DE102008002191A1 - temperature sensor - Google Patents

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Abstract

Temperatursensor, umfassend ein Thermistorelement (21), eine Fixieranordnung (22) und ein Schutzrohr (23), wobei das Thermistorelement (21) durch die Fixieranordnung (22) in dem Schutzrohr (23) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixieranordnung aus mindestens zwei Formteilen (221, 222) besteht, zwischen denen ein Hohlraum (223) ausgebildet ist, der das Thermistorelement (21) zumindest teilweise aufnimmt.A temperature sensor, comprising a thermistor element (21), a fixing arrangement (22) and a protective tube (23), wherein the thermistor element (21) is fixed in the protective tube (23) by the fixing arrangement (22), characterized in that the fixing arrangement comprises at least two mold parts (221, 222), between which a cavity (223) is formed, which at least partially receives the thermistor element (21).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Temperatursensor nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.The The invention is based on a temperature sensor according to the preamble of independent claim 1.

Ein derartiger Temperatursensor ist beispielsweise aus der DE 102 33 880 B3 bekannt und weist ein Trägerelement mit einer Aussparung auf, in der ein Thermistorelement gehalten wird. Zur Schwingungsdämpfung sowie zur thermischen Anbindung des Thermistorelements dient ein Keramikvlies, das sich zwischen Trägerelement und dem Gehäuse des Temperatursensors befindet.Such a temperature sensor is for example from the DE 102 33 880 B3 known and has a carrier element with a recess in which a thermistor element is held. For vibration damping and for thermal connection of the thermistor element is a ceramic fleece, which is located between the carrier element and the housing of the temperature sensor.

Nachteilig an diesem Temperatursensor ist, dass der Wärmezutritt an das Thermistorelement von der Einbaubaulage des Temperatursensors abhängig ist und dass eine stabile Halterung des Thermistorelements nicht gewährleistet ist, insbesondere, wenn die Elastizität des Keramikvlieses aufgrund von Alterungsprozessen nachlässt.adversely At this temperature sensor is that the heat on the thermistor element of the mounting position of the temperature sensor is dependent and that a stable mounting of the thermistor element is not guaranteed, especially if the elasticity of the ceramic non-woven due to aging processes wears off.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der erfindungsgemäße Temperatursensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der Wärmezutritt an das Thermistorelement nicht von der Einbaulage des Temperatursensors abhängig ist und dass eine stabile Halterung des Thermistorelements auch über die Lebensdauer des Temperatursensors gewährleistet ist. Hierfür ist vorgesehen, dass der Temperatursensor eine Fixieranordnung und ein Schutzrohr umfasst, wobei das Thermistorelement durch die Fixieranordnung in dem Schutzrohr fixiert ist und wobei die Fixieranordnung aus mindestens zwei Formteilen besteht, zwischen denen ein Hohlraum ausgebildet ist, der das Thermistorelement zumindest teilweise aufnimmt.Of the inventive temperature sensor with the characterizing Features of independent claim 1 has in contrast the advantage that the heat access to the thermistor element not is dependent on the mounting position of the temperature sensor and that a stable mounting of the thermistor element also over the life of the temperature sensor is guaranteed. For this purpose, it is provided that the temperature sensor a Fixing arrangement and a protective tube, wherein the thermistor element is fixed by the fixing in the protective tube and wherein the fixing arrangement consists of at least two molded parts between which a cavity is formed, which at least the thermistor element partially absorbs.

Unter dem Begriff „Formteile” sind im Rahmen dieser Erfindung Teile zu verstehen, die eine ihnen aufgeprägte Form selbsttragend beibehalten.Under The term "moldings" are in the context of this Invention to understand parts that impressed them Retain shape self-supporting.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Temperatursensors möglich.By those listed in the dependent claims Measures are advantageous developments of the im Independent claim specified temperature sensor possible.

Vorteilhafterweise bestehen die mindestens zwei Formteile aus dem gleichen Material, so dass sie die gleichen thermischen Eigenschaften, insbesondere Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnung, aufweisen, wodurch mechanische Spannungen auch bei Temperaturänderungen weitgehend vermieden werden können.advantageously, the at least two moldings consist of the same material, so that they have the same thermal properties, in particular Thermal conductivity and thermal expansion, whereby mechanical stresses even with temperature changes can be largely avoided.

Es ist vorteilhaft, dass die Formteile eine gleiche Form haben, da auf diese Weise bei der Montage des Temperatursensors nur eine Formteilsorte gehandhabt werden muss.It is advantageous that the moldings have a same shape because in this way, when mounting the temperature sensor only one molding part must be handled.

Die Begriffe „gleiche Form” und ”gleiches Material” sind im Rahmen dieser Erfindung nicht eng auszulegen, sondern in dem Sinn zu verstehen, dass zwei Formteile auch dann als gleich bezüglich Form und Material gelten, wenn sie im Rahmen der für diese Eigenschaft spezifizierten Toleranz oder der tatsächlich auftretenden Fertigungsstreuung voneinander abweichen. Als gleich bezüglich Form und Material sollen zwei Formteile ferner auch dann gelten, wenn sie mit gleichen Fertigungsparametern, insbesondere in einer gleichen Charge, hergestellt sind. Als gleich bezüglich Form und Material sollen zwei Formteile ferner auch dann gelten, wenn sie die gleiche Funktion erfüllen, das heißt, wenn eines der beiden Formteile an Stelle des anderen der beiden Formteile verwendet werden kann und die Funktion des Temperatursensors unbeeinträchtigt bleibt.The Terms are "same shape" and "same material" in the context of this invention is not interpreted narrowly, but in the Sense to understand that two parts of the mold are also considered equal with respect to Form and material apply if they are in the context of for this Property specified tolerance or actually deviate from one another. As same in terms of shape and material to two moldings further even if they have the same manufacturing parameters, in particular in a same batch, are produced. As equals regarding Form and material should also apply to two moldings, if they perform the same function, that is, if one of the two moldings in place of the other of the two moldings can be used and the function of the temperature sensor unimpaired remains.

Zur mechanischen Fixierung und zur thermischen Ankopplung des Thermistorelements vorteilhaft ist es, dass die Fixieranordnung das Thermistorelement formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder mit geringem Spaltmaß aufnimmt. Besonders vorteilhafterweise betragen die zwischen Thermistorelement, Formteilen und Schutzrohr auftretenden Spaltmaße entlang mindestens 50%, insbesondere entlang mindestens 80%, der Fläche der Spalte höchstens 50 μm. Vorzugsweise treten Spaltmaße zwischen 10 μm und 50 μm auf.to mechanical fixation and thermal coupling of the thermistor element It is advantageous that the fixing arrangement the thermistor element positive and / or non-positive and / or absorbs with a small gap. Particularly advantageous be between the thermistor element, moldings and protective tube occurring gaps along at least 50%, in particular along at least 80%, the area of the column at most 50 μm. Preferably, gaps occur between 10 μm and 50 μm.

Ebenfalls zur mechanischen Fixierung und zur thermischen Ankopplung des Thermistorelements an die Fixieranordnung vorteilhaft ist es, dass das Thermistorelement in der Fixieranordnung durch einen Füllstoff, insbesondere durch einen Keramikklebstoff oder ein hochtemperaturfestes Glas, fixiert wird. Alternativ kann zu diesem Zweck auch ein Verbundwerkstoff vorteilhaft verwendet werden.Also for mechanical fixation and for thermal coupling of the thermistor element it is advantageous to the fixing arrangement that the thermistor element in the fixing arrangement by a filler, in particular by a ceramic adhesive or a high temperature resistant glass, is fixed. Alternatively, for this purpose, a composite material be used advantageously.

Es ist vorteilhaft, die Formteile durch CIM (keramisches Spritzgießen) herzustellen, da mit diesem Verfahren Keramikteile kostengünstig und präzise hergestellt werden können.It is advantageous, the moldings by CIM (ceramic injection molding) produce, as with this method ceramic parts cost and can be manufactured precisely.

Es ist vorteilhaft, das Schutzrohr auf die Fixieranordnung aufzuschrumpfen, da sich auf diese Weise mit geringem Aufwand eine beständige Verbindung zwischen Schutzrohr und Fixieranordnung herstellen lässt. Alternativ kann zu diesem Zweck auch das Magnetumformverfahren angewandt werden.It is advantageous to shrink the protective tube on the fixing, because in this way with little effort a stable Make connection between thermowell and fixing. Alternatively, the magnet forming method may be used for this purpose become.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Ein erfindungsgemäßer Temperatursensor ist in 1 in einer Schnittdarstellung und in 2 in einer perspektivischen Darstellung dargestellt. Die 1a stellt einen Ausschnitt der 1 vergrößert und detailliert dar.Embodiments of the invention are in the drawing shown and explained in more detail in the following description. An inventive temperature sensor is in 1 in a sectional view and in 2 shown in a perspective view. The 1a represents a section of the 1 enlarged and detailed.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Die 1, 1a und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Temperatursensor 10. Der Temperatursensor 10 umfasst ein Thermistorelement 21, eine Fixieranordnung 22 und ein Schutzrohr 23. Die Fixieranordnung 22 befindet sich innerhalb des Schutzrohrs 23 und dient der Fixierung und dem Schutz des Thermistorelements 21.The 1 . 1a and 2 show a temperature sensor according to the invention 10 , The temperature sensor 10 includes a thermistor element 21 , a fixing arrangement 22 and a protective tube 23 , The fixing arrangement 22 is inside the protective tube 23 and serves to fix and protect the thermistor element 21 ,

Die Fixieranordnung 22 besteht aus zwei bezüglich Form und Material gleichen Formteilen 221, 222. Die Formteile 221, 222 bestehen aus Aluminiumoxid und haben die Außenkontur von Halbzylindern mit jeweils einer abgerundeten Stirnseite, wobei der Durchmesser dieser Halbzylinder 3 mm und die Höhe dieser Halbzylinder 6 mm beträgt. Die Formteile 221, 222 sind so geformt und angeordnet, dass zwischen ihnen ein Hohlraum 223 ausgebildet ist, der das Thermistorelement 21 teilweise aufnimmt.The fixing arrangement 22 consists of two parts with the same shape and material 221 . 222 , The moldings 221 . 222 consist of alumina and have the outer contour of half-cylinders, each with a rounded face, the diameter of these half-cylinder is 3 mm and the height of this half-cylinder is 6 mm. The moldings 221 . 222 are shaped and arranged so that there is a cavity between them 223 is formed, which is the thermistor element 21 partially absorbs.

Der Aufbau des Thermistorelements 21 ist in 1a dargestellt. Das Thermistorelement 21 weist ein Widerstandsteil 211 auf, das ein Halbleitermaterial, beispielsweise Fe2O3, ZnTiO4 oder MgCr2O4, enthält. Das Widerstandsteil 211 definiert die Temperatur- Widerstands-Charakteristik des Thermistorelements 21. Das Widerstandsteil 211 wird durch zwei Zuleitungen 213a, 213b kontaktiert. Eine Umhüllung 212 umgibt und schützt das Widerstandsteil 211 und Teile der Zuleitungen 213a, 213b. Die Umhüllung 212 besteht aus Glas oder aus einem anderen thermisch und mechanisch beständigen Stoff.The structure of the thermistor element 21 is in 1a shown. The thermistor element 21 has a resistance part 211 which contains a semiconductor material, for example Fe 2 O 3 , ZnTiO 4 or MgCr 2 O 4 . The resistance part 211 defines the temperature-resistance characteristic of the thermistor element 21 , The resistance part 211 is through two supply lines 213a . 213b contacted. A serving 212 surrounds and protects the resistance part 211 and parts of the supply lines 213a . 213b , The serving 212 is made of glass or another thermally and mechanically resistant material.

Die Umhüllung 212 und Teile der Zuleitungen 213a, 213b des Thermistorelements 21 werden durch den Hohlraum 223 form- und kraftschlüssig aufgenommen.The serving 212 and parts of the supply lines 213a . 213b of the thermistor element 21 be through the cavity 223 positively and non-positively absorbed.

Alternativ zum Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass die Fixieranordnung 22 aus mehr als 2 Formteilen 221, 222, zum Beispiel aus 3, 4 oder mehr Formteilen, besteht. Alternativ zum Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass die Formteile 221, 222 bezüglich Form und Material zumindest teilweise nicht gleich sind.As an alternative to the exemplary embodiment, it is also possible that the fixing arrangement 22 from more than 2 moldings 221 . 222 , For example, from 3, 4 or more moldings exists. As an alternative to the embodiment, it is also possible that the molded parts 221 . 222 at least partially not the same in terms of shape and material.

Selbstverständlich können die Formteile 221, 222 auch eine andere Form als im Ausführungsbeispiel haben und aus einem anderen Material, insbesondere aus einer anderen hochtemperaturbeständigen und mechanisch stabilen gasdichten Keramik bestehen. Beispiele für solche Keramiken sind Al2O3, AlTiO, ZrO2, AlN, SiC und Si3N4. Die Formteile 221, 222 können auch aus einer Keramik bestehen, die mehrere der genannten Stoffe enthält, insbesondere aus ZTA (mit Zirkonoxid verstärktes Aluminiumoxid) oder aus ATZ (mit Aluminiumoxid verstärktes Zirkonoxid).Of course, the moldings 221 . 222 also have a different shape than in the embodiment and consist of another material, in particular of another high-temperature resistant and mechanically stable gas-tight ceramic. Examples of such ceramics are Al 2 O 3 , AlTiO, ZrO 2 , AlN, SiC and Si 3 N 4 . The moldings 221 . 222 may also consist of a ceramic containing a plurality of said substances, in particular of ZTA (zirconia-reinforced alumina) or of ATZ (alumina-reinforced zirconia).

Optional ist es möglich, zwischen dem Fixierelement 22 und dem Thermistorelement 21 einen Füllstoff, insbesondere aus Keramik oder ein hochtemperaturfestes Glas einzubringen. Die Aufgabe dieses Füllstoffes ist es, verbliebene Spalte zu füllen und den thermischen Kontakt zwischen Fixierelement 22 und Thermistorelement 21 weiter zu verbessern.Optionally, it is possible between the fixing element 22 and the thermistor element 21 to introduce a filler, in particular made of ceramic or a high temperature resistant glass. The purpose of this filler is to fill remaining gaps and thermal contact between the fixing element 22 and thermistor element 21 continue to improve.

Die Formteile 221, 222 werden beispielsweise in einem Spritzgussverfahren, beispielsweise durch CIM (Ceramic Injection Moulding), hergestellt, wobei die Temperatur der Keramik bei Spritzverguss zwischen 100°C und 200°C liegt. Alternativ wäre es auch möglich, die Formteile mit einem anderen Verfahren herzustellen, zum Beispiel durch Pressen, Niederdruckgießen oder durch Hartbearbeitung.The moldings 221 . 222 For example, in an injection molding process, for example, by CIM (Ceramic Injection Molding), produced, wherein the temperature of the ceramic in Spritzverguss between 100 ° C and 200 ° C. Alternatively, it would also be possible to produce the moldings with another method, for example by pressing, low-pressure casting or by hard machining.

Die Montage des Schutzrohrs 23, das beispielsweise aus Stahl besteht, kann beispielsweise dadurch geschehen, dass das Schutzrohr 23 erwärmt und über den Verbund aus Thermistorelement 21 und Fixieranordnung 22 geschoben wird. Bei der anschießenden Abkühlung des Schutzrohres 23 kommt es zu einer Schrumpfung des Schutzrohrs 23 und somit zu einer Verpressung zwischen Schutzrohr 23 und dem Verbund aus Thermistorelement 21 und Fixieranordnung 22.The mounting of the protective tube 23 , which consists for example of steel, can be done, for example, that the protective tube 23 heated and over the composite of thermistor element 21 and fixing arrangement 22 is pushed. At the subsequent cooling of the protective tube 23 it comes to a shrinkage of the protective tube 23 and thus to a compression between the protective tube 23 and the composite of thermistor element 21 and fixing arrangement 22 ,

Alternativ wäre es auch möglich, die Schrumpfung des Schutzrohr 23 nicht durch Erwärmung und Abkühlung, sondern mittels eines Magnetumformverfahrens zu erzielen, eines an sich bekannten Verfahrens, das auf der Wechselwirkung eines von außen angelegten, zeitlich veränderlichen, starken Magnetfelds mit den im Werkstück induzierten elektrischen Strömen basiert.Alternatively, it would also be possible to shrink the thermowell 23 not by heating and cooling, but by means of a Magnetumformverfahrens to achieve a per se known method, which is based on the interaction of an externally applied, time-varying, strong magnetic field with the induced in the workpiece electrical currents.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10233880 B3 [0002] - DE 10233880 B3 [0002]

Claims (8)

Temperatursensor, umfassend ein Thermistorelement (21), eine Fixieranordnung (22) und ein Schutzrohr (23), wobei das Thermistorelement (21) durch die Fixieranordnung (22) in dem Schutzrohr (23) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixieranordnung aus mindestens zwei Formteilen (221, 222) besteht, zwischen denen ein Hohlraum (223) ausgebildet ist, der das Thermistorelement (21) zumindest teilweise aufnimmt.Temperature sensor, comprising a thermistor element ( 21 ), a fixing arrangement ( 22 ) and a protective tube ( 23 ), wherein the thermistor element ( 21 ) by the fixing arrangement ( 22 ) in the protective tube ( 23 ), characterized in that the fixing arrangement consists of at least two molded parts ( 221 . 222 ) between which a cavity ( 223 ) is formed, which the thermistor element ( 21 ) at least partially absorbs. Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Formteile (221, 222) aus dem gleichen Material bestehen.Temperature sensor according to claim 1, characterized in that the at least two molded parts ( 221 . 222 ) consist of the same material. Temperatursensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (221, 222) aus Keramik bestehen.Temperature sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the molded parts ( 221 . 222 ) consist of ceramic. Temperatursensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (221, 222) eine gleiche Form haben.Temperature sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the molded parts ( 221 . 222 ) have the same shape. Temperatursensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermistorelement (21) durch den Hohlraum (223) formschlüssig und/oder kraftschlüssig aufgenommen ist.Temperature sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the thermistor element ( 21 ) through the cavity ( 223 ) is received positively and / or non-positively. Temperatursensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermistorelement (21) in dem Hohlraum (223) durch einen Füllstoff, insbesondere durch einen Keramikklebstoff oder ein hochtemperaturfestes Glas oder ein Verbundwerkstoff fixiert ist.Temperature sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the thermistor element ( 21 ) in the cavity ( 223 ) is fixed by a filler, in particular by a ceramic adhesive or a high temperature resistant glass or a composite material. Temperatursensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltmaß zwischen den Formteilen (221, 222) und/oder das Spaltmaß zwischen den Formteilen (221, 222) und dem Thermistorelement (21) und/oder das Spaltmaß zwischen den Formteilen (221, 222) und dem Schutzrohr (23) entlang mindestens 50%, insbesondere entlang mindestens 80%, der Fläche der Spalte höchstens 50 μm, insbesondere zwischen 50 μm und 10 μm beträgt.Temperature sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the gap between the molded parts ( 221 . 222 ) and / or the gap between the moldings ( 221 . 222 ) and the thermistor element ( 21 ) and / or the gap between the moldings ( 221 . 222 ) and the protective tube ( 23 ) along at least 50%, in particular along at least 80%, the area of the column is at most 50 μm, in particular between 50 μm and 10 μm. Temperatursensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermistorelement (21) aus einem Widerstandsteil (211) und einer den Widerstandsteil umschießenden Umhüllung (212) besteht, wobei der Widerstandsteil (211) durch die Umhüllung (212) hindurch mit zwei Zuleitungen (213a, 213b) verbunden ist und wobei die Zuleitungen (213a, 213b) zumindest teilweise in der Fixieranordnung (22) verlaufen.Temperature sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the thermistor element ( 21 ) from a resistance part ( 211 ) and an enclosure surrounding the resistive part ( 212 ), the resistance part ( 211 ) through the envelope ( 212 ) through with two supply lines ( 213a . 213b ) and the supply lines ( 213a . 213b ) at least partially in the fixing arrangement ( 22 ).
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