „Verstärkungsteillänge L2" bezeichnet) in Längsrichtung
wird bei 9,0 mm festgelegt.
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Der
maximale Außendurchmesser
des vierten Aufnahmesitzes 345 bedeutet der Durchmesser
eines größten Kreises,
der eine maximale Querschnittgeometrie des vierten Aufnahmesitzes 345 senkrecht
zur Längsrichtung
umschreibt. In der vorliegenden Ausführung entspricht dies dem Durchmesser
eines größten Kreises,
der eine Querschnittgeometrie des vierten Aufnahmesitzes 345 an
dem hinteren Ende dessen Kegelfläche
senkrecht zur Längsrichtung
umschreibt. Der Außendurchmesser
des vierten Verbindungsteils 343, gemessen an einer Crimpposition,
wird aufgrund einer durch das Crimpen verursachten Verformung auf
3,8 mm reduziert.
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Das
aus einer Edelstahllegierung gebildete rohrförmige Verbindungselement 6 wird
radial von außen mit
dem ersten gestuften Teil 44 des hinteren Mantelteils 42 des
vierten Befestigungselements 304 verbunden. Das vierte
Befestigungselement 304 und das Verbindungselement 6 sind
in ähnlicher
Weise wie bei der dritten Ausführung
miteinander verbunden, und auf eine wiederholte Beschreibung derselben
wird verzichtet.
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Während das
Mutterelement 205 drehbar an dem Verbindungselement 6 angebracht
wird, wird das vierte Befestigungselement 304 so an einem
Fühler-Aufnahmesitz
positioniert, dass der vierte Aufnahmesitz 345 an der Kegelfläche des
Fühler-Aufnahmesitzes
anliegt. Anschließend
wird das vierte Befestigungselement 304 ist an dem Fühler-Aufnahmesitz
durch Greifen des Gewindeteils 252 des Mutterelements 205 mit
einer in dem Fühler-Aufnahmesitz
ausgebildeten Gewindebohrung befestigt. D.h. das vierte Befestigungselement 304 wird
befestigt, während
es zwischen dem Mutterelement 205 und der Kegelfläche des
Fühler-Aufnahmesitzes gehalten
wird. Die Position des vierten Befestigungselements 304 an
dem Fühler-Aufnahmesitz
in Bezug auf die Einführrichtung
wird mittels des vierten Aufnahmesitzes 345 bestimmt, welcher
mit der Kegelfläche
des Fühler-Aufnahmesitzes
in Kontakt kommt.
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Ein
mit dem vierten Temperaturfühler 301 über die
Anschlussleitungen 12 verbundener externer Schaltkreis
detektiert eine elektrische Eigenschaft des Thermistorelements 2,
die sich abhängig
von der Temperatur eines Messobjekts ändert, und ermittelt die Temperatur
des Abgases auf der Grundlage der detektierten elektrischen Eigenschaft.
Auf diese Weise wird der vierte Temperaturfühler 301 mit dem externen
Schaltkreis verbunden und wird für
das Detektieren der Temperatur genutzt.
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Da
wie vorstehend beschrieben wie bei dem Temperaturfühler 1 der
ersten Ausführung
der vierte Temperaturfühler 301 eine
lange vorstehende Länge
L1 des vorderen Endes aufweist, kann der vierte Temperaturfühler 301 in
einer Umgebung eingesetzt werden, welche einen großen Abstand
zwischen einem Fühler-Aufnahmesitz
und einer Temperaturdetektionsposition mit sich bringt.
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Da
das vierte Befestigungselement 304 des vierten Temperaturfühlers 301 den
vierten vibrationsfesten Verstärkungsteil 347 aufweist,
kann im Gegensatz zu einem herkömmlichen
Befestigungselement ohne vibrationsfesten Verstärkungsteil das vierte Befestigungselement 304 einen
in Längsrichtung
langen Teil des Metallrohrs 114 umgeben. Verglichen mit
einem herkömmlichen
Befestigungselement kann das vierte Befestigungselement 304 dementsprechend
den Bewegungsbereich des Metallrohrs 114 stärker beschränken, so dass
die Vibrationseigenschaft des Metallrohrs 114 abgeändert werden
kann.
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Da
der vierte vibrationsfeste Verstärkungsteil 347 einen
Außendurchmesser
aufweist, der größer als der
maximale Außendurchmesser
des vierten Verbindungsteils 343 ist, weist der vierte
vibrationsfeste Verstärkungsteil 347 eine
größere Wandstärke als
der vierte Verbindungsteil 343 auf und verfügt dadurch über größere Festigkeit.
Dadurch weist das vierte Befestigungselement 304 mit dem
vierten vibrationsfesten Verstärkungsteil 347 eine
Gesamtfestigkeit auf, die größer ist
als die eines Befestigungselements ohne vibrationsfesten Verstärkungsteil
oder eines Befestigungselements, bei welchem ein Verbindungsteil
ohne Verwendung eines vibrationsfesten Verstärkungsteils lediglich in Längsrichtung
gestreckt ist. Dadurch kann das vierte Befestigungselement 304 das
Metallrohr 114 gegenüber
Vibrationen besser festhalten.
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Da
die Resonanzfrequenz des vierten Temperaturfühlers 301 innerhalb
eines Frequenzbands eingestellt werden kann, das sich von dem der
Vibrationen unterscheidet, die in einer Umgebung erzeugt werden, in
der der vierte Temperaturfühler 301 eingebaut
ist, kann der vierte Temperaturfühler 301,
selbst bei Verwendung des vierten Temperaturfühlers 301 in einer
Umgebung, welche einen großen
Abstand zwischen einem Fühler-Aufnahmesitz
und einer Temperaturdetektionsposition eines Auspuffrohrs mit sich
bringt, frei von durch Resonanz verursachtem Draht- oder Metallrohrbruch
sein.
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Auch
wenn die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die obigen Ausführungen
beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die
vorliegende Erfindung kann in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden,
ohne vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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Zum
Beispiel ist die Differenz zwischen dem Innendurchmesser des vibrationsfesten
Verstärkungsteils und
dem Außendurchmesser
des Mantelteils (oder des Metallrohrs) nicht auf 0,1 mm beschränkt, sondern kann
auf 0,3 mm oder weniger festgelegt werden. Dies kann den Bewegungsbereich
des Mantelelements (oder des Metallrohrs) beschränken, so dass die Resonanzfrequenz
des Temperaturfühlers
geändert
werden kann.
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Die
Differenz zwischen dem Innendurchmesser des vibrationsfesten Verstärkungsteils
und dem Außendurchmesser
des Mantelelements (oder des Metallrohrs) kann auf 0 mm gesetzt
werden, so dass die innere Umfangsfläche des vibrationsfesten Verstärkungsteils
in Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche des Mantelelements
(oder des Metallrohrs) gebracht wird. Dadurch kann der vibrationsfeste
Verstärkungsteil
die Bewegung des Mantelelements (oder des Metallrohrs) beschränken und
kann das Mantelelement (oder das Metallrohr) halten.
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Als
Nächstes
ist das vorstehende Maß L1
des vorderen Endes nicht auf 45 mm beschränkt, sondern kann entsprechend
einer Umgebung eingestellt werden, in der der Temperaturfühler eingebaut
wird (d.h. gemäß dem Abstand
zwischen einem Fühler-Aufnahmesitz
und einer Temperaturdetektionsposition). Die Anwendung der vorliegenden
Erfindung bei einem Temperaturfühler,
der in einer Umgebung eingesetzt wird, in der ein Abstand von 20
mm oder mehr zwischen dem Fühler-Aufnahmesitz
und der Temperaturdetektionsposition liegt, lässt den Temperaturfühler frei
von resonanzbedingtem Draht- oder Mantel- (oder Metallrohr-)bruch
sein.
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Die
Art der Crimparbeit kann rundes Crimpen oder polygonales Crimpen,
beispielsweise Sechskant-Crimpen oder Achtkant-Crimpen, sein. Die
Art der Crimparbeit ist nicht besonders beschränkt, solange die betreffenden
beiden Elemente miteinander verbunden werden.
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Im
Fall eines Befestigungselements mit einem kegelförmigen Aufnahmesitz ist der
Kegelwinkel des Aufnahmesitzes nicht unbedingt gleich dem Kegelwinkel
eines Kegelteils eines Fühler-Aufnahmesitzes.
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Wie
in 5 gezeigt steht á für den Kegelwinkel (Fächerwinkel)
des dritten Aufnahmesitzes 245 des dritten Befestigungselements 204 und β für den Kegelwinkel
(Fächerwinkel)
eines Kegelteils 83 eines Fühler- Aufnahmesitzes 81 eines Auspuffrohrs 85.
Zur einfacheren Darstellung zeigt 5 nur das
dritte Befestigungselement 204, nicht den gesamten Temperaturfühler, sowie
einen vereinfachten Schnitt des Fühler-Aufnahmesitzes 81 des
Auspuffrohrs 85.
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In
dem Fall zum Beispiel, da die Beziehung „á < β" hergestellt wird,
ruht das dritte Befestigungselement 204 auf dem Fühler-Aufnahmesitz 81,
so dass ein vorderer Endteil der Kegelfläche des dritten Aufnahmesitzes 245 an
dem Kegelteil 83 des Fühler-Aufnahmesitzes 81 anliegt.
Da der Durchmesser des anliegenden Teils, gemessen an einem Querschnitt
desselben senkrecht zur Längsrichtung,
klein wird, muss der Außendurchmesser
des vibrationsfesten Verstärkungsteils
klein angesetzt werden. Dies erschwert das Erhalten eines großen Außendurchmessers
des vibrationsfesten Verstärkungsteils,
was zu Problemen beim ausreichenden Anheben der Festigkeit des vibrationsfesten
Verstärkungsteils
führt.
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In
dem Fall dagegen, da die Beziehung „á < β" hergestellt wird,
ruht das dritte Befestigungselement 204 auf dem Fühler-Aufnahmesitz 81,
so dass ein hinterer Endteil der Kegelfläche des dritten Aufnahmesitzes 245 an
dem Kegelteil 83 des Fühler-Aufnahmesitzes 81 anliegt.
Da der Durchmesser des anliegenden Teils, gemessen an einem Querschnitt
desselben senkrecht zur Längsrichtung,
groß wird,
kann für
den vibrationsfesten Verstärkungsteil
ein großer
Außendurchmesser
angesetzt werden.
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Wenn
demgemäß der Kegelwinkel α des Aufnahmesitzes
abweichend vom Kegelwinkel β des
Kegelteils des Fühler-Aufnahmesitzes
angesetzt werden soll, wird das Befestigungselement so ausgelegt,
dass es die Beziehung „α > β" herstellt. Dies erlaubt eine ausreichende Zunahme
der Festigkeit des vibrationsfesten Verstärkungsteils und erlaubt eine Änderung
der Resonanzfrequenz des Temperaturfühlers.
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Das
Befestigungselement ist nicht unbedingt solcher Art, dass der Verbindungsteil
und der vibrationsfeste Verstärkungsteil
integral ausgebildet sind. Das Befestigungselement kann so ausgebildet
sein, dass der Verbindungsteil und der vibrationsfeste Teil zu einem
einzigen Element ausgebildet sind, und dann wird das sich ergebende
Element (zum Beispiel durch Schweißen oder Hartlöten) an
der Seite des Befestigungselements angebracht, an welcher der Aufnahmesitz
ausgebildet ist. Alternativ kann das Befestigungselement so ausgebildet
sein, dass der Verbindungsteil, der vibrationsfeste Verstärkungsteil
und ein Befestigungselement als separate Elemente ausgebildet sind
und dann diese Elemente in geeigneter Weise (zum Beispiel durch Schweißen oder
Hartlöten)
miteinander verbunden werden.
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Der
Aufbau des vibrationsfesten Verstärkungsteils ist nicht auf einen
stufenlosen Aufbau beschränkt. Der
vibrationsfeste Verstärkungsteil
kann einen zwei- oder mehrstufigen Aufbau haben, solange der vibrationsfeste
Verstärkungsteil
einen Durchmesser aufweist, der größer als der maximale Außendurchmesser
des Verbindungsteils und kleiner als der maximale Außendurchmesser
des Aufnahmesitzes ist.
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Diese
Anmeldung beruht auf den japanischen Patentanmeldungen Nr. 2004-194187,
eingereicht am 30. Juni 2004, und 2005-36198, eingereicht am 14.
Februar 2005, wobei die oben genannten Anmeldungen durch Erwähnung in
ihrer Gesamtheit Bestandteil dieser Anmeldung werden.