DE102018218062A1

DE102018218062A1 - Hülse zur Abdeckung eines Sensors, Verfahren zum Herstellen einer Hülse zur Abdeckung eines Sensors und eine Temperaturmessvorrichtung mit einer Hülse zur Abdeckung eines Sensors

Info

Publication number: DE102018218062A1
Application number: DE102018218062.8A
Authority: DE
Inventors: Matsvei ZINKEVICH; Matthias Muziol; Domenik Rühl; Stefan Dietmann
Original assignee: Heraeus Nexensos GmbH
Current assignee: Yageo Nexensos GmbH
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2020-04-23
Also published as: WO2020083566A1

Abstract

Eine Hülse zur Abdeckung eines Sensors, insbesondere zur Abdeckung eines Temperatursensors, wobei die Hülse aus einem Stahl oder einer Stahllegierung gebildet ist, und wobei die Hülse eine Innenseite mit einer Innenfläche und eine Außenseite mit einer Außenfläche hat, wobei zumindest die Innenfläche mit einer Diffusionssperre beschichtet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Hülse zur Abdeckung eines Sensors und eine Temperaturmessvorrichtung mit einer Hülse zur Abdeckung eines Sensors.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hülse zur Abdeckung eines Sensors, insbesondere zur Abdeckung eines Temperatursensors, wobei die Hülse aus einem Stahl oder einer Stahllegierung gebildet ist, und wobei die Hülse eine Innenseite mit einer Innenfläche und eine Außenseite mit einer Außenfläche hat, wobei zumindest die Innenfläche mit einer Diffusionssperre beschichtet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Hülse zur Abdeckung eines Sensors und eine Temperaturmessvorrichtung mit einer Hülse zur Abdeckung eines Sensors.
Aus dem Stand der Technik sind Hülsen zur Abdeckung von Temperaturfühlern bzw. Temperatursensoren bekannt. Diese Hülsen können beispielsweise aus mehreren Hülsen mit einer unterschiedlichen Formgebung zusammengesetzt sein und zu einer einzigen Hülse verschweißt sein. In der WO 2018/002023 A1 wird eine weiterentwickelte Hülse beschrieben, die kostengünstig und einfach herstellbar ist, einteilig ausgestaltet ist und die Temperaturen von über 950 °C standhalten kann.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Hülsen weisen jedoch den Nachteil auf, dass aus den verwendeten Stählen aus denen die Hülsen aufgebaut sind bei Temperaturen ab ungefähr 1000°C, Metallionen insbesondere Chrom, Cr, und Mangan, Mn, austreten und eine Sensorstruktur eines in der Hülse angeordneten Sensors, beispielsweise eines Temperatursensors, kontaminieren. Obwohl der eigentliche Sensor gewöhnlich in einem Vergussmaterial innerhalb der Hülse eingebrannt ist und das Vergussmaterial oftmals aus hochreinem Aluminiumoxid, Al₂O₃, besteht, hat sich gezeigt, dass auch das Vergussmaterial die Diffusion von Metallionen aus der Hülse zu der Sensorstruktur des Sensors, beispielsweise einer Platindünnschichtstruktur nicht verhindern kann. Diese Kontamination führt zu einer unerwünschten Drift des Sensors. Dieser nachteilige Effekt tritt im Speziellen bei hohen Betriebstemperaturen von größer/gleich 1000°C auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Hülse zur Abdeckung eines Sensors und ein Verfahren zum Herstellen einer Hülse zur Abdeckung eines Sensors bereitzustellen, welche die Nachteile des Stands der Technik überwinden. Insbesondere eine Hülse und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen die Diffusion von Metallionen aus der Stahlhülse möglichst vollständig unterbunden werden kann, um eine Kontamination der Sensorstruktur zu verhindern, oder zumindest zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hülse gemäß des Gegenstands des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Hülse zur Abdeckung eines Sensors, insbesondere zur Abdeckung eines Temperatursensors, ist aus einem Stahl oder einer Stahllegierung gebildet, und hat eine Innenseite mit einer Innenfläche und eine Außenseite mit einer Außenfläche, wobei zumindest die Innenfläche mit einer Diffusionssperre beschichtet ist.
Unter dem Begriff „Hülse“ kann allgemein ein schützendes teilweises oder vollständiges Abdecken des Sensors verstanden werden. Der Begriff „Hülse“ kann auch dazu verwendet werden eine Schutzkappe zu beschreiben. Als „Abdecken“ ist in diesem Fall nicht zwangsläufig ein Anliegen bzw. Berühren des Sensors mit der Hülse zu verstehen. Vielmehr ist die Hülse bzw. sind die Hülsenbestandteile vom Sensor beabstandet angeordnet. Die Hülse schützt somit den Sensor. Mit anderen Worten, die Hülse schirmt den Sensor ab.
Die erfindungsgemäße Hülse weist eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit von mindestens 1000 °C auf und kann deshalb als Komponente einer Temperaturmessvorrichtung für einen Turbo-Verbrennungsmotor, insbesondere für einen Turbo-Ottomotor, eingesetzt werden. Der Temperatursensor kann auf einem Platin-Sensor an der T3-Position, nämlich der Turboüberwachung, basieren. Ein solcher Platin-Sensor kann aufgrund der erfindungsgemäßen Hülse ausreichend vor den im Motorsystem, insbesondere der in der Turboüberwachung, herrschenden Abgasatmosphäre geschützt werden.
Bei dem Sensor, insbesondere dem Temperatursensor kann es sich um einen Platin-Sensor handeln, wie es zuvor beschrieben wurde. Des Weiteren ist es aber auch denkbar, dass ein NTC-Element, z.B. aus Langasit, als Sensor dient.
Die beschriebene Hülse, kann mit einer keramischen Masse und/oder einem Zement befüllt sein. Dadurch kann der Sensor mit der keramischen Masse und/oder dem Zement in der Hülse, mechanisch fixiert werden.
Die erfindungsgemäße Hülse ist vorzugsweise mit einem Rohr einer Temperaturmessvorrichtung verbunden, beispielsweise verschweißt.
Unter dem Begriff „Diffusionssperre“ kann eine Schicht oder ein Belag auf der Innenfläche der Hülse verstanden werden. Die Schicht oder der Belag verhindert oder zumindest erschwert eine Diffusion von Elementen aus dem Material der Hülse in einem in der Hülse angeordneten Vergussmaterial und/oder in die Sensorstruktur des Sensors. In einem Beispiel umfasst die Hülse ein Vergussmaterial und einen Sensor, die beide innerhalb der Hülse angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Hülse ist in diesem Beispiel mit dem Vergussmaterial gefüllt, in das der Sensor eingebettet ist. Das Vergussmaterial kann ein oxidisches Material sein, insbesondere ein keramisches Material, vorzugsweise hochreines Aluminiumoxid. Das Vergussmaterial wird nach Einführen des Sensors in die Hülse gebrannt. Dabei sintert das Vergussmaterial und fixiert den Sensor.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zu Grunde, dass die erfindungsgemäße Hülse mit der Diffusionssperre eine verbesserte Driftbeständigkeit des Sensors bei hohen Einsatztemperaturen von größer/gleich 1000 °C aufweist.
In einem Beispiel ist die Hülse aus einer Nickel-Chrom-Eisen-Aluminium-Legierung gebildet.
Vorteilhaft ist eine Hülse, die aus einer Nickel-Chrom-Eisen-Aluminium-Legierung gebildet ist, besonders temperaturbeständig. Insbesondere ist eine derartige Legierung dazu ausgelegt, Temperaturen von über 1000 °C dauerhaft standzuhalten.
Eine Hülse, die aus einer Nickel-Chrom-Eisen-Aluminium-Legierung besteht oder diese aufweist, kann demnach insbesondere in Motorsystemen von Fahrzeugen verwendet werden.
Bei ausreichend hohen Nickelgehalten und/oder Chromgehalten und/oder Aluminiumgehalten, weist die Legierung der erfindungsgemäßen Hülse eine gute Verarbeitbarkeit, d.h. eine gute Umformbarkeit oder Tiefziehbarkeit oder Schweißbarkeit auf. Außerdem weist dieses Material eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Des Weiteren ist das Material durch eine gute Warmfestigkeit und durch eine gute Kriechbeständigkeit gekennzeichnet.
In einem weiteren Beispiel sind die Innenfläche und die Außenfläche vollflächig mit der Diffusionssperre beschichtet.
Vorteilhaft kann durch eine vollflächige Beschichtung die Driftbeständigkeit des Temperatursensors weiter gesteigert werden.
In einem Beispiel umfasst die Diffusionssperre ein Metalloxidmaterial, insbesondere umfasst die Diffusionssperre ein Aluminiumoxid.
Das Aluminiumoxid kann eine Stöchiometrie entsprechend Al₂O_x auf, mit x größer gleich 1 und x kleiner gleich 5 aufweisen. Insbesondere weist das Aluminiumoxid eine Stöchiometrie entsprechend Al₂O₃ auf.
Vorteilhaft ist eine Beschichtung mit einem Aluminiummaterial und nachträglichem Oxidieren zu Al₂O₃ fertigungstechnisch einfach herstellbar. Weiterhin weist die Beschichtung eine sehr gute Haftung auf der Oberfläche auf. Auch ermöglicht die erfindungsgemäße Hülse mit der Al₂O₃-Diffusionssperrschicht eine sehr gute Driftbeständigkeit des Temperatursensors bei hohen Einsatztemperaturen.
In noch einem Beispiel ist die Hülse umgeformt, insbesondere tiefgezogen, insbesondere ist die Bruchdehnung des Ausgangsmaterials vor dem Umformen der Hülse, insbesondere vor dem Tiefziehen der Hülse, mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 60 %, und/oder wobei die Hülse eine Materialdicke hat von 0,10 mm - 0,40 mm, insbesondere von 0,15 mm - 0,35 mm, insbesondere von 0,20 mm - 0,30 mm, insbesondere von 0,22 mm - 0,28 mm.
Die Hülse kann somit einteilig bzw. monolithisch ausgebildet sein. Vorteilhaft sind keine weiteren Verfahrensschritte notwendig, um einzelne Hülsenteile miteinander zu verbinden. Des Weiteren ist die Ausbildung der Hülse als umgeformtes Bauteil, insbesondere als tiefgezogenes Bauteil, dahingehend vorteilhaft, als dass die Hülse nicht an einer Verbindungsstelle gelöst und/oder zerstört werden kann.
Vorteilhaft kann eine einteilig ausgebildete Hülse nur im geringen Maße zerstört werden und/oder auseinanderbrechen. Des Weiteren weist die Hülse eine hohe Temperaturbeständigkeit sowie eine geringe Oxidationsneigung auf. Insbesondere ist eine geringe Oxidationsneigung auch bei Temperaturen von über 1000 °C gegeben. Die Hülse weist des Weiteren eine kostenoptimierte Geometrie auf. Da die Hülse im Rahmen eines Tiefziehverfahrens hergestellt werden kann, wird zur Herstellung der Hülse weniger Material verwendet, so dass insgesamt die Herstellungskosten für eine derartig aufgebaute Hülse reduziert sind.
Die Bruchdehnung des Ausgangsmaterials der Hülse kann vor dem Umformen der Hülse, insbesondere vor dem Tiefziehen der Hülse, mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 60 %, betragen.
Die Hülse kann eine Materialdicke von 0,10 mm - 0,40 mm, insbesondere von 0,15 mm - 0,35 mm, insbesondere von 0,20 mm - 0,30 mm, insbesondere von 0,22 mm - 0,28 mm, aufweisen. Die Hülse weist somit im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Hülsen eine sehr geringe Wandstärke, bzw. eine sehr geringe Materialdicke auf. Gleichzeitig ist die Hülse äußerst temperaturbeständig.
In einem Beispiel weist die Hülse mindestens zwei Abschnitte auf, insbesondere mindestens drei Abschnitte, die unterschiedliche Außendurchmesser haben, insbesondere wobei ein erster Abschnitt einen Außendurchmesser (D1) von 1,5 mm - 2,5 mm, bevorzugt von 1,8 mm - 2,2 mm, aufweist und ein zweiter Abschnitt einen Außendurchmesser (D2) von 3,0 mm - 5,0 mm, bevorzugt von 3,5 mm - 4,5 mm, aufweist, wobei vorzugsweise zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ein dritter Abschnitt ausgebildet ist, der eine kegelstumpfförmige Kontur aufweist.
Die Hülse kann mindestens zwei Abschnitte, insbesondere mindestens drei Abschnitte, die unterschiedliche Außendurchmesser haben, aufweisen. Die Hülse ist vorzugsweise an die Geometrie des abzudeckenden Sensors, insbesondere des abzudeckenden Temperatursensors, angepasst.
Die kegelstumpfförmige Kontur kann derartige Abmaße aufweisen, dass ein gleichmäßiger Übergang vom Außendurchmesser des ersten Abschnitts zum Außendurchmesser des zweiten Abschnitts gebildet wird.
Die Hülse kann auch einen Hülsenboden aufweisen. Der Hülsenboden kann auch als Deckel bezeichnet werden. An den Hülsenboden bzw. Hülsendeckel schließt sich der erste Abschnitt mit dem ersten Außendurchmesser an. Vorzugsweise folgt darauf der dritte Abschnitt, der eine kegelstumpfförmige Kontur aufweist. Der erste Abschnitt und/oder der zweite Abschnitt kann/können weiterhin auch eine kegelstumpfförmige Kontur aufweisen.
Der erste Abschnitt kann in etwa die gleiche Länge wie der dritte Abschnitt aufweisen. Der zweite Abschnitt kann hingegen kürzer als der erste Abschnitt und/oder der dritte Abschnitt ausgebildet sein. Insbesondere dient der zweite Abschnitt zur Verbindung mit einem weiteren Bauteil, insbesondere einem Rohr einer Temperaturmessvorrichtung und/oder einer Übergangshülse.
In einem weiteren Beispiel weist die Hülse eine Aluminiumschicht auf, angeordnet auf der Diffusionssperre, wobei die Aluminiumoxidschicht eine Stöchiometrie entsprechend Al₂O_x aufweist, mit x größer gleich 1 und x kleiner gleich 5.
Die bekannten hochtemperaturbeständigen Nickel-Chrom-Eisen-Aluminium-Legierungen haben einen Aluminiumgehalt von ca. 2%, der zwar das Bilden einer Oxidschicht auf der Legierung ermöglicht, allerding ist der Aluminiumgehalt nicht hoch genug, um eine sehr dichte Oxidschicht zu bilden.
Deshalb kann beispielsweise mittels Alitierens die Legierung an der Innenfläche der Hülse nachträglich mit Aluminium angereichert werden, damit sich eine stabile, Aluminiumoxidschicht bilden kann.
Vorteilhaft kann hierdurch das Abdampfen von Legierungsbestandteilen in den Hülseninnenraum weiter verringert werden und ein Weiteroxidieren des Hülsenwerkstoffes unter Betriebsbedingungen verhindert, aber zumindest verringert wird.
Auch schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Hülse zur Abdeckung eines Sensors vor, insbesondere einer erfindungsgemäßen Hülse, insbesondere zur Abdeckung eines Temperatursensors, aufweisend:

Bereitstellen einer Hülse gebildet aus einem Stahl oder einer Stahllegierung, wobei die Hülse eine Innenseite mit einer Innenfläche und eine Außenseite mit einer Außenfläche hat; und
Beschichten zumindest der Innenfläche mit einer Diffusionssperre.

Weiter kann das Verfahren die Schritte aufweisen:

Anordnen eines Sensors und eines Vergussmaterials innerhalb der Hülse, wobei der Sensor in dem Vergussmaterial eingebettet ist; und
Einbrennen des Vergussmaterials nach Einführen des Sensors, wobei durch das Einbrennen das Vergussmaterial sintert und den Sensor in der Hülse fixiert.

In einem Beispiel weist das Verfahren auf:

Beschichten mit Aluminium und Oxidieren der Oberfläche des Aluminiums zu Aluminiumoxid, insbesondere zu Al₂O₃.

In einem weiteren Beispiel weist das Beschichten auf:

Vollflächiges Beschichten der Innenfläche und der Außenfläche.

In einem Beispiel weist das Bereitstellen auf:

Bereitstellen einer Hülse aus einer Nickel-Chrom-Eisen-Aluminium-Legierung.

In noch einem Beispiel weist das Beschichten auf:

Beschichten mit einem Pulverpack-Verfahren, umfassend die aufeinanderfolgenden Schritte:
- Einbringen der Hülse in ein Pulverbett mit Beschichtungsmaterial, insbesondere einem Aluminiumpulver,
- Erhitzen der Hülse auf eine Temperatur in einem Bereich von 800°C bis 1000°C, um das Beschichtungsmaterial auf 5 bis 50 µm in die Nickel-Chrom-Aluminium-Eisen-Legierung zu diffundieren; und
- Erhitzen der Hülse in einem Ofen an Luft auf eine Temperatur in einem Bereich von 600°C bis 1100°C zum Erhalten einer geschlossenen Oxidschicht mit einer Höhe von bis zu 5 µm.

Alternativ kann das das Beschichten in einem weiteren Beispiel aufweisen:

Beschichten mit einem chemischen Gasphasenabscheidungs-Verfahren, umfassend die aufeinanderfolgenden Schritte:
- Bedampfen der Hülse mit einem Reaktivdampf, insbesondere mit einem Reaktivdampf umfassend Aluminiumchlorid und Wasserstoff bei einer Temperatur von 800°C bis 1000°C, um das Beschichtungsmaterial auf 5 bis 50 µm in das Material der Hülse, insbesondere in die Nickel-Chrom- Eisen- Aluminium-Legierung zu diffundieren; und
- Erhitzen der Hülse in einem Ofen an Luft auf eine Temperatur in einem Bereich von 600°C bis 1100°C zum Erhalten einer geschlossenen Oxidschicht mit einer Höhe von bis zu 5 µm.

Im Gegensatz zu anderen bekannten Verfahren wie PVD, ADM oder Plasmaspritzen haben Pulverpack- / CVD-Verfahren die Vorteile:

• Es werden auch die Bereiche im Inneren der Hülse, die durch Abschattungen einem Bedampfungsverfahren nicht zugänglich wären, beschichtet.
• Die Beschichtung weist eine sehr gute Haftung zum Material der Hülse auf.
• Die Schicht ist homogen und weist keine Poren oder Risse auf.
• Eine aufwendige Reinigung der Hülse ist nicht notwendig.

In noch einem Beispiel weist das Verfahren auf:

Alitieren, nach dem Beschichten, zumindest der Innenfläche der Hülse.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Temperaturmessvorrichtung, insbesondere zur Anwendung in einem Turbo-Verbrennungsmotor, umfassend einen Sensor, insbesondere einen Temperatursensor, insbesondere einen Platin-Sensor, wobei der Sensor zumindest abschnittsweise mit einer erfindungsgemäßen Hülse und/oder mit einer Hülse hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren abgedeckt ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen erläutert sind.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Schnittansicht einer Hülse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
2 eine schematische Schnittansicht eines Bereichs am vorderen Ende einer Temperaturmessvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Hülse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Im Folgenden werden für gleiche und gleichwirkende Teile gleiche Bezugsziffern verwendet.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Hülse 1 dargestellt. Im von der Längsachse L aus gesehenen äußeren Bereich der Hülse 1 ist die Außenseite mit der Außenfläche 3a dargestellt und im inneren Bereich der Hülse 1 ist die Innenseite mit der Innenfläche 3b dargestellt.
Bei der gezeigten Hülse 1 handelt es sich um ein umgeformtes, insbesondere tiefgezogenes, Bauteil. Die Hülse 1 ist somit einteilig, bzw. monolithisch ausgebildet. Die schraffiert dargestellte Materialdicke der Hülse 1 beträgt vorzugsweise 0,22 mm - 0,28 mm. In der gezeigten Ausführungsform ist die Materialdicke über die gesamte Hülse 1 hinweg gleichmäßig ausgebildet.
Die Hülse 1 kann aus einer Nickel-Chrom-Eisen-Aluminium-Legierung gebildet sein. Dieses Material ist besonders tiefziehfähig. Das Material eignet sich also besonders gut zur Herstellung der Hülse 1. Des Weiteren ist die Nickel-Chrom-Eisen-Aluminium-Legierung besonders temperaturbeständig.
An der Innenfläche 3b der Hülse 1 ist eine Diffusionssperre 5 als eine durchgängige Schicht oder ein durchgängiger Belag angeordnet. Die Diffusionssperre 5 verhindert oder zumindest erschwert die Diffusion von Elementen aus dem Material der Hülse 1 in ein in der Hülse 1 angeordnetes Vergussmaterial und/oder in die Sensorstruktur des Sensors (nicht gezeigt in 1). Die Diffusionssperre 5 kann ein Metalloxidmaterial umfassen, insbesondere ein Aluminiumoxid, Al₂O₃. Weiterhin kann in Ausführungsformen der Erfindung eine Aluminiumschicht auf der Diffusionssperre angeordnet sein, um das Abdampfen von Legierungsbestandteilen in den Hülseninnenraum weiter zu verringern und ein Weiteroxidieren des Hülsenwerkstoffes unter Betriebsbedingungen zu verhindern/verringern.
Die in 1 gezeigte Hülse 1 weist drei Abschnitte, nämlich den ersten Abschnitt 7, den zweiten Abschnitt 11 und den dritten Abschnitt 9 auf. Der dritte Abschnitt 9 ist zwischen dem ersten Abschnitt 7 und dem zweiten Abschnitt 11 ausgebildet.
Der erste Abschnitt 7 weist einen Außendurchmesser D1 auf. Der zweite Abschnitt 11 der Hülse 1 weist einen Außendurchmesser D2 auf. Der dritte Abschnitt 9 ist hingegen kegelstumpfförmig ausgebildet, so dass ein variierender Außendurchmesser ausgebildet ist. Der dritte Abschnitt 9 ist zwischen dem ersten Abschnitt 7 und dem zweiten Abschnitt 11 ausgebildet, so dass der Bereich mit einem geringeren Außendurchmesser an den ersten Abschnitt 7 anschließend ausgebildet ist. Der Bereich mit dem größten Außendurchmesser des dritten Abschnitts 9 ist an den zweiten Abschnitt 11 angrenzend ausgebildet.
Der Außendurchmesser D1 des ersten Abschnitts 7 kann 1,5 mm - 2,5 mm, insbesondere 1,8 mm - 2,2 mm, betragen. Der Außendurchmesser D2 des zweiten Abschnittes 11 weist 3,0 mm - 5,0 mm, insbesondere 3,5 mm - 4,5 mm, auf. Der Außendurchmesser D1 des ersten Abschnittes 7 ist geringer als der Außendurchmesser D2 des zweiten Abschnittes 11.
Am unteren Ende des ersten Abschnitts 7 ist der Hülsenboden 13 ausgebildet. Der Hülsenboden weist im vorliegenden Fall eine runde Bodenfläche auf.
In 1 ist außerdem zu erkennen, dass die Hülse 1 um die Längsachse L rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass eine derartige Hülse 1 einfach herzustellen ist. Insbesondere ist es möglich, die Hülse 1 im Rahmen eines Tiefziehverfahrens herzustellen.
2 ist eine schematische Schnittansicht eines Bereichs am vorderen Ende einer Temperaturmessvorrichtung 15 mit einer erfindungsgemäßen Hülse 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Das vordere Ende der Temperaturmessvorrichtung 15 ist der Sensorbereich der Temperaturmessvorrichtung 15. Es ist zu erkennen, dass die Hülse 1 teilweise innerhalb einer Übergangshülse 17 angeordnet ist. Im Übergangsbereich kann die in die Übergangshülse 17 eingeführte Hülse 1 mit der Übergangshülse 17 verschweißt, insbesondere laserverschweißt, werden.
Im Querschnitt ist zu erkennen, dass ein Sensor 19, in der gezeigten Ausführungsform als Temperatursensor dargestellt, insbesondere innerhalb des ersten Abschnitts der Hülse 1 angeordnet ist. Der Bereich zwischen der Diffusionssperre 5 auf der Innenfläche 3b der Hülse 1 und den Sensor 19 umgebend ist in der gezeigten Ausführungsform mit einem Vergussmaterial 21 gefüllt. In der gezeigten Ausführungsform ist der Sensor 19 in dem Vergussmaterial 21 eingebettet. Das Vergussmaterial 21 kann ein oxidisches Material sein, insbesondere ein keramisches Material, vorzugsweise hochreines Aluminiumoxid. Das Vergussmaterial 21 wird nach Einführen des Sensors 19 in die Hülse 1 gebrannt. Dabei sintert das Vergussmaterial 21 und fixiert den Sensor 19 in der Hülse 1.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen und in den Figuren dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen sein.
Bezugszeichenliste

1: Hülse
3a: Außenfläche
3b: Innenfläche
5: Diffusionssperre
7: erster Abschnitt
9: dritter Abschnitt
11: zweiter Abschnitt
13: Hülsenboden
15: Temperaturmessvorrichtung
17: Übergangshülse
19: Sensor
21: Vergussmaterial
D₁: Außendurchmesser erster Abschnitt
D₂: Außendurchmesser zweiter Abschnitt
L: Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018/002023 A1 [0002]

Claims

Hülse zur Abdeckung eines Sensors (19), insbesondere zur Abdeckung eines Temperatursensors, wobei die Hülse aus einem Stahl oder einer Stahllegierung gebildet ist, und wobei die Hülse eine Innenseite mit einer Innenfläche (3b) und eine Außenseite mit einer Außenfläche (3a) hat; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Innenfläche (3b) mit einer Diffusionssperre (5) beschichtet ist.
Hülse nach Anspruch 1, wobei die Hülse aus einer Nickel-Chrom-Eisen-Aluminium-Legierung gebildet ist.
Hülse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Innenfläche (3b) und die Außenfläche (3a) vollflächig mit der Diffusionssperre (5) beschichtet sind.
Hülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Diffusionssperre (5) ein Metalloxidmaterial umfasst, insbesondere umfasst die Diffusionssperre (5) ein Aluminiumoxid.
Hülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hülse umgeformt, insbesondere tiefgezogen, ist, insbesondere wobei die Bruchdehnung des Ausgangsmaterials vor dem Umformen der Hülse, insbesondere vor dem Tiefziehen der Hülse, mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 60 %, ist, und/oder, wobei die Hülse eine Materialdicke hat von 0,10 mm - 0,40 mm, insbesondere von 0,15 mm - 0,35 mm, insbesondere von 0,20 mm - 0,30 mm, insbesondere von 0,22 mm - 0,28 mm.
Hülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hülse mindestens zwei Abschnitte aufweist, insbesondere mindestens drei Abschnitte, die unterschiedliche Außendurchmesser haben, insbesondere wobei ein erster Abschnitt (7) einen Außendurchmesser (D₁) von 1,5 mm - 2,5 mm, bevorzugt von 1,8 mm - 2,2 mm, aufweist und ein zweiter Abschnitt (11) einen Außendurchmesser (D2) von 3,0 mm - 5,0 mm, bevorzugt von 3,5 mm - 4,5 mm, aufweist, wobei vorzugsweise zwischen dem ersten Abschnitt (7) und dem zweiten Abschnitt (11) ein dritter Abschnitt (9) ausgebildet ist, der eine kegelstumpfförmige Kontur aufweist.
Hülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: eine Aluminiumoxidschicht, angeordnet auf der Diffusionssperre (5), wobei die Aluminiumoxidschicht eine Stöchiometrie entsprechend Al₂O_x aufweist, mit x größer gleich 1 und x kleiner gleich 5.
Verfahren zum Herstellen einer Hülse zur Abdeckung eines Sensors (19), insbesondere einer Hülse nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere zur Abdeckung eines Temperatursensors, aufweisend: Bereitstellen einer Hülse gebildet aus einem Stahl oder einer Stahllegierung, wobei die Hülse eine Innenseite mit einer Innenfläche (3b) und eine Außenseite mit einer Außenfläche (3a) hat; und Beschichten zumindest der Innenfläche (3b) mit einer Diffusionssperre (5).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Beschichten aufweist: Beschichten mit Aluminium und Oxidieren der Oberfläche des Aluminiums zu Aluminiumoxid, insbesondere zu Al₂O₃.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Beschichten aufweist: Vollflächiges Beschichten der Innenfläche (3b) und der Außenfläche (3a).
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Bereitstellen aufweist: Bereitstellen einer Hülse aus einer Nickel-Chrom-Eisen-Aluminium-Legierung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das Beschichten aufweist: Beschichten mit einem Pulverpack-Verfahren, umfassend die aufeinanderfolgenden Schritte: Einbringen der Hülse in ein Pulverbett mit Beschichtungsmaterial, insbesondere einem Aluminiumpulver, Erhitzen der Hülse auf eine Temperatur in einem Bereich von 800°C bis 1000°C, um das Beschichtungsmaterial auf 5 bis 50 µm in die Nickel-Chrom-Aluminium-Eisen-Legierung zu diffundieren; und Erhitzen der Hülse in einem Ofen an Luft auf eine Temperatur in einem Bereich von 600°C bis 1100°C zum Erhalten einer geschlossenen Oxidschicht mit einer Höhe von bis zu 5 µm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das Beschichten aufweist: Beschichten mit einem chemischen Gasphasenabscheidungs-Verfahren, umfassend die aufeinanderfolgenden Schritte: Bedampfen der Hülse mit einem Reaktivdampf, insbesondere mit einem Reaktivdampf umfassend Aluminiumchlorid und Wasserstoff bei einer Temperatur von 800°C bis 1000°C, um das Beschichtungsmaterial auf 5 bis 50 µm in das Material der Hülse, insbesondere in die Nickel-Chrom- Eisen- Aluminium-Legierung zu diffundieren; und Erhitzen der Hülse in einem Ofen an Luft auf eine Temperatur in einem Bereich von 600°C bis 1100°C zum Erhalten einer geschlossenen Oxidschicht mit einer Höhe von bis zu 5 µm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, aufweisend: Alitieren, nach dem Beschichten, zumindest der Innenfläche (3b) der Hülse.
Temperaturmessvorrichtung, insbesondere zur Anwendung in einem Turbo-Verbrennungsmotor, umfassend einen Sensor (19), insbesondere einen Temperatursensor, insbesondere einen Platin-Sensor, wobei der Sensor (19) zumindest abschnittsweise mit einer Hülse nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder mit einer Hülse hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14 abgedeckt ist.