DE19549249C2 - Gekapselter Temperaturfühler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperaturfühler, mit einem temperaturabhängigen Sen­ sorelement, welches mit entsprechenden Zuführungsleitungen verbunden ist, sowie mit einer Temperaturfühlkapsel, in welches die Zuführungsleitungen teilweise und das Sensorelement ganz einschiebbar sind, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Temperaturfühler dieser Art sind vielfältig bekannt beispielsweise aus der EP 0416336 A2. Sie bestehen im wesentlichen, wie oben bereits erwähnt, aus einem temperaturab­ hängigen Widerstand, welcher mit Anschlußleitungen versehen innerhalb eines Tem­ peraturfühlerrohres bzw. eines sogenannten Schutzrohres eingebracht ist. Der tempe­ raturabhängige Widerstand wird innerhalb des Schutzrohres ortsfest angebracht. Hier­ zu dienen entweder Haltemittel oder nach Montage die abschließende Befüllung des sogenannten Schutzrohres mit Füllmaterial. Ein wesentlicher Aspekt bei der Gestal­ tung solcher Temperaturfühler ist es, den eigentlichen als Sensor dienenden tem­ peraturabhängigen Widerstand so zu umhüllen, daß er zum einen vom Meßmedium getrennt, aber dennoch wärmeleitschlüssig verbunden ist. Die Wärmeleitung zum Sen­ sor hin sollte, um den Sensor möglichst flink zu halten, von kleiner Wärmekapazität sein. Aus diesem Grund ergibt sich stets ein Zwiespalt hinsichtlich der örtlichen Siche­ rung der einzelnen Elemente mittels Befüllung, so daß der Sensor insgesamt schwin­ gungs- oder stoßunempfindlich wird, zum anderen soll der Temperaturfühler auch schnell ansprechend sein. Unter dem Aspekt des Schutzes auch hinsichtlich wech­ selnder Temperaturen, werden zumeist Schutzrohre aus Metall gewählt. Diese werden im Bereich des Sensors so dünn wie möglich gehalten, um einen geeigneten Tempera­ turübergang zum Sensorelement hin zu gewährleisten.

Aus der DE 78 16 443 U1 ist ein gekapselter Temperaturfühler bekannt, bei welchem das eigentliche Sensorelement in eine nur einseitig offene hülsenartige Kapsel eingeschoben wird. Die Sollage des Sensorelementes wird erst mit Einschubbewegung erreicht. Ob die Sollage optimal erreicht wurde, und wie die genaue Position des Sensorelementes ist, kann von außen nicht beobachtet werden. Dies macht die Montage aufwendig, ohne jedoch eine genaue Positionierung gewährleisten zu können.

Aus der DE 44 42 427 A1 ist ein Lufttemperatursensor bekannt, bei welchem ein Sensorelement zunächst in ein geschlossenes Rohr eingebracht und dort mikroeingekapselt wird. Dieses Rohr wird sodann in eine Halteanordnung eingebracht. Auch dies ist fertigungstechnisch sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Temperaturfühler der genannten Art hinsichtlich seines Aufbaus einfacher und kostengünstiger zu gestalten und dennoch gleiche oder bessere Wärmeleitfähigkeit zum Sensor hin zu erhalten.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Temperaturfühler der gattungsgemäßen Art er­ findungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen an­ gegeben.

Ein wesentliches Element der Erfindung ist die Verwendung von Kunststoff. Hierdurch lassen sich relativ einfach die Formteile herstellen, die zum Klemmen und Vormontie­ ren des Schichtwiderstandes angegeben sind. Da die eigentliche Temperaturfühler­ kapsel ebenfalls aus Kunststoff besteht, kann an der Stelle, an der der temperaturab­ hängige Widerstand als Sensor eingebracht wird, derselbe, der beispielsweise als Schichtwiderstand ausgebildet sein kann, formschlüssig eingebracht werden. Auf eine weitergehende Isolierung braucht hierbei, wie dies im Stand der Technik stets gefor­ dert ist, nicht mehr geachtet zu werden. An der Stelle, an der der Schichtwiderstand formschlüssig in die Temperaturfühlerkapsel eingebracht wird, ist die Wandstärke der­ art verdünnt, daß der dort direkt anliegende Temperaturwiderstand eine erheblich kür­ zere Reaktionszeit auf Temperaturwechsel vornimmt, als bei bekannten Temperatur­ fühlern. Um den Einsatz auch im Hochtemperaturbereich zu gewährleisten, beispiels­ weise bei der Messung von Motoröl bei Pkws, ist als Kunststoff beispielsweise Rhayton R₄ verwendet. Es handelt sich hierbei um Polyamid- oder Polyepoxyd-Kunst­ stoffe, die darüber hinaus glasfaserverstärkt sind bzw. sein können. Dadurch erhalten diese Kunststoffe eine entsprechende Statik und weisen über dies die Temperaturei­ genschaften auf, die für den Temperaturfühler maßgebend sind. In weiterer vorteilhaf­ ter Ausgestaltung der Erfindung sind die Anschlußkabel sowie der Meßwiderstand zu­ nächst auf einem unteren Klemmrastteil zu montieren. Dabei wird der Schichtwider­ stand in eine entsprechende Ausnehmung des unteren Klemmrastteiles eingelegt und hernach die Kabel mit den abisolierten Enden auf die entsprechenden Kontaktierflä­ chen des Schichtwiderstandes aufgelegt. Sodann erfolgt durch Punktschweißung eine Verbindung zwischen Kabel und Schichtwiderstand. Sodann wird das obere Klemmteil aufgelegt und sichert sämtliche Einzelelemente ortsfest. Darüber hinaus weist in vor­ teilhafter Ausgestaltung der Erfindung das obere Klemmteil Bohrungen bzw. Löcher auf, die u. a. im Bereich der Schweißpunkte angeordnet sind. Nach Auflegen des obe­ ren Klemmteiles ist durch die Öffnungen im Bereich der Schweißpunkte zwischen Ka­ bel und Schichtwiderstand möglich, Kleber in die Bohrungen einzubringen, der bis zu den Schweißpunkten hinreicht und desweiteren die Bohrung zumindest teilweise oder auch ganz ausfüllt. Hierdurch ist eine Schweißpunktsicherung möglich. Durch die ge­ schützte Einbringung der Kabel und des Schichtwiderstandes in unteres Klemmrastteil und oberes Klemmteil, sowie die Sicherung der Schweißpunkte durch Kleber führen dazu, daß die empfindlichen Schweißstellen nach dem Schweißen mechanisch auch bei der weiteren Montage nicht mehr belastet werden. Dies ist gegenüber bekannten Temperaturfühlern eine wesentliche Unterscheidung. Die Temperaturfühlerkapsel, in welche nun oberes und unteres Klemmteil mit den Kabeln und dem Schichtwiderstand eingeführt werden, werden ganz in die Temperaturfühlerkapsel eingeschoben. Die Temperaturfühlerkapsel ist am Boden geschlossen und weist dort über einen gewissen Abschnitt, in welchem nach der Montage der Meßwiderstand ruht, eine weitergehende Vertiefung auf, die räumlich so begrenzt ist, daß der Schichtmeßwiderstand ggf. mit­ samt einem Fortsatz des Klemmrastteiles, auf welchem der Schichtwiderstand anliegt, in diese weitergehende Öffnung am Boden der Temperaturfühlerkapsel quasi form­ schlüssig eingeschoben wird. Diese weitergehende Öffnung, die am Boden ebenfalls verschlossen ist, weist gegenüber der übrigen Wandstärke der Tempera­ turfühlerkapsel eine erheblich verringerte Wandstärke vor allem in dem Bereich auf, an dem die eigentliche temperaturabhängige Metallschicht des Schichtwiderstandes an der entsprechend verdünnten Wandung anliegt. Da hierbei auf Wärmeleitpasten ver­ zichtet werden kann, und zum anderen kein weiteres Isolationsproblem zwischen Temperaturfühlerkapsel und Schichtwiderstand existiert, kann der Schichtwiderstand auch mit der leitfähigen Seite direkt an der Kapsel anliegen. Da dort die Wandstärke extrem dünn ist, kommt es hier zu einem sehr guten Wärmeübergang. Dieser Wärme­ übergang besitzt eine sehr kleine Wärmekapazität, so daß der Temperaturfühler ex­ trem schnell die Temperatur des zu messenden Mediums aufnimmt. Darüber hinaus weist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung zumindest das untere Klemmrastteil einen Vorsprung, eine sogenannte Rastnase auf. Desweiteren weist die Temperatur­ fühlerkapsel in dem Bereich, in dem die Rastnase in Endmontagestellung in die Tem­ peraturfühlerkapsel eingeschoben ist, eine Einrastbohrung auf, in welche die Rastnase einrastet. Hierdurch wird der gesamte eingeschobene Teil, bestehend aus unterem Klemmrastteil, Kabel, Schichtwiderstand und oberem Klemmteil ortsfest und fixiert in der Temperaturfühlerkapsel gehalten. Desweiteren ist die übrige Bohrung der Tempe­ raturfühlerkapsel oberhalb der Öffnung für den Schichtmeßwiderstand so dimensio­ niert, daß beim Einschieben der vormontierten Anordnung das obere Klemmteil und das untere Klemmrastteil mit den dazwischen liegenden Kabeln und dem Schichtwi­ derstand im Bereich dieser Klemmteile formschlüssig zusammengehalten werden. Insofern bedarf es daher zum einen nur der Anbringung einer Rastnase am unteren Klemmrastteil, wobei das obere Klemmteil durch Formschluß in der Fühlerkapsel ge­ halten wird. Desweiteren weisen die Klemmteile Konturierungen auf, die in die Umhül­ lung der Kabel im montierten Zustand hineingreifen. Diese dienen der Zugentlastung, die auf diese Weise sehr einfach gestaltet ist. Wenn das obere Klemmteil und untere Klemmrast­ teil mit den dazwischen liegenden Elementen zusammengelegt ist und in die Tempera­ turfühlerkapsel eingeschoben ist, greifen durch den entsprechenden Formschluß der Temperaturfühlerkapsel die Kabelzugentlastungen in der vorgedachten Weise in die Kabelumhüllung ein. Die Zugentlastung entsteht somit dann bei Endmontageposition des vormontierten Teiles in der Temperaturfühlerkapsel. Desweiteren sind am Boden der Temperaturfühlerkapsel, wo die Sacköffnung für den Schichtwiderstand vorgese­ hen ist, in derselben auch Klemmrippen angeformt. Diese können, da sie ebenfalls aus Kunststoff bestehen, direkt auf den Schichtwiderstand bzw. das untere Klemmrastteil oder beides eingreifen und dasselbe ortsfest halten. Insofern erfolgt darüber hinaus eine zusätzliche Schwingungsfestigkeit der gesamten Anordnung, die auch in diesem Bereich eine Paste oder eine anderweitige Befüllung überflüssig macht.

Desweiteren ist durch die Anordnung der o. g. Einrastbohrung innerhalb der Tempera­ turfühlerkapsel gewährleistet, daß der Sensor durch Betätigung der Rastnase durch die Einrastbohrung hindurch nach dem montierten Zustand sogar wieder demontiert werden kann. Dies ist hilfreich beim Austausch oder einfach auch bei der Kontrolle des Bauelementes. So weist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung das obere Klemmteil außer den Bohrungen zur Schweißpunktsicherung mittels Kleber überdies noch wei­ tere Bohrungen auf, die so angeordnet sind, daß sie auf die einzelnen Kabel münden. Dadurch ist eine elektrische Widerstandskontrolle nach dem Schweißen bzw. nach der Vormontage möglich. Im übrigen läßt sich auch in der genannten Weise durch die Be­ tätigung der Rastnase durch die Einrastbohrung im Temperaturfühler der Sensor auch nach der Montage oder einfach zur Kontrolle während des Einsatzfalles, durch eine elektrische Widerstandskontrolle einfach überprüfen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den insgeamt montierten Temperaturfühler. Zu sehen sind hierbei die Zuführ­ leitungen 4 und 5 sowie die Temperaturfühlerkapsel 6.

Fig. 2 zeigt in Explosionsdarstellung die Einzelelemente des Temperaturfühlers. Im oberen Bildteil sind die beispielsweise als versilberte Kupferlitzen ausgeführten Zuführleitungen 4 und 5 gezeigt. Diese sind zum Temperaturschutz mit Teflon isoliert. Die Zuführleitungen 4, 5 sind an den Spitzen abisoliert und haben bereits ihre höhenmäßige Sollage zum gezeigten Sensorelement 3 (temperaturabhängiger Widerstand). Die Schichtseite des Widerstandes 3 ist dabei auf der Seite, auf der auch die anzubringende Schweißstelle liegt. An- bzw. einge­ legt wird der Schichtwiderstand 3 auf das untere Klemmrastteil 1. Dieses weist eine ent­ sprechende Ausnehmung auf, in welcher der Widerstand 3 einliegt. Hernach werden die Zuführleitungen 4, 5 auf das untere Klemmrastteil 1 aufgelegt, so daß die abisolierten Enden auf den Schweißstellen des temperaturabhängigen Widerstandes 3 aufliegen. Sodann werden per Thermokompressionsschweißen die Drahtenden auf den Kontaktierflächen ange­ schweißt. Anschließend wird das obere Klemmteil 2 auf die vormontierte Anordnung gelegt. Dabei sind Bohrungen 2a in Höhe der Schweißpunkte vorgesehen. Nachdem das obere Klemmteil 2 aufgelegt ist, werden die Bohrungen 2a, die auf der Höhe der Schweißpunkte liegen, zur Schweißpunktsicherung mit Kleber gefüllt. Des weiteren weisen das obere Klemmteil 2 und das untere Klemmrastteil 1 Kabelzugentlastungen 10 auf, die aus Konturen bestehen, die in die Zuführleitungen 4, 5 eingreifen. Im übrigen kann zur Erleichterung der Montage sowohl das untere Klemmrastteil 1, wie auch das obere Klemmteil 2 mit Längsnuten versehen sein, in welchen die Zuführleitungen 4, 5 in montiertem Zustand ein­ liegen.

Der untere bzw. mittlere Bildteil von Fig. 2 zeigt die Temperaturfühlerkapsel 6. Sie weist eine Öffnung 6a zur Aufnahme vom montierten oberen Klemmteil 2 und unterem Klemm­ rastteil 1 mit den dazwischen liegenden Elementen auf sowie eine Öffnung 6b am Boden des Temperaturfühlers zur Aufnahme des Widerstandes 3 und des als Unterlage dienenden Tiefenanschlages 1a des unteren Klemmrastteils 1. In die Öffnung 6a wird nun der vormon­ tierte Temperaturfühler eingeschoben, bis der Widerstand 3 mit dem Tiefenanschlag 1a des Klemmrastteiles 1 formschlüssig, zuminest aber teilformschlüssig, in der Öffnung 6b einliegt. Am unteren Klemmrastteil 1 ist eine Rastnase 7 vorgesehen, die mit der Einrastbohrung 6c in der Temperaturfühlerkapsel 6 zusammenwirkt.

Montiert und bezogen auf die Ansicht von Fig. 2 um 90° zum Betrachter hin gedreht, zeigt Fig. 3 im oberen Bildabschnitt die vormontierte Temperaturanordnung. Hierbei sind die Bohrungen 2a zu erkennen, die mittels Kleber zur Schweißpunktsicherung zu füllen sind. Darüber hinaus sind weitere Bohrungen vorgesehen, die mit den Zuführleitungen fluchten, so daß eine elektrische Widerstandskontrolle nach dem Schweißen durch diese Öffnung hindurch möglich ist.

Fig. 3 zeigt, auch wie die einzelnen vorgefertigten Elemente ineinandergeschoben werden.

Claims (5)

1. Temperaturfühler mit einem temperaturabhängigen Sensorelement, welches mit ent­ sprechenden Zuführungsleitungen verbunden ist sowie mit einer Temperaturfühlerkapsel, in welche die Zuführungsleitungen teilweise und das Sensorelement ganz einschiebbar sind, wobei die Temperaturfühlerkapsel aus Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (3) in seinen Abmessungen teilformschlüssig in der Temperatur­ fühlerkapsel (6) angeordnet und die Wandstärke der Temperaturfühlerkapsel (6) im Bereich des Sensorelementes (3) dünner ausgeführt ist, daß die Zuführungsleitungen (4, 5) zwischen einem oberen Klemmteil (2) und einem unteren Klemmrastteil (1) fixierbar sind, welche in die Temperaturfühlerkapsel (6) einführbar sind, daß das untere Klemmrastteil (1) einen Tiefenanschlag (1a) enthält, auf welchem das Sensorelement (3) angeordnet ist und vom oberen Klemmteil (2) in montierter Lage nicht abgedeckt ist, daß die Tempe­ raturfühlerkapsel (6) am Boden eine sich verjüngende Öffnung (6b) aufweist, die an ih­ rem Boden geschlossen ist, in welche der vormontierte Temperaturfühler, bestehend aus Zuführungsleitungen (4, 5), Sensorelement (3) sowie oberem Klemmteil (2) und unterem Klemmrastteil (1) derart einschiebbar ist, daß der Tiefenanschlag (1a) des unteren Klemmrastteils (1) mitsamt dem Sensorelement (3) zumindest teilformschlüssig in die Öffnung (6b) der Temperaturfühlerkapsel (6) einführbar ist.

2. Temperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Klemmteil (2) Bohrungen (2a) aufweist, die mit den Kontaktflächen des Sensorelementes (3), auf welchem die abisolierten Enden der Zuführungsleitungen (4, 5) anschweißbar sind, fluchten.

3. Temperaturfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (2a) im oberen Klemmteil (2) zur Schweißpunktfixierung mittels einem Elastomer oder Kleber befüllbar sind.

4. Temperaturfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Sensorelement (3) ein flächiger auf einem Substrat aufgebrachter temperaturabhängiger Widerstand ist.

5. Temperaturfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunsttstoff ein glasfaserverstärkter Kunststoff ist.