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Die Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Temperaturfühler mit einem Thermoelement, umfassend eine temperaturbeständige und mechanisch flexible Mantelleitung mit Thermoleitern, welche an einer Messseite zu einer temperatursensitiven Thermoperle verschweißt sind und an der Messseite von einem Schutzelement umgeben sind.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Temperaturfühlers mit einem Thermoelement, wobei Thermoleiter einer temperaturbeständigen und mechanisch flexiblen Mantelleitung an einer Messseite zu einer temperatursensitiven Thermoperle verschweißt werden und wobei an der Messseite ein die Thermoperle umgebendes Schutzelement angeordnet wird.
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Derartige Temperaturfühler mit einem Thermoelement sind geeignet für den Einsatz in Abgasstrecken von Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Aufladung mittels Turbolader und/oder Kompressoren. Turbolader und Kompressoren müssen im Allgemeinen vor Überhitzung geschützt werden. Dazu werden Temperaturfühler im Turbolader- bzw. Kompressorgehäuse angeordnet und mit Auswerteeinrichtungen verschaltet. Bei Messanordnungen in mit Dieselkraftstoff betriebenen Verbrennungsmotoren sind Schutz- und Messeinrichtungen auf Temperaturen zwischen 600° und 900°C eingestellt. Bei mit Benzinkraftstoff betriebenen Verbrennungsmotoren mit Turbolader und Kompressoren beträgt die Schutztemperatur ungefähr 1100°C. Die Temperatur im Turbolader wird neben der Verwendung als Abschaltwert auch als Regelgröße im Zusammenhang mit anderen Messsignalen eines Abgas- und Ansaugstranges zur Steuerung des Verbrennungsmotors verwendet.
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Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche und vielfältige Ausführungen von Temperaturfühlern bekannt, welche für einen Einsatz bei derartig hohen Temperaturen vorgesehen sind. Die Temperaturfühler sind hinsichtlich eines verwendeten Temperatursensors, einer Anzahl der verwendeten Temperatursensoren und hinsichtlich einer Konstruktion und Technologie unterscheidbar.
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Aus der
DE 40 21 997 C2 ist ein derartiger als Hochtemperaturthermistor ausgebildeter Temperaturfühler beschrieben, der im Inneren eines temperaturbeständigen Metallrohres angeordnet ist und der aus einem vorgegebenen Gemisch zur Ausbildung einer Keramik besteht, so dass ein gewisses Änderungsmaß eines Widerstandes gegenüber einem Anfangswiderstand innerhalb der vorgegebenen Grenzen liegt.
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Weiterhin wird in der
DE 198 061 10 C2 ein Abgassensor beschrieben, der ein temperaturempfindliches Messelement aus einem Keramiksubstrat enthält, auf dem eine Platin-Widerstandszuleitung und Kontakt-Pads ausgebildet sind. Mit den Kontakt-Pads ist ein Kabelanschluss direkt verbunden.
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Aus der
DE 10 2006 034 248 B3 ist eine Messanordnung mit einem elektrischen Messwiderstand bekannt, in dem ein Füllstoff in einem Schutzrohr angeordnet ist. Die Füllstoffanordnung bzw. eine Ausbildung einer Dichte des Füllstoffes längs des Schutzrohres weist einen Gradienten auf, wobei die Dichte des Füllstoffes an einer Position ein Maximum besitzt, an dem das Schutzrohr eine Engstelle aufweist.
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Ferner sind aus der
DE 2004 007 906 A1 Hochtemperatursensoren bekannt, die sich durch eine keramisch isolierte Fassungsisolation auszeichnen und bei denen ein unteres Ende eines Fassungselementes derart ausgebildet ist, dass sich im Inneren ein Platindünnschichtsensor ausbildet.
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Die oben genannten Ausführungen weisen beim Dauereinsatz von 1100°C eine zu geringe Lebensdauer sowie eine zu hohe Sensordrift auf.
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Die
US 4,865,462 A offenbart ein Thermoelement, bei welchem ein inneres Mantelthermoelement durch ein äußeres perforiertes Schutzrohr geschützt wird. Nachteilig erweist sich bei dieser Anordnung, dass die Schweißnaht im Heißstrombereich liegt und damit ein besonders hohes Gefährdungspotential aufweist.
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Die
US 5,662,418 A offenbart einen Temperaturfühler, der ein inneres Mantelthermoelement umfasst, welches mittels eines äußeren Schutzrohres mechanisch stabilisiert ist. Das Schutzrohr ist seitlich aufgefräst und weist offene, der Strömung zugewandte Abschnitte auf. Die entsprechende Anordnung weist zwar eine hohe Stabilisierung durch den Schutz des Elementes bis in die Spitze auf, jedoch ist die Ausbildung des Schutzteils so massiv, dass erhebliche messdynamische Nachteile entstehen.
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Des Weiteren offenbart die
DE 41 38 460 A1 ein gekapseltes Thermoelement, welches eine äußere keramische Hülle aufweist. Zwischen einem Prozessrand und einer Fühlerfassung ist ein Kittrand angeordnet. Die gesamte Anordnung ist nicht ausgelegt für Messgasanströmungen mit mittleren Strömungsstärken, sondern wegen der Durchlässigkeit des Rohres für Hochtemperaturstrahlungsmessung geeignet.
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Aus der
US 4,485,263 A ist ein Temperaturfühler bekannt, bei welchem ein stark abgehämmertes Mantelthermoelement mit einer separaten Halbschale stumpf verschweißt wird. Um das fertige Mantelthermoelement ist ein Schutzrohr gezogen, welches eine Perforation aufweist.
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Die
DE 10 2004 007 906 A1 beschreibt einen Temperaturfühler, der eine Innenbohrung aufweist, in welcher Thermodrähte angeordnet sind. Die Thermodrähte sind medienseitig verschweißt und am hinteren Ende mit elektrischen Anschlüssen ausgebildet. Um dieses freie Thermoelement ist ein perforiertes Schutzrohr gezogen.
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Aus der
DE 20 2008 016 201 U1 ist ein Hochtemperaturfühler bekannt, der ein speziell verformtes Mantelthermoelement aufweist. Die Verformungen betreffen eine Messspitze, welche im Inneren eine Temperaturmessperle enthält und welche nach einer Pulverdichtung mit einem speziellen Boden verschließbar ist. Um die Zuverlässigkeit der Bodenschweißung zu erhöhen, ist der Boden formschlüssig und/oder konisch gestaltet und abgehämmert.
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Die
DE 10 2008 060 033 A1 beschreibt einen Temperaturfühler, bei dem ein Sensorelement aus einer Thermodrahtperle besteht, welche aus einer Mantelleitung herausragt und von einer Schutzhülse, welche auf einem einem Medium zugewandten Ende der Mantelleitung befestigt ist, umgeben ist. Die Schutzhülse ist einteilig und weist keine Schweißstelle auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten thermoelektrischen Temperaturfühler anzugeben, welcher auch bei Temperaturen von bis zu 1200°C oder mehr verwendbar ist, zur Erfassung schneller Temperaturmessänderungen geeignet ist, eine geringe Ausfallrate aufweist und in großen Einbaulängen fertigbar ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Temperaturfühlers anzugeben.
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Hinsichtlich des thermoelektrischen Temperaturfühlers wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 17 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der thermoelektrische Temperaturfühler umfasst ein Thermoelement, welches eine temperaturbeständige und mechanisch flexible Mantelleitung mit Thermoleitern umfasst, welche an einer Messseite zu einer temperatursensitiven Thermoperle verschweißt ist und an dieser Messseite von einem Schutzelement umgeben ist. Erfindungsgemäß ist in dem Schutzelement ein aus insbesondere gut Wärme leitender Keramik gebildetes Schalenelement angeordnet, welches eine zu der Thermoperle korrespondierende Aussparung umfasst, in welche die Thermoperle zumindest teilweise hineinragt.
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Gegenüber den aus den Stand der Technik bekannten Lösungen zeichnet sich der erfindungsgemäße Temperaturfühler aufgrund der Ausbildung und Anordnung des Schutzelements durch einen verbesserten Schutz vor dem zu messenden Medium, insbesondere Heißgasmedium, aus, woraus sich eine hohe Lebensdauer und Langstabilität des Temperaturfühlers ergeben. Daraus resultierend werden Drifterscheinungen des Temperaturfühlers vermieden oder zumindest vermindert, so dass der Temperaturfühler auch zur Verwendung bei Temperaturen von bis zu 1200°C oder mehr verwendbar ist. Weiterhin ist eine zusätzliche umhüllende Anordnung geschlossener oder perforierter Zusatzschutzrohre um die Thermoperle nicht erforderlich, so dass eine Messdynamik des Thermoelements und somit des Temperaturfühlers nicht eingeschränkt ist. Hieraus ergibt sich, dass auch schnelle Temperaturänderungen exakt erfassbar sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Thermoperle berührungsfrei in die Aussparung hineinragend angeordnet, so dass eine freie Bewegung der Thermoperle möglich ist und Beeinflussungen der Thermoperle durch das Schutzelement vermieden werden.
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Ferner ist die Keramik in einer Weiterbildung aus hochverdichtetem Bornitrid mit hexagonaler oder kubischer Kristallstruktur gebildet. Das Bornitrid ist in einer weiteren Ausgestaltung gesintert. Die Versinterung erfolgt derart, dass die Keramik durch einen Thermoschock in einen pulverförmigen Zustand zurückversetzbar ist. Somit ist das Schalenelement zu einem besonders guten Schutz der Thermoperle geeignet und zerfällt bei starken Temperaturwechseln bzw. Temperaturschocks in einfacher Weise. Aufgrund der kubischen oder hexagonalen Kristallstruktur ist eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig hoher elektrischer Isolationsfähigkeit der Keramik realisierbar. Hieraus resultiert in besonders vorteilhafter Weise eine besonders schnelle Reaktion der Temperatursensoren auf Temperaturänderung und daraus folgend eine hohe mögliche Messdynamik mit minimierten Totzeiten.
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Zur einfachen Erzeugung des Schalenelements ist die Keramik gemäß einer Weiterbildung vorzugsweise in einen Boden des Stützelements eingepresst. Daraus folgend sind das Schutzelement und das Schalenelement als gemeinsames Bauteil erzeugbar und handhabbar.
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Die Keramik des Schalenelements genügt hinsichtlich elektrischer und wärmetechnischer Eigenschaften nicht dem Wiedemann-Franzschen Gesetz. Hierbei weist das aus der Keramik gebildete Schalenelement insbesondere eine Kugelschalenform, besonders bevorzugt eine Halbkugelschalenform auf, so dass sich von der Thermoperle aus zu einer der Thermoperle abgewandten Außenseite des Schutzelements gleiche Abstände ergeben, aus welchen sich gleiche thermische Strecken und Widerstände für alle zur Temperaturerfassung relevanten Oberflächenbereiche der Thermoperle ergeben. Dabei entspricht der Kugelradius des Schalenelements vorzugsweise dem Innenradius des Schutzelements, wobei das Schutzelement gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung einen zu dem Schalenelement korrespondierenden, halbkugelförmigen Boden aufweist.
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In einer Ausgestaltung sind das Schalenelement und das Schutzelement als Verbundbauteil ausgebildet, wobei die Keramik als Pulver oder als Suspension in das Schutzelement eingebracht und anschließend verdichtet ist. Insbesondere ist die Keramik in das Schutzelement, beispielsweise mittels eines Stempels, eingepresst. Daraus resultiert in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, das Schalenelement auch bei sehr kleinen Abmessungen des Schutzelements zu erzeugen und sehr genau in dem Schutzelement anzuordnen und auszurichten.
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Weiterhin ist die Keramik nach der Verdichtung bevorzugt ausgehärtet, um das Schalenelement mit einer vorgegebenen Stabilität zu erzeugen, wobei die Aushärtung mittels chemischer, thermischer, mechanischer und/oder anderer Verfahren erfolgt.
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Besonders bevorzugt ist das Schutzelement als Schutzhülse mit einem im Querschnitt halbkreisförmigen Boden ausgebildet, welche mit der Mantelleitung verschweißt und/oder verpresst ist, wobei zumindest eine Schweißnaht und/oder die Verpressung in einem abgehämmerten Bereich der Mantelleitung, in welchem insbesondere ein Konus ausgebildet ist, erzeugbar ist. Daraus resultiert in vorteilhafter Weise die Möglichkeit einer einfachen Rundschweißbarkeit der Schutzhülse mit der Mantelleitung.
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In einer Weiterbildung sind die Mantelleitung und das Schutzelement von einem zumindest die Schweißnaht überdeckenden gemeinsamen Stützelement umgeben, wobei das Stützelement kraft-, stoff- und/oder formschlüssig mit der Mantelleitung und/oder dem Schutzelement verbunden ist. Das Stützelement ist vorzugsweise weiterhin im oberen Teil, in welchem sich ein Prozessanschluss befindet, mit der Mantelleitung verbunden. In einer besonderen Ausführung ist das Stützelement mit der Mantelleitung im Zwischenbereich einer Verjüngung und der Schweißnaht verpresst, so dass keine weiteren Befestigungen zwischen Mantelleitung und dem Stützelement erforderlich sind. Weist das Stützelement eine vorgegebene Länge auf, so ist mit dem Stützelement weiterhin eine Befestigung und/oder Fixierung der Thermoausgleichsleitung realisierbar.
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Zur elektrischen Signalauswertung ist die Mantelleitung in einer Ausgestaltung an einem der Messseite abgewandten Ende mit einer Thermoausgleichsleitung verbunden.
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Besonders bevorzugt ist das Schutzelement derart ausgebildet, dass Verbindungsbereiche, in welchen Leitungselemente der Thermoausgleichsleitung mit Thermoleitern der Mantelleitung verbunden sind, von dem Stützelement umgeben oder überdeckt sind. Somit ist mittels des Stützelements zusätzlich zur Überdeckung der Schweißnaht zwischen dem Schutzelement und dem Mantelelement auch eine Überdeckung der Verbindungsbereiche und somit ein Schutz derselben realisierbar.
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In einer zweckmäßigen Ausführung ragen aus der Mantelleitung an der Messseite die Thermoleiter hindurch und sind dort verschweißt. Somit ist die gebildete Thermoperle außerhalb der Mantelleitung angeordnet und nicht von dieser verdeckt, so dass die hohe mögliche Messdynamik des Temperaturfühlers weiter verbessert ist.
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Weiterhin ist die Mantelleitung an einem der Messseite abgewandten Ende insbesondere mittels eines Vergussmittels und/oder Dichtungsmittels dicht verschlossen und somit vor eindringenden Fremdstoffen, insbesondere Feuchtigkeit und Staub, geschützt. Bei dem Verguss- und/oder Dichtungsmittel handelt es sich in einem Ausführungsbeispiel um so genanntes Glaslot.
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Vorzugsweise ist die Mantelleitung zusätzlich von einem der Messseite abgewandten Ende zur Messseite hin einfach oder mehrfach verjüngt ausgebildet. Aus der verjüngten Ausbildung resultiert, dass der Temperaturfühler zumindest an der Messseite sehr kompakt ausgebildet ist und eine geringe thermische Masse aufweist.
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Hierbei ist vorzugsweise auch das Stützelement einfach oder mehrfach verjüngt ausgebildet, wobei zur Erzeugung einer besonders passgenauen Ausbildung des Stützelements zur Mantelleitung das Stützelement und die Mantelleitung gleichzeitig verformt werden.
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In einem Verfahren zur Herstellung eines Temperaturfühlers mit einem Thermoelement werden Thermoleiter einer temperaturbeständigen und mechanisch flexiblen Mantelleitung an einer Messseite zu einer temperatursensitiven Thermoperle verschweißt und an der Messseite wird ein die Thermoperle umgebendes Schutzelement angeordnet. Erfindungsgemäß wird in dem Schutzelement ein aus Keramik gebildetes Schalenelement mit einer zu der Thermoperle korrespondierenden Aussparung angeordnet, wobei die Thermoperle zumindest teilweise in die Aussparung hineinragend angeordnet wird.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das Schalenelement und das Schutzelement als Verbundbauteil ausgebildet, wobei die Keramik als Pulver oder als Suspension in das Schutzelement eingebracht und anschließend verdichtet wird. Insbesondere wird die Keramik in das Schutzelement, beispielsweise mittels eines Stempels, eingepresst. Daraus resultiert in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, das Schalenelement auch bei sehr kleinen Abmessungen des Schutzelements zu erzeugen und sehr genau in dem Schutzelement anzuordnen und auszurichten.
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Weiterhin wird die Keramik nach der Verdichtung bevorzugt in dem Schutzelement ausgehärtet und/oder zumindest teilweise gesintert, um das Schalenelement mit einer vorgegeben Stabilität zu erzeugen, wobei die Aushärtung mittels chemischer, thermischer, mechanischer und/oder anderer Verfahren erfolgt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch einen Temperaturfühler mit Innenaufbau und einem Stützelement sowie einer angeschlossenen Thermoausgleichsleitung,
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2 schematisch eine Messspitze eines Temperaturfühlers, bei welchem das Stützelement verquetscht ist,
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3 schematisch einen verjüngt ausgebildeten Temperaturfühler,
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4 schematisch einen Temperaturfühler mit Innenaufbau, bei dem die Thermoperle in Keramikpulver eingebettet ist,
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5 schematisch einen Temperaturfühler mit Innenaufbau, bei dem zwischen Mantelleitung und Stützelement ein Blindrohr angeordnet ist,
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6 eine Ausführung, bei der die Thermoperle von einem festen (monolithischen) Keramikschalenelement und Keramikpulver umschlossen ist,
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7 eine Ausführung mit gesonderter zusätzlicher Mantelleitung im vorderen Bereich,
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8 eine Ausführung mit gesonderter zusätzlicher Mantelleitung im vorderen Bereich und zusätzlichem Thermokreis
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9 schematisch einen Temperaturfühler mit einer Dehnungsschleife einer Mantelleitung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Temperaturfühlers 1 dargestellt. Der Temperaturfühler 1 ist dabei zur Erfassung der Abgastemperatur innerhalb eines Turboladers für eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich sind weitere Hochtemperaturanwendungen möglich, bei welchen zumindest kurzzeitig Temperaturen von mehr als 1200°C auftreten können.
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Innerhalb des Temperaturfühlers 1 ist eine dünnwandige Mantelleitung 2, eine so genannte Thermomantelleitung, angeordnet, welche ein als Mantelthermoelement ausgebildetes Thermoelement bildet.
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Die Mantelleitung 2 umfasst ein Mantelrohr 2.1, einen abgehämmerten, verjüngten Bereich 2.2 und zwei Thermoleiter 2.3, 2.4, welche einseitig, d. h. an der Messseite des Temperaturfühlers 1, zu einer Thermoperle 2.5 verschweißt sind. Die Thermoleiter 2.3, 2.4 sind dabei als massive Thermodrähte ausgebildet und ragen aus dem Mantelrohr 2.1 heraus. Innerhalb der Mantelleitung 2 befindet sich weiterhin ein keramisches Innenpulver 2.6 als Isolationsmittel.
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An der der Messseite abgewandten Seite ragen die Thermoleiter 2.3, 2.4 aus der Mantelleitung 2 heraus und sind mit insbesondere als Litzen ausgebildeten Leitungselementen 4.1, 4.2 einer Thermoausgleichsleitung 4 verbunden. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise durch Verschweißung und/oder Vercrimpen in Verbindungsbereichen 4.3, 4.4. Die Leitungselemente 4.1, 4.2 sind isoliert ausgebildet und umfassen hierzu jeweils ein separates Isolationselement 4.5, 4.6. Weiterhin ist ein gemeinsames Isolationselement 4.7 vorgesehen, mit welchem die gesamte Thermoausgleichsleitung 4 an einer Verbindungsstelle zur Mantelleitung 2 überzogen ist.
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Das Isolationselement 4.7 ist elastisch ausgebildet und gleicht ein Fehlvolumen zwischen einem als Stützhülse bzw. Stützrohr ausgebildeten Stützelement 5 und der Mantelleitung 2 aus. Gleichzeitig dient das Isolationselement 4.7 als Knickschutz. In einer besonderen Ausführung kann auch eine dickwandige Isolation der Thermoausgleichsleitung 4, welche ausreichend weit in das Stützelement 5 hineinragt, die Stütz- und Knickschutzfunktion des gemeinsamen Isolationselementes 4.7 übernehmen.
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Das Stützelement 5 ist mit dem Mantelrohr 2.1 der Mantelleitung 2 im oberen Teil, der sich oberhalb eines Prozessanschlusses 14 befindet, verbunden. Die Verbindung erfolgt mittels einer Verpressung der Stützelements 5 in den Bereichen B1 und B4. Im Bereich 1 erfolgt die Verpressung wannenförmig und im Bereich B4 durch Einbringen einer umlaufenden Rille 15. Der Prozessanschluss 14 ist an das Stützelement 5 mittels einer Schweißnaht 16 geschweißt.
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Zum Schutz der Thermoperle 2.5 ist ein Schutzelement 6 vorgesehen, wobei das Schutzelement 6 als Schutzhülse ausgebildet und derart angeordnet ist, dass der Temperaturfühler 1 vollständig verschlossen ist. Zum Schutz der Thermoperle 2.5 ist in dem Schutzelement 6 weiterhin ein aus Keramik gebildetes Schalenelement 7 angeordnet, welches eine zu der Thermoperle 2.5 korrespondierende Aussparung 7.1 aufweist. In diese Aussparung 7.1 ragt die Thermoperle 2.5 teilweise hinein, so dass diese von dem halbkugelförmig ausgebildeten Schalenelement 7 geschützt ist. Das Schalenelement 7 füllt dabei den vorderen Raum des Schutzelements 6 aus.
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Das Schalenelement 7 ist insbesondere aus Bornitrid gebildet und ist im Weiteren hochdicht versintert. Die Versinterung erfolgt in der Art, dass das Schalenelement 7 bei vorgegebenen Temperaturschocks leicht zerfällt und zu einer guten Umhüllung der Thermoperle 2.5 im praktischen Gebrauch führt.
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Das Stützelement 5 überragt das im vorderen Teil verwendete Schutzelement 6 ungefähr um 1/3 in dessen Längenausdehnung. Das Schutzelement 6 ist im Weiteren leicht angepresst, so dass in dessen Außenseite Längsrillen 8 entstehen. Dadurch wird das Schutzelement 6 fest mit dem Mantelrohr 2.1 des abgehämmerten Bereichs 2.2 der Mantelleitung 2 verpresst. Die nach vorne über die Rundung des Schutzelements 6 auslaufenden Längsrillen 8 ermöglichen bei schnellen Temperaturänderungen eine Ausdehnung oder thermisch bedingte Längsverschiebungen des Schutzelements 6, ohne dass Spannungszustände entstehen.
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Das Schutzelement 6 ist über eine Schweißnaht 9 weiterhin mit dem Mantelrohr 2.1 des abgehämmerten Bereichs 2.2 der Mantelleitung 2 verschweißt, wobei die Erzeugung der Schweißnaht 9 vorzugsweise in einem Rundschweißverfahren erfolgt. Aufgrund der Anordnung der Schweißnaht 9 befindet sich diese nicht direkt im Heißgasstrom, so dass eine Lebensdauer der Schweißnaht 9 nicht durch Hochkorrosions- und Relaxationseffekte negativ beeinflusst wird.
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Dabei erfolgt die Verschweißung in der Art, dass die Schweißnaht 9 sich am Konus oder Konusrand der abgehämmerten Mantelleitung 2 befindet. Die Mantelleitung 2 ist im vorderen Teil soweit abgehämmert, dass ein Außendurchmesser des Schutzelements 6 und ein Außendurchmesser der Mantelleitung 2 im ungehämmerten Teil etwa gleich groß sind. Im Bereich der Schweißnaht 9 sind das Mantelrohr 2.1 und das Schutzelement 6 mittels des Stützelements 5 abgedeckt.
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An der der Medienseite abgewandten Seite des Temperaturfühlers 1 ist die Mantelleitung 2 mit einer Thermoausgleichsleitung 4 verbunden. Ein Zwischenraum zwischen der Mantelleitung 2 und der Thermoausgleichsleitung 4 ist mit einem Vergussmittel 10 gefüllt. Das Vergussmittel 10 ist hochtemperaturfest und im Ausgangszustand vor der Verarbeitung dünnflüssig. Es wird eingegossen, bevor das elastische Isolationselement 4.7 über das untere Ende der Mantelleitung 2 geschoben wird und das Stützelement 5 über eine wandförmige Verpressung formschlüssig an die Thermoausgleichsleitung 4 angepresst wird.
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2 zeigt eine Messspitze eines Temperaturfühlers 1, wobei zusätzlich zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel das Stützelement 6 verpresst ist. Zur vereinfachten Darstellung sind lediglich das Schutzelement 6, das Stützelement 5, die Mantelleitung 2, die Thermoperle 2.5 und das Schalenelement 7 dargestellt. Das Stützelement 5 ist über die Mantelleitung 2 und teilweise über das Schutzelement 6 geschoben, so dass die Schweißnaht 9 zwischen dem Schutzelement 6 und der Mantelleitung 2 abgedeckt ist. Im Bereich, in welchem sich die Mantelleitung 2 verjüngt und in welchem die Schweißnaht 9 verläuft, ist das Stützelement 6 mit der Mantelleitung 2 und dem Schutzelement 6 verpresst. Bei der Verpressung wird insbesondere eine Rille 11 durch Vercrimpen erzeugt. Somit wird aufgrund der Verpressung des Stützelements 5 im Bereich der Schweißnaht 9 eine form- und kraftschlüssige Verbindung des Stützelements 5 mit der Mantelleitung 2 und dem Schutzelement 6 erzeugt. Alternativ kann die Verpressung jedoch auch beabstandet zur Schweißnaht 9 erfolgen.
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In 3 ist ein Temperaturfühler 1 dargestellt, welcher zusätzlich zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel mehrfach verjüngt ausgebildet ist. Das heißt, der Durchmesser des Temperaturfühlers 1 verkleinert sich über die Länge des Temperaturfühlers mehrfach.
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Hierzu ist das Mantelrohr 2.1 gleichzeitig mit dem Stützelement 5 und dem Schutzelement 6 derart verpresst, dass sich ein verjüngter Bereich B2 ausbildet. Im Bereich B2 weißt das Mantelrohr 2.1 einen verringerten Durchmesser auf.
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Das Schutzelement 6 ist über die Schweißnaht 9 mit dem Mantelrohr 2.1 der Mantelleitung 2 verbunden. Die Mantelleitung 2 und das Schutzelement 6 sind zumindest teilweise von dem Stützelement 5 umgeben, wobei das Stützelement 5 die Schweißnaht 9 aufweist.
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In 4 ist eine Ausführung dargestellt, bei der die Keramik aus einer Keramikpulverschicht 7.2 besteht, in welche die Thermoperle 2.5 eingebettet ist. Damit kann die Wärmeübertragung vom Medium zur Thermoperle 2.5 weiter verbessert werden.
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5 zeigt eine weitere Gestaltungsmöglichkeit. Hierbei ist die Mantelleitung 2 ohne Einengung ausgeführt. Das auf deren medienseitigen Ende aufgebrachte Schutzelement 6 hat deshalb einen größeren Außendurchmesser als das Mantelrohr 2.1. Der Hohlraum zwischen dem Mantelrohr 2.1 und dem Stützelement 5 wird dabei von einem Blindrohr 18 ausgefüllt.
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In 6 ist eine Ausführung dargestellt, bei der die Thermoperle 2.5 von einem festen Keramikschalenelement 7 und einer darüber angeordneten Keramikpulverschicht 7.2 umschlossen ist. Das monolithische Keramikschalenelement 7 befindet sich wie bei 1 im vorderen (medienseitigen) Bereich des Schutzelementes 6. Die Thermoperle 2.5 ist zur Gewährleistung einer guten Wärmeübertragung in die Keramikpulverschicht 7.2 eingebettet.
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Bei der in 7 dargestellten Ausführung besteht die Mantelleitung aus zwei Teilen. Im vorderen, medienseitigen Bereich des Temperaturfühlers 1 befindet sich die untere Mantelleitung 2, welche, wie in den oben beschriebenen Beispielen beschrieben, ausgeführt ist. Im hinteren Bereich des Temperaturfühlers 1 ist die obere Mantelleitung 3 angebracht, deren Anschlussleitungen mit den oberen Anschlussleitungen 2.3 und 2.4 der unteren Mantelleitung 2 durch Schweißverbindungen elektrisch verbunden sind.
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8 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die in 7 beschriebene Ausführung mit einem zusätzlichen Thermokreis versehen ist. Die obere Mantelleitung 3 weist hierbei vier Anschlussleitungen 2.3, 2.4, 2.3', 2.4' auf, wobei an den zusätzlichen Anschlussleitungen 2.3', 2.4' eine zusätzliche Thermoperle 2.5' angeschweißt ist.
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9 zeigt einen Temperaturfühler 1 mit einer Mantelleitung 2 am hinteren Ende des Temperaturfühlers 1, wobei die Mantelleitung 2 eine Dehnungsschleife in Form eines Ringes aufweist. An die Thermoleiter 2.3, 2.4 der Mantelleitung 2 ist ein Fühlerstecker 12 angeschlossen. Ein zugehöriger Gegenstecker 13 ist zur schwingungsstabilen Lagerung zum Beispiel mit der ringförmigen Mantelleitung 2 verhakt oder anderweitig lösbar mittels eines Rastelements 13.1 verbunden.
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An dem der Thermoperle 2.5 abgewandten Ende ist an das Stützelement 5 ein Prozessanschluss 17 in Form eines Presskegels angeschweißt, welcher in einer besonderen Ausbildung auch als Stauchelement des Stützelements 5 ausgebildet sein kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Temperaturfühler
- 2
- Mantelleitung
- 2.1
- Mantelrohr
- 2.2
- verjüngter Bereich
- 2.3
- Thermoleiter
- 2.3'
- zusätzlicher Thermoleiter
- 2.4
- Thermoleiter
- 2.4'
- zusätzlicher Thermoleiter
- 2.5
- Thermoperle
- 2.5'
- zusätzliche Thermoperle
- 2.6
- Innenpulver
- 3
- obere Mantelleitung
- 4
- Thermoausgleichsleitung
- 4.1
- Leitungselement
- 4.2
- Leitungselement
- 4.3
- Verbindungsbereich
- 4.4
- Verbindungsbereich
- 4.5
- Isolationselement
- 4.6
- Isolationselement
- 4.7
- Isolationselement
- 5
- Stützelement
- 6
- Schutzelement
- 7
- Schalenelement
- 7.1
- Aussparung
- 7.2
- Keramikpulverschicht
- 8
- Längsrille
- 9
- Schweißnaht
- 10
- Vergussmittel
- 11
- Rille
- 12
- Fühlerstecker
- 13
- Gegenstecker
- 13.1
- Rastelement
- 14
- Prozessanschluss
- 15
- Rille
- 16
- Schweißnaht
- 17
- Prozessanschluss
- 18
- Blindrohr
- B1
- Bereich
- B2
- Bereich
- B4
- Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4021997 C2 [0005]
- DE 19806110 C2 [0006]
- DE 102006034248 B3 [0007]
- DE 2004007906 A1 [0008]
- US 4865462 A [0010]
- US 5662418 A [0011]
- DE 4138460 A1 [0012]
- US 4485263 A [0013]
- DE 102004007906 A1 [0014]
- DE 202008016201 U1 [0015]
- DE 102008060033 A1 [0016]
