DE102005030643B4 - Temperaturfühler - Google Patents

Abstract

Temperaturfühler (1), welcher umfasst: ein temperaturempfindliches Element (2) mit einer elektrischen Eigenschaft, die sich temperaturabhängig ändert; ein Mantelelement (8) mit einem Metallkerndraht (7), der an einem vorderen Ende desselben mit dem temperaturempfindlichen Element (2) verbunden ist und an einem hinteren Ende desselben mit einer Anschlussleitung (12) zur Verbindung mit einem externen Schaltkreis verbunden ist; eine Metallabdeckung (14), welche darin das temperaturempfindliche Element (2) aufnimmt und mit einem vorderen Endteil des Mantelelements (8) verbunden ist; ein Befestigungselement (4) mit einem Halterungsteil, welcher das Mantelelement (8) hält, und einem so ausgelegten Aufnahmesitz (45), dass er direkt oder indirekt über ein anderes Element an einem Fühler-Aufnahmesitz anliegt; und einen Verbindungsteil (43) mit einem Außendurchmesser, der kleiner als ein maximaler Außendurchmesser des Aufnahmesitzes (45) ist, wobei der Verbindungsteil (43) mit einem Teil des Mantelelements (8) verbunden ist, der sich näher an der Metallabdeckung (14) als an dem Halterungsteil und dem Aufnahmesitz (45) befindet; gekennzeichnet durch einen vibrationsfesten Verstärkungsteil (47) mit einem Außendurchmesser, der größer als ein maximaler Außendurchmesser des Verbindungsteils (43) und kleiner als der maximale Außendurchmesser des Aufnahmesitzes (45) ist, wobei der vibrationsfeste Verstärkungsteil (47) einen Teil des zwischen dem Aufnahmesitz (45) und dem Verbindungsteil (43) angeordneten Mantelelements (8) umgibt, wobei eine vorstehende Länge (L1) des vorderen Endes, gemessen zwischen dem Aufnahmesitz (45) des Befestigungselements (4) und einem vorderen Ende der Metallabdeckung (14), 20 mm oder mehr beträgt.

Description

• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• 1. Gebiet der Erfindung
• 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.
• 2. Beschreibung des Stands der Technik
• 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 ( JP 2002 350 239 A (4) und JP 2000 162 051 A (1)).
• 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 ( JP 2002 350 239 A (1 und 2)).
• 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.
• Ein Temperaturfühler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der JP 2002 350 239 A bekannt.
• Die DD 275 171 A3 offenbart einen schwinungsgedämpften Messfühler mit einem stab- oder rohrförmigen Schaft eines Messelements als Sonde zur Erfassung von Temparaturen oder Drücken oder anderen Messgrößen strömender Medien, bei dem der Schaft des Messelementes in einem gesonderten Dämpfungs- oder Führungsrohr mit Reibungsführung und definiertem Festpunkt angeordnet ist. Das Dämpfungs- oder Führungsrohr ist als tragendes Element in einer Durchführung eingespannt.
• Aus der DE 23 37 596 A ist ein Wärmefühler zur Messung einer Temperatur in Öfen oder Auspuffrohren von Benzinmotoren bekannt, der ein Zweiloch-Keramikrohr, ein wärmeempfindliches Element, Leitungsdrähte, ein schützendes Isolierrohr und einen Metallfitting umfasst. Das wärmeempfindliche Element ist an einem Ende des Zweiloch-Keramikrohrs vorgesehen. Das schützende Isolierrohr weist einen äußeren Bundring auf. Es ist im innigen Paßsitz auf das Zweiloch-Keramikrohr aufgesetzt. Der Metallfitting ist an dem äußeren Bundring eng befestigt.
• 3. Durch die Erfindung zu lösende Probleme
• 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.
• 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.
• 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).
• In manchen 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.
• ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• 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.
• In einer ersten Ausgestaltung, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst, 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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 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.
• 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.
• 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.
• In einer bevorzugten Ausführung des oben beschriebenen Temperaturfühlers beträgt die längsgerichtete (axiale) Länge des vibrationsfesten Verstärkungsteils 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 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• In einer noch weiteren bevorzugten Ausführung des oben beschriebenen Temperaturfühlers 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.
• 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.
• 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.
• In einer noch weiteren bevorzugten Ausführung des oben beschriebenen Temperaturfühlers sind 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 eine gute Festigkeit bezüglich der Verbindung zwischen dem Befestigungselement und dem vibrationsfesten Verstärkungsteil und der Verbindung zwischen dem Verbindungsteil und dem vibrationsfesten Verstärkungsteil wahren.
• In einer zweiten Ausgestaltung, die Gegenstand des Anspruchs 5 ist, 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.
• Da der Temperaturfühler der obigen Ausgestaltung 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Bei dem oben beschriebenen Temperaturfühler (5), wie er in einer bevorzugten Ausführung 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.
• 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.
• In einer noch weiteren bevorzugten Ausführung des oben beschriebenen, das Metallrohr aufweisenden Temperaturfühlers 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.
• In einer noch weiteren bevorzugten Ausführung sind bei dem oben beschriebenen Temperaturfühler 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.
• Bezugszeichenliste

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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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 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 8 wird dank des Verbindens mit dem Verbindungsteil 43 und dem zweiten gestuften Teil 46 an dem Befestigungselement 4 befestigt.
• Die Schweißarbeit bildet eine vorderendseitige Schweißzone 62, welche in den Verbindungsteil 43 und das Mantelelement 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).
• 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.
• 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.
• 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.
• Die Länge des vibrationsfesten Verstärkungsteils 47 in Längsrichtung (nachstehend auch als die „Verstärkungsteillänge L2” bezeichnet) wird bei 9,0 mm festgelegt.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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. Tabelle 1 Ergebnisse der Beständigkeitsbeurteilung

  Verhältnis (%) von L2 zu L1	Temperaturfühler mit L1 = 20 mm	Temperaturfühler mit L1 = 45 mm
  0	x	X
  10	Δ	Δ
  20	o	o
  40	o	o
  60	o	o
  70	o	o

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 2 ist eine unvollständige Schnittansicht, welche den Aufbau eines zweiten, ein Metallrohr aufweisenden Temperaturfühlers 101 zeigt.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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 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.
• 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 dann 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 143, 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 dann 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Die Länge des vierten vibrationsfesten Verstärkungsteils 347 (nachstehend auch als die „Verstärkungsteillänge L2” bezeichnet) in Längsrichtung wird bei 9,0 mm festgelegt.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Im Fall eines Befestigungselements mit einem kegelförmigen Aufnahmesitz ist der Kegelwinkel des Aufnahmesitzes nicht unbedingt gleich dem Kegelwinkel eines Kegelteils eines Fühler-Aufnahmesitzes.
• 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.
• 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.
• In dem Fall dagegen, da die Beziehung „α > 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (8)

1. Temperaturfühler (1), welcher umfasst: ein temperaturempfindliches Element (2) mit einer elektrischen Eigenschaft, die sich temperaturabhängig ändert; ein Mantelelement (8) mit einem Metallkerndraht (7), der an einem vorderen Ende desselben mit dem temperaturempfindlichen Element (2) verbunden ist und an einem hinteren Ende desselben mit einer Anschlussleitung (12) zur Verbindung mit einem externen Schaltkreis verbunden ist; eine Metallabdeckung (14), welche darin das temperaturempfindliche Element (2) aufnimmt und mit einem vorderen Endteil des Mantelelements (8) verbunden ist; ein Befestigungselement (4) mit einem Halterungsteil, welcher das Mantelelement (8) hält, und einem so ausgelegten Aufnahmesitz (45), dass er direkt oder indirekt über ein anderes Element an einem Fühler-Aufnahmesitz anliegt; und einen Verbindungsteil (43) mit einem Außendurchmesser, der kleiner als ein maximaler Außendurchmesser des Aufnahmesitzes (45) ist, wobei der Verbindungsteil (43) mit einem Teil des Mantelelements (8) verbunden ist, der sich näher an der Metallabdeckung (14) als an dem Halterungsteil und dem Aufnahmesitz (45) befindet; gekennzeichnet durch einen vibrationsfesten Verstärkungsteil (47) mit einem Außendurchmesser, der größer als ein maximaler Außendurchmesser des Verbindungsteils (43) und kleiner als der maximale Außendurchmesser des Aufnahmesitzes (45) ist, wobei der vibrationsfeste Verstärkungsteil (47) einen Teil des zwischen dem Aufnahmesitz (45) und dem Verbindungsteil (43) angeordneten Mantelelements (8) umgibt, wobei eine vorstehende Länge (L1) des vorderen Endes, gemessen zwischen dem Aufnahmesitz (45) des Befestigungselements (4) und einem vorderen Ende der Metallabdeckung (14), 20 mm oder mehr beträgt.
2. Temperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine längsgerichtete Länge des vibrationsfesten Verstärkungsteils (47) 20% bis 60% der vorstehenden Länge (L1) des vorderen Endes beträgt.
3. Temperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz zwischen einem Außendurchmesser des Teils des Mantelelements (8), der von dem vibrationsfesten Verstärkungsteil (47) umgeben ist, und einem Innendurchmesser des vibrationsfesten Verstärkungsteils (47) bei 0 mm bis 0,3 mm liegt.
4. Temperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsteil (43) und der vibrationsfeste Verstärkungsteil (47) integral mit dem Befestigungselement (4) ausgebildet sind.
5. Temperaturfühler (101), welcher umfasst: ein sich axial erstreckendes Metallrohr (114); ein temperaturempfindliches Element (2), das in einem vorderen Endteil des Metallrohrs (114) untergebracht ist und eine elektrische Eigenschaft aufweist, die sich temperaturabhängig ändert; ein Befestigungselement (104) mit einem Halterungsteil, welcher das Metallrohr (114) hält, und einem so ausgelegten Aufnahmesitz (45), dass er direkt oder indirekt über ein anderes Element an einem Fühler-Aufnahmesitz anliegt; einen Verbindungsteil (143) mit einem Außendurchmesser, der kleiner als ein maximaler Außendurchmesser des Aufnahmesitzes (45) ist, wobei der Verbindungsteil (143) mit einem Teil des Metallrohrs (114) verbunden ist, der sich bezogen auf den Aufnahmesitz (45) an einer Seite hin zu einem vorderen Ende des Temperaturfühlers (101) befindet; und einen vibrationsfesten Verstärkungsteil (147) mit einem Außendurchmesser, der größer als ein maximaler Außendurchmesser des Verbindungsteils (143) und kleiner als der maximale Außendurchmesser des Aufnahmesitzes (45) ist, wobei der vibrationsfeste Verstärkungsteil (147) einen Teil des zwischen dem Aufnahmesitz (45) und dem Verbindungsteil (143) angeordneten Metallrohrs (114) umgibt, wobei eine vorstehende Länge des vorderen Endes, gemessen zwischen dem Aufnahmesitz (45) des Befestigungselements (104) und einem vorderen Ende des Metallrohrs (114), 20 mm oder mehr beträgt.
6. Temperaturfühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge des vibrationsfesten Verstärkungsteils (147) in Längsrichtung 20% bis 60% der vorstehenden Länge des vorderen Endes beträgt.
7. Temperaturfühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz zwischen einem Außendurchmesser des Teils des Metallrohrs (114), der von dem vibrationsfesten Verstärkungsteil (147) umgeben ist, und einem Innendurchmesser des vibrationsfesten Verstärkungsteils (147) bei 0 mm bis 0,3 mm liegt.
8. Temperaturfühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsteil (143) und der vibrationsfeste Verstärkungsteil (147) integral mit dem Befestigungselement (104) ausgebildet sind.

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