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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Temperatursensor, welcher ein
von einer Metallhülle
umgebenes Temperatursensorelement aufweist, sowie ein Verfahren
zur Herstellung des Temperatursensors.
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Die
offengelegte
Japanische Patentanmeldung
(kokai) H11-218449 (
1 auf Seite
4), und die
DE 198
53 668 A1 offenbaren einen Temperatursensor, der eine Metallhülle, einen
von der Metallhülle umgebenen
zylindrischen Isolator, ein im zylindrischen Isolator angeordnetes
Thermistorelement sowie einen in den zylindrischen Isolator gefüllten anorganischen
Klebwirkstoff aufweist. Der Temperatursensor gemäß
US 6 639 505 B2 weist zur
elektrischen Isolation gegen die Metallhülle und zu Gunsten einer verbesserten
Empfindlichkeitscharakteristik eine Glaspaste auf. Allerdings wurde
im Hinblick auf den derzeitigen Bedarf nach einem Temperatursensor,
der auf Umgebungstemperaturveränderungen schnell
ansprechende Sensorsignale erzeugt, der in der offengelegten
Japanischen Patentanmeldung (kokai)
2002-267547 (
2 und
3 auf Seite
3) offenbarte Temperatursensor entwickelt. Dieser Sensor, bei dem
auf einen Isolator oder einen darin eingefüllten anorganischen Klebwirkstoff
verzichtet wurde, hat eine Metallhülle mit geringerem Außendurchmesser,
so daß der
Abstand zwischen der Metallhülle und
einem Temperatursensorelement reduziert ist. In
JP 2002-267547 hat die Metallhülle einen
treppenförmigen
Vorderabschnitt von geringerem Innendurchmesser als der Außendurchmesser
eines Vorderendes eines ummantelten Anschlußstiftes (MI oder mineralisch
isoliertes Kabel). Auf der anderen Seite sind in
JP 2002-267547 die Elektrodendrähte mittels eines
Isolators separiert, der Elektrodendrahtbruch aufgrund von Vibrationen
eines Thermistorelements (Temperatursensorelement) verhindert.
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Da
der Temperatursensor der
JP 2002-267547 erfordert,
daß sein
Isolatorelement in eine Metallhülle
eingesetzt wird, ist der Außendurchmesser
des Isolatorelements allerdings größenbeschränkt, um kleiner als der Innendurchmesser
eines Abschnitts zu sein, der zur Metallhülle korrespondiert (der Vorderabschnitt
in
JP 2002-267547 ).
Im Ergebnis verbleibt ein Spalt zwischen der Metallhülle und dem
Isolatorelement. Wenn der Temperatursensor Vibrationen unterworfen
ist, neigen die Elektrodendrähte
in einer Region zwischen dem Temperatursensor und dem Isolationselement
aufgrund unabhängiger
Vibration des Temperatursensors und des Isolatorelements in der
Metallhülle
zum Brechen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Probleme
des Standes der Technik gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, einen Temperatursensor bereitzustellen, welcher
eine hohe Vibrationstoleranz hat, um ein Brechen der leitenden Drähte zu verhindern,
sowie einen Temperatursensor bereitzustellen, welcher ein schnelles
Ansprechverhalten auf Umgebungstemperaturveränderungen aufweist, sowie ein
Verfahren zur Herstellung eines Temperatursensors anzugeben, welcher
eine hohe Vibrationstoleranz hat.
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Die
obigen Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden gelöst durch
einen Temperatursensor, welcher aufweist: eine zylindrisch geformte
Metallhülle
mit einem geschlossenen Vorderabschnitt bzw. Vorderende (ein Vorderabschnitt
mit Boden); ein im Vorderabschnitt der Metallhülle untergebrachtes Temperatursensorelement;
einen oder mehrere leitende Drähten,
die sich rückwärtig vom
(hinter dem) Temperatursensorelement erstrecken und dessen Signal übertragen;
ein MI-Kabel, welches rückwärtig zu einem
Hinterende des Temperatursensorelements angeordnet ist und zumindest
Kerndrähte
aufweist, welche zu dem bzw. den leitenden Drähten korrespondieren, wobei
das MI-Kabel einen Vorderabschnitt hat, welcher in die Metallhülle eingesetzt
ist; und einen isolierenden Halter, der zwischen dem Hinterende
des Temperatursensorelements und dem Vorderabschnitt des MI-Kabels
in der Metallhülle
angeordnet ist und die leitenden Drähten sowie die sich nach vorne
vom MI-Kabel erstreckenden Kerndrähte hält, wobei die leitenden Drähte und
die korrespondierenden Kerndrähte
miteinander im isolierenden Halter verbunden sind; wobei ein Innendurchmesser des
Vorderabschnitts der Metallhülle
schmaler als ein Außendurchmesser
des Vorderabschnitts des MI-Kabels ist; und wobei das Temperatursensorelement und
der isolierende Halter miteinander mittels eines ersten Klebmaterials
befestigt sind, welches zumindest zwischen beiden vorhanden ist.
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Beim
Temperatursensor der vorliegenden Erfindung sind das Temperatursensorelement
und der isolierende Halter mittels des Klebmaterials befestigt.
Durch Integration von Temperatursensorelement und isolierendem Halter
ist der Temperatursensor fähig,
externen Vibrationen zu widerstehen. Somit sind die leitenden Drähte, welche
sich rückwärtig vom
Temperatursensorelement erstrecken und durch den isolierenden Halter
gehalten bzw. getragen werden, vor einem Brechen aufgrund von extern
einwirkender Belastung, insbesondere in einem Spalt (Raum) zwischen
dem Temperatursensorelement und dem isolierenden Halter, geschützt. Zusätzlich kann
der Temperatursensor schneller auf Umgebungstemperaturveränderungen
ansprechen, da der Vorderabschnitt der Metallhülle, welcher den Temperatursensor
aufnimmt, einen kleineren Durchmesser hat.
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Der
Temperatursensor der vorliegenden Erfindung ist geeignet für Anwendungen,
die externen Vibrationen unterworfen sind, insbesondere Fahrzeuganwendungen.
Der Temperatursensor kann zur Verwendung an verschiedenen Stellen
eines Fahrzeugs angepasst werden, wie zum Beispiel in einem Auspuffrohr
zur Messung der Abgastemperatur, in einem Radiator oder einer Kühlmittelleitung
eines Motors zur Messung einer Kühlmitteltemperatur
oder in einer Wasserstoffverteilleitung eines Brennstofffahrzeugs
zur Messung der Wasserstoffgastemperatur. Der Temperatursensor ist
vorzugsweise zum Einbau in die vorgenannten Fahrzeugstrukturen angepasst. Das
Temperatursensorelement des Temperatursensors der vorliegenden Erfindung
kann zum Beispiel ein temperaturempfindliches Element sein, welches aus
Metalloxidkeramik besteht, beispielsweise ein Thermistorelement.
Weiterhin kann, ohne besondere Beschränkung darauf, wenn ein Thermistorelement verwendet
wird, zum Beispiel eine Säulenform
oder hexagonale Säulenform
für das
Thermistorelement gewählt
werden.
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Die
Zahl der leitenden Drähte
sollte zum Ausgabeformat des Temperatursensorelements korrespondieren.
Zum Beispiel erfordert das Thermistorelement normalerweise ein Paar
leitender Drähte (zwei
Drähte).
Die Materialien der ersten und zweiten leitenden Drähte können abhängig vom
Typ oder Material des Temperatursensors gewählt werden. Wenn das Thermistorelement
als Temperatursensorelement verwendet wird, kann ein Edelmetalldraht
wie zum Beispiel Platin oder Platin-Rhodium, Dumetdraht, Kupferdraht
oder Nickeldraht eingesetzt werden. Ebenso kann das Material für den isolierenden Halter
unter Berücksichtigung
des Temperaturbereichs, dem der Temperatursensor ausgesetzt ist,
geeignet gewählt
werden. Zum Beispiel kann eine Keramik aus Aluminiumoxid (engl.
alumina) oder Mullit (engl. mullite), etc. oder ein Glasmaterial
genutzt werden. Wenn der Temperatursensor in einem Temperaturbereich
von 100°C
bis 200°C
verwendet wird, kann ein isolierender Halter genutzt werden, der
aus einem wärmeaushärtenden
Harz, wie Epoxydharz oder Polyimidharz etc., oder einem thermoplastischen
Harz (Kunststoff), wie Fluorkohlenwasserstoffharz (Fluorkohlenwasserstoffkunststoffe),
Polyamid, Polyethylenharz (Polyethylenkunststoff) etc., besteht.
Bevorzugt kann der Außendurchmesser
d des isolierenden Halters etwas kleiner als der Innendurchmesser
D eines Abschnitts der Metallhülle,
in den der isolierende Halter eingesetzt wird, gewählt werden.
Bevorzugt ist die Beziehung D – d ≤ 0,2 mm erfüllt. Aufgrund
der verringerten Durchmesserdifferenz zwischen isolierendem Halter
und dem Abschnitt der Metallhülle,
in den der isolierende Halter eingesetzt wird, kann der Spalt bzw.
Raum für
Vibration des isolierenden Halters begrenzt und darüber hinaus
das Risiko eines Brechens infolge der Vibration des isolierenden
Halters weiter reduziert werden.
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Das
Klebmaterial kann unter Berücksichtigung
des Temperaturbereichs, dem der Temperatursensor ausgesetzt ist,
der Materialien des Temperatursensorelements, des isolierenden Halters,
des leitenden Drahts, der Metallhülle etc. und der Verfestigungsbedingungen
(Temperatur, Atmosphäre,
etc.) gewählt
werden. Zum Beispiel können
Zement bzw. Bindemittel (anorganisches Haftmittel) aufweisend keramische
Pulver und eine Glaskomponente verwendet werden. Weiterhin kann
ein wärmeaushärtendes
Harz oder thermoplastisches Harz als Klebmaterial verwendet werden,
wenn der Temperatursensor in einem Temperaturbereich von 100°C bis 200°C genutzt
wird. Darüber
hinaus kann das MI-Kabel
(mineralisch isoliertes Kabel) die Struktur eines Kabels aufweisen,
welches eine Ummantelung bestehend aus einer Metallröhre, in
die Ummantelung eingesetzte Kerndrähte und ein in die Ummantelung gefülltes isolierendes
anorganisches Keramikpulver aufweist. Das isolierende anorganische
Keramikpulver isoliert die Kerndrähte gegenüber der Ummantelung und ebenso
die Kerndrähte
untereinander. In
JP H11-218449 und
JP 2002-267547 wird das MI-Kabel als
ein ummantelter Anschlussstift bezeichnet.
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Das
MI-Kabel besteht insbesondere aus Kerndrähten, welche beispielsweise
aus Edelstahl, Kupfer, Nickel, etc. bestehen, einer Metallummantelung
(Metallröhre)
aus Edelstahl oder Kupfer, welche die Kerndrähte umgibt, und einem anorganischen Pulver,
beispielsweise Keramikpulver aus Siliziumoxid (engl. silica), Aluminiumoxid
(engl. alumina), Magnesia (engl. magnesia) etc., welches zwischen
die Kerndrähte
und die Ummantelung gefüllt
ist.
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Weiterhin
weist das Klebmaterial beim erfindungsgemäßen Temperatursensor bevorzugt
isolierende Eigenschaften auf (d. h. es ist ein elektrischer Isolator)
und umgibt zumindest einen Abschnitt der leitenden Drähte, welcher
zwischen dem Temperatursensorelement und dem isolierenden Halter
angeordnet ist. Somit ist es unwahrscheinlich sogar wenn das Klebmaterial
in Kontakt mit den leitenden Drähten
gelangt, dass ein Kurzschlussausfall auftritt. Darüber hinaus
ist es unwahrscheinlich, dass die ersten und zweiten leitenden Drähten verbogen
werden, da ein zwischen dem Temperatursensorelement und dem isolierenden
Halter angeordneter Abschnitt der leitenden Drähte vom Klebmaterial umgeben
ist, wodurch ein Brechen der leitenden Drähten verhindert werden kann.
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Weiterhin
sind beim oben beschriebenen Temperatursensor der isolierende Halter
und das MI-Kabel bevorzugt mittels eines zweiten Klebmaterials befestigt,
welches dazwischen vorgesehen ist.
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Beim
Temperatursensor der vorliegenden Erfindung sind das MI-Kabel, dessen
Vorderabschnitt in die Metallhülle
eingesetzt ist, und der isolierende Halter mittels des zweiten Klebmaterials
fixiert. Ein Ergebnis ist, dass unwahrscheinlich ist, daß der isolierende
Halter und das MI-Kabel unabhängig
von einander vibrieren, sogar wenn sie externen Vibrationen unterworfen
sind. Daher wird Kerndrahtbruch aufgrund einer Belastungskonzentration
auf die Region (Raum) der Kerndrähte
zwischen isolierendem Halter und MI-Kabel (dessen Ummantelung),
welche sich nach vorn vom MI-Kabel erstrecken und vom isolierenden
Halter gehalten werden, verhindert.
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Insbesondere
kann das zweite Klebmaterial unter Berücksichtigung des Temperaturbereichs, dem
der Temperatursensor ausgesetzt ist, der Materialien des isolierenden
Halters, der Metallhülle,
der Ummantelung des MI-Kabels, der Kerndrähte und des in die Ummantelung
zu füllenden
anorganischen Keramikpulvers, sowie der Verfestigungsbedingungen
(Temperatur, Atmosphäre,
etc.) ausgewählt
werden. Zum Beispiel können
Zement (anorganischer Binder) aufweisend Keramikpulver und eine
Gaskomponente, ein wärmeaushärtendes
Harz (Kunststoff) oder ein thermoplastisches Harz (Kunststoff) als
zweites Klebmaterial verwendet werden. Insbesondere wird bevorzugt
das gleiche Klebmaterial, welches zum Festlegen (Befestigen) des
Temperatursensorelements und des isolierenden Halters verwendet
wird, zum Festlegen (Fixieren) des isolierenden Halters und des
MI-Kabels verwendet, um unter gleichen Bearbeitungs- und Verfestigungsbedingungen
zu arbeiten.
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Weiterhin
hat beim Temperatursensor eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung
das zweite Klebmaterial isolierende Eigenschaften (d. h. es ist
ein elektrischer Isolator) und umgibt bevorzugt einen Abschnitt
der Kerndrähte,
welcher zwischen dem isolierenden Halter und dem MI-Kabel angeordnet
ist. Somit ist es unwahrscheinlich, dass ein Kurzschlussausfall
auftritt, sogar wenn das zweite Klebmaterial in Kontakt mit den
Kerndrähten
gelangt. Da ein zwischen dem isolierenden Halter und dem MI-Kabel angeordneter
Abschnitt der Kerndrähte
vom zweiten Klebmaterial umgeben ist, ist es weiterhin beim Temperatursensor
der vorliegenden Erfindung unwahrscheinlich, dass die Kerndrähte verbogen
werden, wodurch ein Brechen der Kerndrähte verhindert wird.
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Beim
oben beschriebenen Temperatursensor sind weiterhin bevorzugt das
Temperatursensorelement und der isolierende Halter an der Metallhülle mittels
eines Klebmaterials befestigt, welches zwischen der Metallhülle, dem
Temperatursensorelement und dem isolierenden Halter ist.
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Da
beim Temperatursensor der vorliegenden Erfindung das Temperatursensorelement
und der isolierende Halter nicht nur miteinander, sondern auch an
der Metallhülle
mittels des Klebmaterials befestigt sind, ist es unwahrscheinlich,
dass das Temperatursensorelement und der isolierende Halter in der
Metallhülle
vibrieren, wenn diese externen Vibrationen unterworfen wird. Daher
ist das Risiko eines Brechens der leitenden Drähte weiter reduziert, da die
leitenden Drähte,
welche sich nach hinten vom Temperatursensorelement erstrecken,
vor externer Belastung geschützt
sind. Darüber
hinaus kann Wärme
effektiver von der Metallhülle über das
Klebmaterial zum Temperatursensorelement im Vergleich zum Fall,
wo ein Spalt (Luft) zwischen der Metallhülle und dem Temperatursensorelement
vorhanden ist, geleitet werden.
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Beim
Temperatursensor der vorliegenden Erfindung legt das Klebmaterial
zumindest das Temperatursensorelement und den isolierenden Halter an
der Metallhülle
fest, bedeckt jedoch nicht notwendigerweise den gesamten Umfang
des Temperatursensorelements oder des isolierenden Halters. Ebenso
sind das Temperatursensorelement und der isolierende Halter zumindest
an der Metallhülle
fixiert, wobei das Klebmaterial nicht notwendigerweise an der Metallhülle haften
muss. Das Klebmaterial kontaktiert zumindest das Temperatursensorelement
und den isolierenden Halter, um diese zu positionieren.
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Beim
Temperatursensor gemäß einem
anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist das Temperatursensorelement bevorzugt
im Klebmaterial eingebettet und an der Metallhülle befestigt (festgelegt).
Daher ist nicht nur das Temperatursensorelement durch Befestigung
an der Metallhülle
gesichert, sondern Wärme
wird ebenso effektiv von der Metallhülle über das Klebmaterial geleitet,
wodurch das Ansprechverhalten des Temperatursensorelements und damit
des Temperatursensors weiter verbessert wird.
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In
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zur Herstellung eines Temperatursensors bereitgestellt, wobei der
Temperatursensor aufweist: eine zylindrisch geformte Metallhülle mit
einem geschlossenen Vorderabschnitt (Vorderende); ein Temperatursensorelement,
welches im Vorderabschnitt der Metallhülle untergebracht ist; einen
oder mehrere leitende Drähte,
welche sich rückwärtig zum
(nach hinten vom) Temperatursensorelement erstrecken und dessen
Signale übertragen;
sowie einen isolierenden Halter, welcher hinter dem Temperatursensorelement
in der Metallhülle
angeordnet ist und die leitenden Drähte hält. Das Verfahren umfasst:
Bereitstellen eines nicht ausgehärteten
Klebmaterials zumindest zwischen dem Temperatursensorelement und
dem isolierenden Halter, in welchem die leitenden Drähte positioniert sind;
Befestigen des Temperatursensorelements und des isolierenden Halters
aneinander durch Aushärten
des zwischen diesen vorgesehenen Klebmaterials; und Einsetzen des
Temperatursensorelements und des isolierenden Halters in die Metallhülle.
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Verschiedene
Verfahren können
zur Herstellung eines Temperatursensors verwendet werden, bei dem
das Temperatursensorelement und der isolierende Halter miteinander
in der Metallhülle
befestigt sind. Zum Beispiel kann zuvor ein nicht ausgehärtetes Klebmaterial
in die Metallhülle
gefüllt
werden, so dass das Klebmaterial verfestigt wird, nachdem das Temperatursensorelement,
die leitenden Drähte und
der isolierende Halter, welcher die leitenden Drähten hält, in die Metallhülle eingesetzt
sind. Ebenso können
zunächst
das Temperatursensorelement, die leitenden Drähten und der isolierende Halter,
welcher die leitenden Drähten
darin hält,
in die Metallhülle
eingesetzt und nachfolgend das Klebmaterial in die Metallhülle gefüllt und
verfestigt werden. Allerdings können
die obigen Verfahren problematisch sein, da Kontrolle für ein geeignetes
Positionieren einer adäquaten
Menge von Klebmaterial in einer vorbestimmten Position in der Metallhülle erforderlich
ist.
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Auf
der anderen Seite wird gemäß obigem Verfahren
zur Herstellung des erfindungsgemäßen Temperatursensors das nicht
ausgehärtete
Klebmaterial zumindest zwischen das Temperatursensorelement und
den isolierenden Halter gebracht und verfestigt, um das Temperatursensorelement
und den isolierenden Halter miteinander zu befestigen. Dann wird
diese Baugruppe in die Metallhülle
eingesetzt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird sogar der kleine Spalt zwischen Temperatursensorelement und
isolierendem Halter mit Klebmaterial gefüllt, um diese sicher zu fixieren.
Weiterhin erfordert dieses Verfahren eine geringere Menge an Klebmaterial.
Sobald das Temperatursensorelement und der isolierende Halter befestigt
sind, ist es darüber
hinaus unwahrscheinlich, dass die dazwischen angeordneten leitenden
Drähte
verbogen werden, wenn sie externen Vibrationen unterworfen werden.
Daher ist das Risiko eines Brechens der leitenden Drähte weitgehend
vermieden.
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Zusätzlich kann
nach Verfestigung des zwischen dem Temperatursensorelement und dem
isolierenden Halter befindlichen Klebmaterials weiteres nicht ausgehärtetes Klebmaterial
in die Metallhülle gefüllt werden,
und zwar bevor oder nachdem die fixierte Baugruppe aus Temperatursensorelement
und isolierendem Halter eingesetzt werden. Dann kann das weitere
nicht ausgehärtete
Klebmaterial verfestigt werden, um die fixierte Baugruppe aus Temperatursensorelement
und isolierendem Halter an der Metallhülle festzulegen (zu befestigen).
In diesem Fall sind das Temperatursensorelement und der isolierende
Halter sicher miteinander verbunden, da das Klebmaterial dazwischen
vorhanden ist und zuvor verfestigt wurde.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 ist
ein vertikaler Schnitt, welcher die Struktur des Temperatursensors
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt.
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2 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche die Struktur des Vorderabschnitts des Temperatursensors
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel zeigt.
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3 ist
eine Perspektiveansicht, welche die Form des isolierenden Halters
zeigt, der im ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
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4 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche einen Zustand zeigt, in dem die ersten und zweiten
leitenden Drähte
des Thermistorelements und die ersten und zweiten Kerndrähte des
MI-Kabels elektrisch verbunden und im isolierenden Halter gemäß einem Herstellungsverfahrens
des Temperatursensors des ersten Ausführungsbeispiels gehalten werden.
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5 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche einen Zustand zeigt, in dem das Thermistorelement und
der isolierende Halter miteinander durch Zement gemäß einem
Herstellungsverfahren des Temperatursensors des ersten Ausführungsbeispiels
befestigt werden.
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6 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche einen Zustand während
des Zusammenbaus des Temperatursensors zeigt, wenn der isolierende
Halter in die Metallhülle
gemäß einem
Herstellungsverfahren des Temperatursensors des ersten Ausführungsbeispiels
eingesetzt wird.
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7 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche die Struktur eines Vorderabschnitts des Temperatursensors
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der
Erfindung zeigt.
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8 ist
eine erläuternde
Ansicht, welche die Struktur eines Vorderabschnitts des Temperatursensors
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der
Erfindung zeigt.
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9A bis 9C sind
perspektivische Ansichten, welche andere Profile des isolierenden
Halters zeigen: Schnitt ”E”-Profil
(9A), Schnitt ”H”-Profil
(9B), und geschlitztes Profil (9C).
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Bezugszeichen,
welche zum Identifizieren von in den Zeichnungen gezeigten strukturelle
Merkmalen verwendet werden, schließen folgendes ein:
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- 10,
210, 310
- Temperatursensor
- AX
- Achse
- 10s,
210s, 310s
- temperaturempfindlicher
Abschnitt des Temperatursensors
- 10k
- Hinterabschnitt
des Temperatursensors
- 10m
- Zwischenabschnitt
des Temperatursensors
- 1
- Thermistorelement
(Temperatursensorelement)
- 1k
- Hinteroberfläche des
Thermistorelements/Hinterende
- 2a
- erster
leitender Draht
- 2ab
- Zwischenabschnitt
des ersten leitenden Drahts
- 2ak
- Hinterabschnitt
des zweiten leitenden Drahts
- 2b
- zweiter
leitender Draht
- 2bb
- Zwischenabschnitt
des zweiten leitenden Drahts
- 2bk
- Hinterabschnitt
- 3,
43, 53, 63
- isolierender
Halter
- 3a
- erster
Schlitz
- 3b
- zweiter
Schlitz
- 3g
- Umfang
- 3s
- Vorderoberfläche des
isolierenden Halters
- 3k
- Hinteroberfläche des
isolierenden Halters
- 4
- MI-Kabel
- 4am,
5bm
- Zwischenabschnitte
- 4p
- Vorderabschnitt
des MI-Kabels
- dm
- Außendurchmesser
des Vorderabschnitts des MI-Kabels
- 4c
- Ummantelung
- 4cs
- vorderer
Umfangsrand
- 4a
- erster
Kerndraht
- 4ak
- Hinterabschnitt
- 4as
- Vorderabschnitt
- 4b
- zweiter
Kerndraht
- 4bk
- Hinterabschnitt
- 4bs
- Vorderabschnitt
- 4i
- anorganisches
Isolationspulver
- 4k
- Hinteroberfläche
- 4m
- Zwischenabschnitt
- 4s
- Vorderoberfläche des MI-Kabels
- 5
- Metallhülle
- 5d
- gestufter
Abschnitt/Stufenabschnitt
- 5h
- Crimpabschnitt
- 5l
- Schweißabschnitt
- 5s
- Vorderabschnitt
der Metallhülle
- 5si
- innere
Umfangsfläche
des Vorderabschnitts der Metallhülle
- 5k
- Hinterabschnitt
der Metallhülle
- 6,
26, 36
- Zement
(Klebmaterial, zweites Klebmaterial)
- 11
- Metallmantel
- 11f
- kreisförmiger Flanschabschnitt
- 11j
- zylindrischer
Stababschnitt
- 11p
- Durchgangsöffnung
- 11s
- Dichtungsoberfläche
- 12
- äußerer Zylinder
- 12s
- Vorderabschnitt
des äußeren Zylinders
- 13
- Gewindeklemmvorrichtung
- 13h
- hexagonaler
Werkzeugeingriffsabschnitt
- 13q
- Außengewindeabschnitt
- 14
- erster
Draht
- 14a
- Kerndraht
- 15
- zweiter
Draht
- 15a
- Kerndraht
- 16
- Verbindungsteil/Crimpglied
- 17
- Isolationsröhre
- 18
- Dichtungshülse/Durchführung
- 18a,
18b
- Durchgangsöffnung
- 43a,
43b, 53a, 53b
- Schlitz
- 63M,
63N
- isolierender
Draht
- 63Ma,
63Mb, 63Na, 63Nb
- Rillen
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Ein
Temperatursensor gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend zunächst mit Bezug auf Ausführungsbeispiel 1
bis 3 beschrieben. Allerdings soll die vorliegende Erfindung nicht
darauf beschränkt
ausgelegt werden.
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1. Erstes Ausführungsbeispiel
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Zunächst wird
ein Temperatursensor gemäß, einem
ersten Ausführungsbeispiel
mit Bezug auf 1 bis 6 beschrieben.
Der Temperatursensor 10 des in 1 illustrierten
Ausführungsbeispiels
ist zum Beispiel zur Befestigung in einem Auspuffrohr eines Fahrzeugs
zur Messung der Abgastemperatur oder in einem Radiator bzw. einer
Kühlmittelleitung eines
Motors zur Messung der Kühlmitteltemperatur angepasst.
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Der
Temperatursensor 10 umfasst entlang der Achse AX von der
Spitzenendseite (Vorderseite) (auf der linken Seite in der Figur):
einen temperaturempfindlichen Abschnitt 10s, welcher Temperatur misst;
einen Zwischenabschnitt 10m, der rückwärtig zum (hinter dem) temperaturempfindlichen
Abschnitt 10s angeordnet ist und einen Metallmantel (Metallhalter) 11 zur
Befestigung des Temperatursensors in anderen Vorrichtungen aufweist;
und einen Hinterabschnitt 10k, der hinter dem Zwischenabschnitt 10m angeordnet
und die ersten und zweiten sich rückwärtig erstreckenden Drähte aufweist.
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Der
an der Spitzenendseite des Temperatursensors 10 angeordnete
temperaturempfindliche Abschnitt 10s ist in ein Auspuffrohr
oder eine Kühlmittelleitung
eingesetzt bzw. ist in der Nähe
eines Gegenstands angeordnet, um die Temperatur des Abgases, des
Kühlmittels
oder des Gegenstandes zu messen. Wie in 2 dargestellt,
ist der temperaturempfindliche Abschnitt 10s mit einer
stufenförmigen
zylindrischen Metallhülle 5 aus
Edelstahl, etc. bedeckt und weist ein geschlossenes Vorderende auf.
Die Metallhülle 5 umfasst
einen Hinterabschnitt 5k mit einem größeren Durchmesser, einem vor
dem Hinterabschnitt 5k angeordneten Vorderabschnitt 5s mit
einem kleineren Durchmesser als der des Hinterabschnitts 5k und
einem dazwischen angeordneten Stufenabschnitt 5d. Ein Thermistorelement 1 ist
im Vorderabschnitt 5s untergebracht (linke Seite in 2).
Das Thermistorelement 1 besteht aus Metalloxidhalbleiter,
dessen Widerstand sich in Abhängigkeit
von der Temperatur ändert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
weist das Thermistorelement 1 eine hexagonale Säulenform
mit einer geringen Dicke auf und umfasst einen ersten leitenden
Draht 2a und einen zweiten leitenden Draht 2b zur
Ausgabe elektrischer Signale (Widerstandwerte). Die ersten und zweiten
leitenden Drähte
erstrecken sich von innen zum Hinterende (rechte Seite in der Zeichnung) durch
eine Hinteroberfläche 1k.
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Der
erste leitende Draht 2a und der zweite leitende Draht 2b bestehen
aus Pt-Rh Legierungsdraht. Das Hinterende des ersten leitenden Drahts 2a ist
eingesetzt und gehalten in einem ersten Schlitz 3a eines
isolierenden Halters 3, wie in 3 dargestellt, und
das Hinterende des zweiten leitenden Drahts 2b ist eingesetzt
und gehalten in einem zweiten Schlitz 3b des isolierenden
Halters 3. Der isolierende Halter 3 besteht aus
Aluminiumoxid (engl. alumina) und weist im wesentlichen einen S-förmigen Querschnitt auf.
Der erste Schlitz 3a und der zweite Schlitz 3b sind
in zueinander entgegengesetzter Richtung offen geformt und ein Isolationsabstandsabschnitt
des isolierenden Halters mit einer Dicke t ist dazwischen vorgesehen.
Der maximale Außendurchmesser
d eines Umfangs 3g des Isolationshalters 3 (das
heißt
ein Umfangskreisdurchmesser des Isolationshalters 3) ist
etwas schmaler als ein Innendurchmesser D einer inneren Umfangsfläche 5si des
Vorderabschnitts 5s der Metallhülle 5, und bevorzugt
sind die Durchmesser d, D so gewählt,
dass die Beziehung D – d ≤ 0,2 mm erfüllt ist.
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MI-Kabel 4,
konkret ein Vorderabschnitts 4p davon, ist im Hinterabschnitt 5k der
Metallhülle 5 angeordnet,
und ein vorderer Umfangsrand 4cs einer Ummantelung 4c,
welcher den äußeren Umfang
vom MI-Kabel darstellt, kontaktiert den Stufenabschnitt 5d der
Metallhülle 5.
Das MI-Kabel 4 umfasst eine zylindrische Metallummantelung 4c aus
Edelstahl, etc., die ersten und zweiten Kerndrähte 4a und 4b erstrecken
sich durch die Ummantelung 4c, und anorganische Isolationspulver 4i wie
Siliziumoxid (engl. silica), etc., sind fest zwischen die ersten
und zweiten Drähte 4a und 4b und
die Ummantelung 4c gefüllt.
Das MI-Kabel 4 hat einen größeren Außendurchmesser dm am Vorderabschnitt 4p als
der Innendurchmesser D des Vorderabschnitts 5s der Metallhülle 5.
Daher kann das Vorderende 4s des MI-Kabels 4 nicht
in den Vorderabschnitt 5s der Metallhülle 5 eingesetzt werden,
und der vordere Umfangsrand 4cs der Ummantelung 4c kontaktiert
den Stufenabschnitt 5d.
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Die
Metallhülle 5 umfasst
einen Crimpabschnitt 5h, welcher einen verminderten Durchmesser hat
und in die Ummantelung 4c des MI-Kabels 4 im Hinterabschnitt 5k der
Metallhülle 5 gecrimpt
ist, und einen Schweißabschnitt 51,
an dem die Metallhülle 5 und
die Ummantelung 4c am Hinterabschnitt 5k laserverschweißt sind.
In dieser Weise wird die Metallhülle 5 am
MI-Kabel 4 befestigt.
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Die
ersten und zweiten Kerndrähte 4a und 4b des
MI-Kabels 4 ragen über
das Vorderende 4s desselben hinaus. Der erste Kerndraht 4a ist
in den ersten Schlitz 3a des isolierenden Halters 3 eingesetzt,
um darin gehalten zu werden, während
der zweite Kerndraht 4b in den zweiten Schlitz 3b des isolierenden
Halters 3 eingesetzt ist, um darin gehalten zu werden.
Im ersten Schlitz 3a des isolierenden Halters 3 sind
das Hinterende 2ak des ersten leitenden Drahts 2a und
der den ersten leitenden Draht 2a überlappende Vorderabschnitt 4as des
ersten Kerndrahts 4a laserverschweißt. In ähnlicher Weise sind im zweiten
Schlitz 3b der Hinterabschnitt 2bk des zweiten
leitenden Drahts 2b und das den zweiten leitenden Draht 2b überlappende
Vorderende 4bs des zweiten Kerndrahts 4b laserverschweißt.
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Wie
oben beschrieben, ist der maximale Außendurchmesser d des isolierenden
Halters 3 etwas kleiner als der Innendurchmesser D des
Vorderabschnitts 5s der Metallhülle 5. Daher kann
der isolierende Halter 3 des vorliegenden Ausführungsbeispiels
den Vibrationsbereich des Temperatursensors 10 begrenzen,
wenn dieser Vibrationen unterworfen ist. Allerdings ist es, wie
oben beschrieben, ohne Verwendung von Zement 6 schwierig,
ein unabhängiges Vibrieren
von Thermistorelement 1 und isolierendem Halter 3 zu
verhindern, wenn derart nicht integrierte Teile externen Vibrationen
unterworfen werden. Im Ergebnis neigen die Zwischenabschnitte 2ab und 2bb der
ersten und zweiten leitenden Drähte 2a und 2b,
welche zwischen der Hinteroberfläche 1k des Thermistorelements 1 und
der Vorderoberfläche 3s des
isolierenden Halters 3 angeordnet sind, zum Brechen.
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Beim
Temperatursensor der vorliegenden Erfindung ist der isolierende
Zement 6, welcher Aluminiumoxid (engl. alumina) als Aggregate
und Siliziumoxid (engl. silica) enthält, zwischen die Hinteroberfläche 1k des
Thermistorelements 1 und der Vorderoberfläche 3s des
isolierenden Halters 3 gefüllt, wobei das Thermistorelement 1 und
der isolierende Halter 3 aneinander befestigt sind. Dementsprechend
sind beim Temperatursensor 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels
das Thermistorelement 1 und der isolierende Halter 3 befestigt,
um nicht unabhängig
voneinander vibrieren zu können.
Daher ist es unwahrscheinlich, dass die Zwischenabschnitte 2ab und 2bb der
ersten und zweiten leitenden Drähte 2a und 2b aufgrund
der darauf wirkenden reduzierten Belastung brechen. Da der Zement 6 isolierende
Eigenschaften hat, ist es darüber
hinaus unwahrscheinlich, dass ein Kurzschlussausfall auftritt, auch wenn
die ersten und zweiten leitenden Drähte 2a und 2b in
Kontakt mit dem Zement 6 sind.
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Der
Innendurchmesser D eines Vorderabschnitts 5s der Metallhülle 5 ist
geringer als der des Hinterabschnitts 5k der Metallhülle 5 und
geringer als der Außendurchmesser
dm des Vorderende 4s des MI-Kabels 4. Da das Thermistorelement 1 im
Vorderabschnitt 5s untergebracht ist, ist die Wärmekapazität in der
Umgebung davon gering. Weiterhin führt der geringe Abstand zwischen
Metallhülle 5 und Thermistorelement 1 zu
einer schnellen Antwort des Temperatursensors 10 auf Umgebungstemperaturveränderungen.
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Als
nächstes
wird der Zwischenabschnitt 10m des Temperatursensors 10 beschrieben.
Das MI-Kabel 4 des Temperatursensors 10 ist in
einen Metallmantel 11 am Zwischenabschnitt 10m eingesetzt.
Der Metallmantel 11 umfasst einen zylindrischen Stababschnitt 11j und
einen kreisförmigen Flanschabschnitt 11f,
welcher vor dem zylindrischen Stababschnitt 11j (nach links
in 1) vorgesehen ist und in radialer Richtung nach
außen übersteht. Eine
Dichtungsoberfläche 11s mit
konisch zulaufender Oberfläche,
bei welcher sich der Außendurchmesser
in Richtung des Vorderendes (nach links in 1) reduziert,
ist am Außenumfang
des Flanschabschnitts 11f geformt. Ein Zwischenabschnitt 4m des
MI-Kabels 4 ist nach Einsetzen in eine Durchgangsöffnung 11p des
Metallmantels 11 hermetisch am Metallmantel 11 mittels
Laserschweißens
befestigt.
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Weiterhin
umgibt ein äußerer Zylinder 12 den Außenumfang
des Stababschnitts 11j des Metallmantels 11 und
erstreckt sich nach hinten. Der Stababschnitt 11j des Metallmantels 11 und
der Vorderabschnitt 12s des äußeren Zylinders 12 sind
zum Beispiel durch Laserschweißen
in sämtliche
Richtungen davon hermetisch verbunden.
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Zusätzlich umfasst
der Zwischenabschnitt 10m des Temperatursensors 10 eine
Gewindeklemmvorrichtung 13, welche die Außenseite
des Startabschnitts 11j des Metallmantels 11 und
des äußeren Zylinders 12 (in
vertikaler Richtung in 1) umgibt. Die Gewindeklemmvorrichtung 13 hat
einen hexagonalen Werkzeugeingriffsabschnitt 13h zum Eingriff
mit einem Werkzeug, wie zum Beispiel einem Schraubenschlüssel, und
einen Außengewindeabschnitt 13q,
welcher vor dem Werkzeugeingriffsabschnitt 13h angeordnet
ist.
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Wie
vorstehend beschrieben, weist der Zwischenabschnitt 10m des
Temperatursensors 10 den oben beschriebenen Metallmantel 11 und
die Gewindeklemmvorrichtung 13 auf. Daher ist die Dichtungsoberfläche 11s des
Metallmantels 11 so angeordnet, um eine konisch zulaufende
Oberfläche
zu berühren, die
beispielsweise an einem Befestigungsabschnitt in einem Auspuffrohr
(nicht dargestellt) eines Fahrzeugs geformt ist. Unter Pressen der
Dichtungsoberfläche 11s des
Metallmantels 11 gegen die konisch zulaufende Oberfläche wird
der Außengewindeabschnitt
der Gewindeklemmvorrichtung 13 in ein in dem Auspuffrohr
geformtes Innengewinde eingeschraubt, so dass der Temperatursensor 10 hermetisch
im Auspuffrohr befestigt werden kann.
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Weiterhin
sind in einem Hinterabschnitt 10k des Temperatursensors 10 ein
Hinterabschnitt 4ak des ersten Kerndrahts 4a,
welcher rückwärtig der Hinteroberfläche 4k des
MI-Kabels 4 übersteht,
sowie ein Kerndraht 14a des ersten Drahts 14 gecrimpt und
mittels eines Crimpglieds 16 befestigt. Weiterhin sind
der erste Kerndraht 4a, der Kerndraht 14a und das
Crimpglied 16 mit einer Isolationsröhre 17 bedeckt. In ähnlicher
Weise sind ein Hinterabschnitt 4bk des zweiten Kerndrahts 4b,
welcher dem MI-Kabel 4 übersteht,
und ein Kerndraht 15a des zweiten Drahts 15 gecrimpt
und mittels eines Crimpglieds 16 befestigt. Dann werden
der zweite Kerndraht 4b, der Kerndraht 15a und
das Crimpglied 16 mit einer Isolationsröhre 17 bedeckt. Der
erste Draht 14 und der zweite Draht 15 erstrecken
sich über
Durchgangsöffnungen 18a und 18b der
Dichtungshülse 18 in
die Umgebung des äußeren Zylinders 12.
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Wie
oben beschrieben, sind im temperaturempfindlichen Abschnitt 10s das
Thermistorelement 1 und der isolierende Halter 3 in
der Metallhülle 5 im Vorderabschnitt
des Temperatursensors 10 untergebracht und miteinander
durch Zement 6 befestigt. Folglich sind die ersten und
zweiten leitenden Drähte 2a und 2b,
insbesondere die Zwischenabschnitte 2ab und 2bb,
welche zwischen Thermistorelement 1 und isolierendem Halter 3,
wo der Zement 6 eingefüllt ist,
angeordnet sind, vor einem Brechen aufgrund von Vibrationen des
Temperatursensors 10 geschützt. Da der Zement 6 zwischen
die Zwischenabschnitte 2ab und 2bb der ersten
und zweiten leitenden Drähte 2a und 2b gefüllt ist,
um diese zu umgeben, ist es insbesondere beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
unwahrscheinlich, dass Ausfälle
aufgrund von Verbiegungen und Brüchen
in den Zwischenabschnitten 2ab und 2bb auftreten.
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Die
Metallhülle 5 hat
insbesondere beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Stufenform,
wobei der Innendurchmesser D ihres Vorderabschnitts 5s kleiner
als der des Hinterabschnitts 5k und kleiner als der Außendurchmesser
dm des Vorderabschnitts 4p des Kabels ist. Im Ergebnis
ist die Wärmekapazität in der
Nähe des
Thermistorelements 1 vermindert, was dem Thermistorelement 1 (d.
h. dem Temperatursensorelement 10) gestattet, unverzüglich auf
Umgebungstemperaturveränderungen
anzusprechen.
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Der
Temperatursensor 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels
kann mittels folgendem Verfahren hergestellt werden. Zuvor werden
die folgenden Gegenständen
vorbereitet: das Thermistorelement 1, welches die der Hinteroberfläche 1k überstehenden
ersten und zweiten leitenden Drähte 2a und 2b aufweist;
das MI-Kabel 4, welches die dem Vorderabschnitt des Kabels überstehenden
ersten und zweiten Kerndrähten 4a und 4b aufweist;
der in 3 dargestellte isolierende Halter 3;
und der Metallmantel 11. Zunächst wird das MI-Kabel 4 in
den Metallmantel 11 eingesetzt und mittels Crimpens und Laserschweißens befestigt.
Als nächstes
werden, wie in 4 dargestellt, der erste leitende
Draht 2a und der erste Kerndraht 4a in den ersten
Schlitz 3a des isolierenden Halters 3 eingesetzt.
In ähnlicher Weise
werden der zweite leitende Draht 2b und der zweite Kerndraht 4b in
den zweiten Schlitz 3b des isolierenden Halters 3 eingesetzt.
Weiterhin werden der Hinterabschnitt 2ak des ersten leitenden
Drahts 2a und der Vorderabschnitt 4as des ersten
Kerndrahts 4a, welche sich im ersten Schlitz 3a überdecken,
mittels Laserschweißens
miteinander verbunden. Entsprechend werden der Hinterabschnitt 2bk des
zweiten leitenden Drahts 2b und der Vorderabschnitt 4bs des
zweiten Kerndrahts 4b, welche sich im zweiten Schlitz 3b überdecken,
mittels Laserschweißens
miteinander verbunden.
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Nachfolgend
wird nicht ausgehärteter
Zement 6 in den Spalt zwischen der Hinteroberfläche 1k des
Thermistorelements 1 und der Vorderoberfläche 3s des
isolierenden Halters 3, wie in 5 dargestellt,
eingebracht. Im einzelnen werden der nicht ausgehärteter Zement 6 in
den Spalt zwischen der Hinteroberfläche 1k und der Vorderoberfläche 3s mittels eines
Dispensers (nicht dargestellt) eingefüllt, wobei die im Spalt angeordneten
Zwischenabschnitte 2ab und 2bb der ersten und
zweiten leitenden Drähte 2a und 2b vom
Zement 6 umgeben werden.
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Als
nächstes
wird der Zement 6 erhitzt, um ihn zu verfestigen. Im einzelnen
wird der Zement 6 auf 900°C für 5 Stunden erhitzt, um das
Thermistorelement 1 und den isolierenden Halter 3 miteinander zu
befestigen. Überschüssiger Zement 6,
welcher von der Hinteroberfläche 1k oder
von der Vorderoberfläche 3s überquillt,
wird bevorzugt vor oder nach dem Verfestigungsprozess entfernt,
damit er den nachfolgenden Schritten zum Einführen in die Metallhülle 5 nicht
im Wege ist.
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Nachfolgend
werden, wie in 6 dargestellt, das Thermistorelement 1,
der isolierende Halter 3 und der Vorderabschnitt 4p des
MI-Kabels 4 in die Metallhülle 5 eingesetzt.
Bevorzugt wird der vordere Umfangsrand 4cs einer Ummantelung 4c des MI-Kabels 4 in
einen Stufenabschnitt 5d, welche zwischen dem Hinterabschnitt 5k und
dem Vorderabschnitt 5s der Metallhülle 5 angeordnet ist,
eingesetzt, um dessen Position festzulegen.
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Insbesondere
ist, wie in 6 dargestellt, der Maximaldurchmesser
d der äußeren Umfangsfläche 3g des
isolierenden Halters 3 etwas kleiner als der Innendurchmesser
D des Vorderabschnitts 5s der Metallhülle 5, um dessen Einsetzen
zu erleichtern.
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Wie
in 2 dargestellt, ist ein Teil des Hinterabschnitts 5k der
Metallhülle 5 nach
innen in radialer Richtung unter Reduzierung seines Durchmessers
gecrimpt, um einen Crimpabschnitt 5h zu bilden, der die
Metallhülle 5 vorläufig am
Vorderabschnitt 4p des MI-Kabels 4 befestigt. Weiterhin
werden ein Teil des Crimpabschnitts 5h und der Ummantelung
4c am gesamten Umfang miteinander laserverschweißt. In dieser Weise wird ein
temperaturempfindlicher Abschnitt 10s mit einem Thermistorelement 1,
welches hermetisch abgedichtet und flüssigkeitsdicht in der Metallhülle 5 gehalten
wird, im Vorderabschnitt 4p des MI-Kabels 4 geformt.
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Bei
einem Verfahren zur Herstellung von Temperatursensoren 10,
welche diese Art von temperaturempfindlichem Abschnitt 10s aufweisen,
entsprechen die verbleibenden Herstellungsschritte bezüglich des
Zwischenabschnitts 10m und des Hinterabschnitts 10k etc. im
wesentlichen denen bekannter herkömmlicher Methoden, so dass
deren Beschreibung weggelassen wird.
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2. Zweites Ausführungsbeispiel
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Als
nächstes
wird das zweite Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 7 beschrieben.
Beim Temperatursensor 10 des ersten Ausführungsbeispiels
waren ein Thermistorelement 1 und ein isolierender Halter 3 miteinander
lediglich mit Zement 6 befestigt, welches dazwischen eingefüllt wurde,
jedoch nicht in Kontakt mit einer Metallhülle 5 stand. Auf der
anderen Seite unterscheidet sich ein Temperatursensor 210 des
zweiten Ausführungsbeispiels
vom ersten Ausführungsbeispiel hauptsächlich darin,
dass Zement 26 in den Vorderabschnitt 5s der Metallhülle 5 gefüllt wird.
Daher werden hauptsächlich
die Unterschiede beschrieben und Gemeinsamkeiten mit dem ersten
Ausführungsbeispiel
sollen weggelassen bzw. vereinfacht werden.
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Eine
Struktur eines temperaturempfindlichen Abschnitts 210s des
Temperatursensors 210 des zweiten Ausführungsbeispiels ist in 7 dargestellt. Wie
der Darstellung entnommen werden kann, haben das Thermistorelement 1,
die ersten und zweiten leitenden Drähte 2a und 2b,
ein isolierender Halter 3, MI-Kabel 4 und eine
Metallhülle 5 eine ähnliche
Form und Anordnung wie entsprechende Elemente des Temperatursensors 10 des
ersten Ausführungsbeispiels.
Allerdings ist beim Temperatursensor 210 des zweiten Ausführungsbeispiels
der Zement 26 in den Vorderabschnitt 5s der Metallhülle 5 gefüllt. Daher
ist der Zement 26 nicht nur in den Spalt zwischen der Hinteroberfläche 1k des
Thermistorelements 1 und der Vorderoberfläche 3s des
isolierenden Halters 3 gefüllt, sondern umgibt ebenso
das Thermistorelement 1 und erstreckt sich zum Vorderende
(auf der linken Seite in der Darstellung) der Umfangsfläche 3g des
isolierenden Halters 3. Das Thermistorelement 1 ist
im Zement 26 eingebettet und an der Metallhülle 5 befestigt.
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Da
der Zement 26 wie oben beschrieben im Temperatursensor 210 angeordnet
ist, sind das Thermistorelement 1 und der isolierende Halter 3 nicht
nur miteinander, sondern auch mit dem Vorderabschnitt 5s der
Metallhülle 5 verbunden.
Daher vibrieren das Thermistorelement 1 und der isolierende
Halter 5 nicht unabhängig
voneinander im Vorderabschnitt 5s der Metallhülle 5,
auch wenn der Temperatursensor 210 externer Belastung unterworfen
ist. Im Ergebnis sind die ersten und zweiten leitenden Drähte 2a und 2b einschließlich der
Zwischenabschnitte 2ab und 2bb vor einem Brechen
geschützt.
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Im
Vergleich zum Temperatursensor 10 des ersten Ausführungsbeispiels
weist der Temperatursensor 210 des zweiten Ausführungsbeispiels
eine höhere
Zuverlässigkeit
gegenüber
Vibrationen (Vibrationstoleranz) auf. Da beim Temperatursensor 210 des
zweiten Ausführungsbeispiels
der Zement 26 zwischen das Thermistorelement 1 und
die Metallhülle 5 gefüllt ist,
kann weiterhin Wärme
leicht von der Metallhülle 5 auf
das Thermistorelement 1 übertragen werden. Daher weist
das Thermistorelement 1 (d. h. der Temperatursensor 210)
ein schnelles Ansprechverhalten bzgl. Umgebungstemperaturveränderungen
auf.
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Insbesondere
ist ein Herstellungsverfahren zur Herstellung des Temperatursensors 210 (temperaturempfindlicher
Abschnitt 210s) des zweiten Ausführungsbeispiels bevorzugt wie
folgt implementiert. Zuvor werden die folgenden Gegenstände vorbereitet:
das Thermistorelement 1 umfassend einen ersten leitenden
Draht 2a, welcher mit einem ersten Kerndraht 4a verbunden
ist, und einen zweiten leitenden Draht 2b, der mit einem
zweiten Kerndraht 4b verbunden ist; ein isolierender Halter 3;
und ein MI-Kabel 4, welches an einem Metallmantel 11 befestigt
ist. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel
wird eine geringe Menge von nicht ausgehärtetem Zement 26 in
einen Spalt zwischen der Hinteroberfläche 1k des Thermistorelements 1 und
der Vorderoberfläche 3s des
isolierenden Halters 3 eingebracht und nachfolgend verfestigt.
Danach wird die Baugruppe aus Thermistorelement 1 und isolierendem
Halter 3 in den Vorderabschnitt 5s der Metallhülle 5 eingesetzt,
in welchen zuvor weiterer nicht ausgehärteter Zement 26 eingefüllt wurde.
Dann wird der weitere nicht ausgehärtete Zement 26 verfestigt,
so dass das Thermistorelement 1 und der isolierende Halter
3 nicht nur miteinander, sondern auch an der Metallhülle 5 mittels
des Zements 26 befestigt sind. Nachfolgend wird vergleichbar
zum Temperatursensor 10 des ersten Ausführungsbeispiels der Hinterabschnitt 5k der
Metallhülle 5 gecrimpt
und lasergeschweißt. Die
weiteren Schritte des Herstellungsverfahrens entsprechen denen bekannter
Temperatursensoren.
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3. Drittes Ausführungsbeispiel
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Als
nächstes
wird das dritte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 8 beschrieben.
Beim Temperatursensor 10 des ersten Ausführungsbeispiels waren
ein Thermistorelement 1 und ein isolierender Halter 3 lediglich
durch Zement 6 miteinander verbunden, welcher dazwischen
vorhanden ist. Mit anderen Worten, zwischen einem isolierenden Halter 3 und
einem MI-Kabel 4 war nichts vorhanden. Daher lagen Zwischenabschnitte 4am und 4bm der
ersten und zweiten Kerndrähte 4a und 4b (siehe 2)
ebenso wie beim Temperatursensor 210 des zweiten Ausführungsbeispiels
(siehe 7) frei. Auf der anderen Seite sind bei einem
Temperatursensor 310 des dritten Ausführungsbeispiels der isolierende
Halter 3 und das MI-Kabel 4 durch Zement 36 miteinander
verbunden. Aus diesem Grund soll sich die Beschreibung hauptsächlich auf
die Unterschiede im Vergleich zum Temperatursensor 10 des
ersten Ausführungsbeispiels
konzentrieren, wobei die Beschreibung von gleichen Merkmalen weggelassen
oder vereinfacht wird.
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Eine
Struktur eines temperaturempfindlichen Abschnitts 310s des
Temperatursensors 310 des dritten Ausführungsbeispiels ist in 8 dargestellt. Wie 8 entnommen
werden kann, weisen das Thermistorelement 1, die ersten
und zweiten leitenden Drähte 2a und 2b,
der isolierende Halter 3, das MI-Kabel 4 und die
Metallhülle 5 die
gleiche Form und Anordnung wie entsprechende Elemente des Temperatursensors 10 des
ersten Ausführungsbeispiels
auf.
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Allerdings
umfasst der Temperatursensor 310 des dritten Ausführungsbeispiels
nicht nur Zement 6, sondern auch Zement 36, welcher
zwischen dem isolierenden Halter 3 und dem MI-Kabel 4 gefüllt ist.
Aus diesem Grund sind ähnlich
wie beim ersten Ausführungsbeispiel
das Thermistorelement 1 und der isolierende Halter 3 aneinander
durch Zement 6 befestigt. Weiterhin sind der isolierende
Halter 3 und der Vorderabschnitt 4s des MI-Kabels 4 aneinander durch
Zement 36 befestigt.
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Da
Zement 6 und 36 im Temperatursensor wie oben beschrieben
vorgesehen sind, sind das Thermistorelement 1 und der isolierende
Halter 3 einerseits miteinander sowie der isolierende Halter 3 und
das MI-Kabel 4 andererseits miteinander verbunden. Daher
vibrieren das Thermistorelement 1 und der isolierende Halter 3 nicht
unabhängig
voneinander im Vorderabschnitt 5s der Metallhülle 5,
auch wenn der Temperatursensor 310 externen Vibrationen
unterworfen ist. Im Ergebnis sind die ersten und zweiten leitenden
Drähte 2a und 2b vor
einem Brechen in einer Region geschützt, die zu den Zwischenabschnitten 2ab und 2bb korrespondiert.
Darüber
hinaus sind der isolierende Halter 3 und der Vorderabschnitt 4p des MI-Kabels 4 integriert,
wodurch eine unabhängige
Vibration derselben unterbunden ist. Folglich sind die ersten und
zweiten Kerndrähte 4a und 4b vor
einem Brechen an den Zwischenabschnitten 4am und 4bm geschützt, welche
zwischen der Hinteroberfläche 3k des
isolierenden Halters 3 und der Vorderoberfläche 4s des
MI-Kabels 4 angeordnet sind. Im Vergleich zum Temperatursensor 10 des
ersten Ausführungsbeispiels
weist der Temperatursensor 310 des dritten Ausführungsbeispiels
eine weiter verbesserte Zuverlässigkeit
hinsichtlich der Vibrationstoleranz auf. Insbesondere, da die Zwischenabschnitte 4am und 4bm der
ersten und zweiten Kerndrähte 4a und 4b von
Zement 36 des dritten Ausführungsbeispiels umgeben sind,
ist es unwahrscheinlich, dass die Zwischenabschnitte verbiegen oder brechen.
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Insbesondere
wird bei einem Verfahren zur Herstellung des Temperatursensors 310 (temperaturempfindlicher
Abschnitt 310s) des dritten Ausführungsbeispiels nicht ausgehärteter Zement 6 in
einen Spalt zwischen der Hinteroberfläche 1k des Thermistorelements 1 und
der Vorderoberfläche 3s des
isolierenden Halters 3 eingebracht. Davor oder danach wird
nicht ausgehärteter
Zement 36 in den Spalt zwischen der Hinteroberfläche 3k des
isolierenden Halters 3 und der Vorderoberfläche 4s des
MI-Kabels 4 eingebracht. Nachfolgend werden Zement 6 und 36 durch
Erwärmen
verfestigt. Dann wird, vergleichbar zum Temperatursensor 10 des
ersten Ausführungsbeispiels,
eine Baugruppe aus Thermistorelement 1 und isolierendem
Halter 3 in die Metallhülle 5 eingesetzt,
und nachfolgend der Hinterabschnitt 5k der Metallhülle 5 gecrimpt
und laserverschweißt.
Der Rest des Herstellungsverfahrens entspricht den Schritten bekannter
Temperatursensoren.
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4. Erste, zweite und dritte Modifikationen
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Die
obigen Ausführungsbeispiele
1 bis 3 verwenden einen in 3 dargestellten
isolierenden Halter 3, wobei allerdings unterschiedliche
Arten von isolierenden Haltern, wie beispielsweise in 9 dargestellt, verwendet werden können. Konkret,
ein isolierender Halter 43 gemäß der ersten Modifikation (siehe 9A)
hat erste und zweite Schlitze 43a und 43b, welche
sich in die gleiche Richtung (nach oben in 9A) wie
bei einer ”E”-Querschnittsform öffnen.
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Weiterhin,
hat ein isolierender Halter 53 gemäß einer zweiten Modifikation
(siehe 9B) erste und zweite Schlitze 53a und 53b,
welche sich in entgegengesetzter Richtung zueinander (nach oben
in 9B) wie bei einer ”H”-Querschnittsform öffnen.
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Darüber hinaus
besteht ein isolierender Halter 63 gemäß einer dritten Modifikation
(siehe 9C) aus zwei Elementen, einem
ersten und einem zweiten isolierenden Halter 63M und 63N,
welche zu einer einzelnen zylindrischen Einheit integriert sind,
die ein Schlitzpaar aufweist. Der erste isolierende Halter 63M weist
erste und zweite Rillen 63Ma und 63Mb und der
zweite isolierende Halter 63N weist erste und zweite Rillen 63Na und 63Nb auf.
Die ersten Rillen 63Ma und 63Na formen eine Durchgangsöffnung,
in welche der erste leitende Draht 2a und der erste Kerndraht 4a eingelegt
werden. Die zweiten Rillen 63Mb und 63Nb formen
eine Durchgangsöffnung,
in welche der zweite leitende Draht 2b und der zweite Kerndraht 4b eingelegt
werden.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Zusammenhang mit den ersten bis dritten
Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung
auf diese Ausführungsbeispiele
nicht beschränkt
ist und in modifizierter Form verwirklicht werden kann, ohne den
Umfang der Erfindung zu verlassen.
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Zum
Beispiel ist beim dritten Ausführungsbeispiel,
vergleichbar zum ersten Ausführungsbeispiel,
Zement 6 zwischen dem Thermistorelement 1 und
dem isolierenden Halter 3 angeordnet und Zement 36 zwischen
dem isolierenden Halter 3 und dem MI-Kabel 4 (siehe 8)
vorgesehen. Allerdings kann, vergleichbar zum Temperatursensor 210 des
zweiten Ausführungsbeispiels
(siehe 7), eine Baugruppe aus isolierendem Halter 3 und MI-Kabel 4 mit
dazwischen vorgesehenem Zement 36 bei einem Sensor eingesetzt
werden, bei dem das Thermistorelement 1 in den Vorderabschnitt 5s der Metallhülle 5 mit
einer relativ großen
Menge von Zement 26 eingebettet ist.
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Darüber hinaus
ist das Thermistorelement 1 beim zweiten Ausführungsbeispiel
von Zement 26 umgeben, um das Thermistorelement 1 einzubetten. Im
Hinblick auf die Vibrationstoleranz des Temperatursensors kann die
Verwendung von Zement auf das gegenseitige Befestigen des Thermistorelements 1 und
des isolierenden Halters 3 beschränkt werden, wobei der Zement
nicht notwendigerweise den gesamten Umfang des Thermistorelements 1 umgeben muss.
Um die thermische Leitfähigkeit
von Metallhülle 5 zum Thermistorelement 1 zu
erhöhen,
ist es jedoch bevorzugt, den Spalt zwischen Thermistorelement 1 und
Metallhülle 5 mit
Zement zu füllen,
um die Ansprechverhalten des Temperatursensors zu beschleunigen.
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Auf
der anderen Seite sind beim zweiten Ausführungsbeispiel etwa ein Drittel
der äußeren Peripherie
des isolierenden Halters 3 entlang der Achse AX von der
Spitzenendseite her im Zement 26 eingebettet. Verglichen
mit der im zweiten Ausführungsbeispiel
verwendeten Menge von Zement 26 kann die Zementmenge erhöht werden,
um den Spalt zwischen dem isolierenden Halter 3 und der
Metallhülle 5 noch
weiter zu füllen.
Mit dieser Herangehensweise kann der isolierende Halter 3 noch
effektiver befestigt und dessen Vibrationstoleranz weiter verbessert
werden. Allerdings neigt sich das Ansprechverhalten des Temperatursensors
zu verschlechtern, da Wärme über die
Metallhülle 5 zum
isolierenden Halter 3 und weiter zum MI-Kabel 4 übertragen
werden kann, ohne über
das Thermistorelement 1 geleitet zu werden. Bevorzugt wird
daher die Menge von Zement 26 auf die geringste Menge begrenzt,
die erforderlich ist, um das Thermistorelement 1 und den
isolierenden Halter 3 festzulegen bzw. um den isolierenden
Halter 3 an der Metallhülle 5 zu
befestigen, um das Ansprechverhalten des Temperatursensors nicht
zu verschlechtern.
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Für den Fachmann
ist es leicht erkennbar, dass weitere Änderungen in Form und Detail
der oben beschriebenen und gezeigten Erfindung gemacht werden können. Es
ist beabsichtigt, dass solche Änderungen
vom Wesen und Umfang der beiliegenden Ansprüche umfasst werden.