DE19851869B4 - Heißleiter-Temperaturfühler - Google Patents

Abstract

Heißleiter-Temperaturfühler mit einem scheibenförmigen oder quaderförmigen keramischen Werkstoff mit daran angebrachten Anschlussdrähten und mit einer Epoxidharzumhüllung, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxidharz eine Zusatzkomponente mit hydrophoben Eigenschaften aufweist, wobei die Umhüllung den keramischen Werkstoff, die Anschlussdrähte und die Drahtisolierung verkappt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Heißleiter-Temperaturfühler, der aus einem scheibenförmigen oder quaderförmigen keramischen Werkstoff mit daran angebrachten Anschlußdrähten besteht, und der eine Epoxidharz-Umhüllung aufweist.
• Derartige Heißleiter sind beispielsweise aus dem Siemens Matsushita Components Datenbuch 1996 "Heißleiter", Seiten 69–81, bekannt.
• Aus der Druckschrift DE 19814388 A1 ist ein Thermistorelement bekannt, das auf der Unterseite des Thermistorkörpers elektrische Anschlusselemente aufweist. Zwischen den Anschlusselementen ist ein Teil der Oberfläche des Thermistorkörpers mit einer Schicht bedeckt, die aus fluorenthaltenden Harzen gebildeten sein kann.
• Aus den Druckschriften DE 3789365 T2 und DE 69408317 T2 sind Epoxidharze bekannt, die Fluorbestandteile enthalten.
• Aus den Druckschriften US 5,504,371 und DE 19636934 C2 sind NTC-Bauelemente bekannt, bei denen elektrische Anschlusselemente teilweise oder ganz von elektrisch isolierenden ringbeziehungsweise kappenförmigen Elementen umschlossen sind. Die elektrischen Anschlusselemente weisen dabei keine eigenständige Isolation auf.
• Heißleiter (NTC-Thermistoren) sind temperaturabhängige Halbleiterwiderstände, deren Widerstandswerte mit steigender Temperatur abnehmen. Eine Änderung des Widerstandswertes kann dabei sowohl durch Änderung der Umgebungstemperatur als auch durch Eigenerwärmung in Folge elektrischer Belastung erfolgen. Die Heißleiter bestehen aus polykristalliner Mischoxidkeramik, die nach entsprechender Formgebung bei hohen Tempe raturen gesintert wird. Die Kontaktierung erfolgt im allgemeinen durch Einbrennen einer Silberpaste.
• Obgleich die eingangs genannten Heißleiter eine Umhüllung aus einem Epoxidharz, beispielsweise durch Eintauchen hergestellt, aufweisen, können unter Einwirkung von Feuchte und/oder Wasser in Folge Migrationseffekten Ausfälle auftreten. Durch die anliegende Spannung des Meßstromes besteht nämlich zwischen den beiden elektrischen Polen des Keramikelements eine Potentialdifferenz. wenn sich unter den Einsatzbedingungen nun ein geschlossener Wasserfilm zwischen den Elektroden ausbildet, startet ein Materialtransport (Silber, Zinn und Blei vom Lot) von der Anode zur Kathode. Dabei bilden sich metallische Filme und "Leiterbahnen" auf der Keramik aus, wodurch der Widerstand des Sensors derart abnimmt, daß es unter ungünstigen Umständen durch einen Kurzschluß sogar zu einem Totalausfall des Heißleiter-Temperaturfühlers führen kann.
• Derartige Heißleiter-Temperaturfühler dürfen deshalb nur für die Anwendungsgebiete vorgesehen werden, bei denen eine Betauung bzw. Wassereinwirkung am Temperaturfühler nicht erfolgt.
• Zur Umgehung des geschilderten Problems ist es aus dem Stand der Technik bekannt, den Heißleiter-Temperaturfühler mit einer Glasumhüllung zu versehen. Bei dieser Konstruktion können allerdings aufgrund der hohen Prozeßtemperaturen keine isolierten Anschlußdrähte eingesetzt werden. Außerdem besteht auch hier die Gefahr, daß bei entsprechenden Anwendungsbedingungen Schädigungen durch elektrochemische Korrosion der Drähte oder Migration über den Glaskörper auftreten kann.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Heißleiter-Temperaturfühler der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß auch unter Einwirkung von Feuchtigkeit eine wesentlich längere Brauchbarkeitsdauer resultiert.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Epoxidharz eine Zusatzkomponente mit hydrophoben Eigenschaf ten aufweist, wobei die Umhüllung den keramischen Werkstoff, die Anschlussdrähte und die Drahtisolierung verkappt.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
• Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.
• Die Hydrophobierung des Epoxidharzes erfolgt durch den Zusatz einer hochfluorierten Verbindung mit terminalen Epoxidgruppen (Molgewicht ca. 2.000 AMU), wobei die Zusatzkomponente im Härtungsprozeß in das polymere Netzwerke eingebaut wird. Vorteilhafterweise können als Zusatzkomponenten funktionelle Perfluorpolyether eingesetzt werden. Der Gehalt der Zusatzkomponente beträgt dabei zwischen 1 Gew% und 30 Gew%.
• Durch diese hydrophobe Modifikation kann die Wasseraufnahme des Harzes um mehr als 70 % vermindert werden. So hat zum Beispiel ein technisch eingesetztes Tauchlacksystem ohne Hydrophobierer eine Wasseraufnahme von 0,8 %. Durch einen Zusatz von 15 Gew% der reaktiven Fluorverbindung kann dieser Wert auf unter 0,2 % abgesenkt werden.
• Von größerer Relevanz für das vorliegende Problem ist jedoch die verbesserte Haftfähigkeit des Epoxidharzes, speziell unter dem Einfluß von Feuchte und Nässe. Bei den vorliegenden Fühlern ist dies die Verkappung von Keramik, Metall (Draht und Lot) und Polytetrafluorethylen (Drahtisolierung). In den Versuchen wurden daher die Haftfestigkeiten von Verklebungen zwischen Polytetrafluorethylen-Platten und Stahlzylindern vor und nach einer Kochwasserbelastung beurteilt. Dabei wurde durch einen 10 %igen Zusatz zum verwendeten Tauchlack ein System erhalten, das nach einer vierstündigen Behandlung in kochendem Wasser keinen Abfall der Haftfestigkeit zeigte.
• Die anschließenden Versuche mit Heißleiter-Temperaturfühlern zeigten die Wirksamkeit der hydrophoben Modifikation. Der Zeitpunkt, nach dem die ersten Ausfälle unter verschärften Testbedingungen auftreten, wird vom ersten bis dritten Tag auf den 14. bis 28. Tag verzögert, das heißt der Grad der Verbesserung entspricht einem Faktor 5 oder besser. Nach dem Testende sind in der erfindungsgemäß modifizierten Version nur 20 bis 25 % Ausfälle zu beobachten, wogegen in der Standardversion üblicherweise 100 % der Prüflinge ausgefallen sind.
• In der Figur sind die Ausfälle A in % (kumuliert) in Abhängigkeit von der Lagerdauer t in Tagen d dargestellt. Die Kurven 1 und 2 beziehen sich auf herkömmlich umhüllte Heißleiter-Temperaturfühler, während die Kurve 3 Heißleiter- Temperaturfühler darstellt, deren Umhüllung eine hydrophobe Zusatzkomponente aufweist. Die Kurve 1 bezieht sich dabei auf Heißleiter aus Standardmaterial in Standardgeometrie, während Kurve 2 an zweimal getauchten Heißleitern gemessen wurde, bei denen der Sensorkopf größer als beim Standardmodell war. Bei Kurve 3 handelt es sich ebenfalls um einen Heißleiter in Standardgeometrie.
• Es ist deutlich zu erkennen, daß die Ausfälle im Test (durch entsprechend verschärfte Bedingungen gelingt es, die Testdauer relativ kurz zu halten) durch Einführung der hydrophobierenden Komponente stark zeitverzögert auftreten.
• Die Versuchsfühler, mit denen das in Kurve 3 dargestellte Ergebnis erhalten wurde, hatten eine zweifache Umhüllung, wobei nur die Grundschicht mit dem hydrophobierten Material ausgeführt wurde. Nach einer Zwischenhärtung dieser Grundlackierung wurde die Decklackierung mit dem standardmäßig verwendeten Epoxidharz ausgeführt. Es ist technisch aber ebenso möglich, nur das modifizierte Epoxidharz in einem oder auch mehreren Tauchvorgängen einzusetzen.

Claims (5)

1. Heißleiter-Temperaturfühler mit einem scheibenförmigen oder quaderförmigen keramischen Werkstoff mit daran angebrachten Anschlussdrähten und mit einer Epoxidharzumhüllung, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxidharz eine Zusatzkomponente mit hydrophoben Eigenschaften aufweist, wobei die Umhüllung den keramischen Werkstoff, die Anschlussdrähte und die Drahtisolierung verkappt.
2. Heißleiter-Temperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkomponente aus einer hochfluorierten Verbindung mit terminalen Epoxidgruppen und einem Molgewicht von vorzugsweise ca. 2.000 AMU besteht.
3. Heißleiter-Temperaturfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkomponente aus einem Perfluorpolyether besteht.
4. Heißleiter-Temperaturfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Zusatzkomponente 1 bis 30 Gew% beträgt.
5. Heißleiter-Temperaturfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißleiter-Temperaturfühler eine mindestens zweifache Umhüllung aufweist.