DE202008016201U1

DE202008016201U1 - Hochtemperaturthermoelement

Info

Publication number: DE202008016201U1
Application number: DE200820016201
Authority: DE
Original assignee: Temperaturmesstechnik Geraberg GmbH
Current assignee: Temperaturmesstechnik Geraberg GmbH
Priority date: 2008-12-06
Filing date: 2008-12-06
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2018-12-07

Abstract

Hochtemperaturfühler, bei dem ein Sensorelement in einem Metallrohr (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Metallrohr (2) Thermoleitungen (4) angeordnet sind, die zumindest im dem Messmedium zugewandten Bereich des Metallrohres (2) von einer Pulverfüllung (5) umgeben sind, welche aus einem thermisch gut leitenden Keramikpulver besteht, wobei die Thermoleitungen (4) in einer angeschweißten Thermodrahtperle (3) enden und wobei das Metallrohr (2) in diesem Bereich eine mehrstufige Verengung aufweist und an seinem dem Messmedium zugewandte Ende mit einem Bodenteil (1) verschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochtemperaturfühler, bei dem ein Sensorelement in einem Metallrohr angeordnet ist.
In der Temperaturmesstechnik ist es bekannt, Temperaturfühler mit Mantelleitungen zu verwenden. Bei Mantelleitungen werden Innenleiter in einem Metallrohr geführt. Die Innenleiter können von einer Pulverfüllung umgeben sein. Die durch die Innenleitungen geführten Signale werden mittels elektrischer Anschlussleitungen an eine elektronische Auswerteeinheit geführt.
Derartige Temperaturfühler sind für den Einsatz in Abgassträngen von Verbrennungsmotoren geeignet, insbesondere bei Aufladung mittels Turbolader und Kompressoren. Im Allgemeinen müssen Turbolader und Kompressoren vor Überhitzung geschützt werden. Dazu werden Temperaturfühler im Turbolader- bzw. Kompressorgehäuse angeordnet und mit Auswerteeinrichtungen verschaltet. Bei Turboladern im Dieselbetrieb sind die Schutzeinrichtungen auf Temperaturen zwischen 600°C und 900°C eingestellt. Bei benzinbetriebenen Motoren mit Turboladern und Kompressoren erhöht sich die Schutztemperatur auf ca. 1.100°C. Die Temperatur im Turbolader kann aber nicht nur als Abschaltwert, sondern auch als Regelgröße im Zusammenhang mit anderen Sensoren im Abgas- und Ansaugstrang zur Steuerung des Antriebs verwendet werden.
Im Stand der Technik sind vielfältige Ausführungen für Temperaturfühler bekannt, die für den Einsatz bei erhöhten Temperaturen vorgesehen sind.
In DE 40 21 997 C1 ist ein Hochtemperatur-Thermistor beschrieben, der im Inneren eines hitzebeständigen Metallrohres angeordnet ist und der aus einem vorgegebenen Gemisch zur Ausbildung einer Keramik besteht, so dass ein gewisses Änderungsmaß des Widerstandes innerhalb vorgegebener Grenzen liegt.
Ferner wird in EP 0 783 096 B1 eine Temperaturvorrichtung vorgeschlagen, wobei ein Metallrohr und ein Isolator zum Aufrechterhalten der elektrischen Isolierung des Metallrohres und der innen liegenden Metalldrähte vorgesehen sind. Dabei ist ein Metalldeckel auf ein Ende des Metallrohres zum Bedecken eines Temperaturerfassungselementes vorgesehen.
In DE 198 06 110 C2 wird ein Abgassensor beschrieben, der ein wärmeempfindliches Element aus einem Keramiksubstrat enthält, auf dem Platinwiderstandszuleitung-Kontakt-Pads ausgebildet sind. Mit den Kontakt-Pads ist der Kabelanschluss direkt verbunden.
Aus DE 10 2006 034 248 B3 ist es bekannt, einen elektrischen Messwiderstand in einem Füllstoff und einem Schutzrohr so anzuordnen, dass die Dichte des Füllstoffes längs des Schutzrohres einen Gradienten aufweist, wobei die Dichte des Füllstoffes an der Stelle ein Maximum hat, an der das Schutzrohr eine Engstelle aufweist.
Weiterhin ist nach DE 10 2004 007 906 A1 ein keramisch isolierter Hochtemperatursensor bekannt, bei dem das untere Ende eines Fassungselementes in das zu messende Medium taucht, wobei das Fassungselement aus einem Keramikkörper besteht, in dessen Innenbohrung Innenleiter verlaufen, die ein Messelement mit einem elektrischen Anschuss verbinden.
Die oben genannten Ausführungen weisen bei einem Dauereinsatz von 1.100°C eine zu geringe Lebensdauer sowie eine zu hohe Sensordrift auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Temperaturfühler der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei Temperaturen bis zu 1.200°C einsatzfähig ist, schnelle Temperaturänderungen erfassen kann und eine geringe Ausfallrate aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Temperaturfühler, welcher die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale enthält, gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die im Metallrohr geführten Innenleitungen sind zumindest im dem Messmedium zugewandten Ende des Metallrohrs von einer Pulverfüllung umgeben, die aus einem thermisch gut leitenden Keramikpulver besteht. Das Metallrohr weist in diesem Bereich eine mehrstufige Verengung auf, mit denen die Pulverfüllung verdichtet wurde. An ihrem dem Messmedium zugewandte Ende ist in das Metallrohr ein Bodenteil eingeschweißt. Das Sensorelement besteht aus einer Thermodrahtperle, die am messmedienseitigen Ende des Metallrohrs angeordnet ist.
Die mehrstufige Verengung enthält vorzugsweise einen an dem Ende des Metallrohrs, welches dem Messmedium zugewandt ist, angeordneten ersten konischen Bereich, einem nach einem Anpassungskegel folgenden prismatischem oder zylindrischen Bereich und einem sich daran anschließendem zweiten konischen Bereich.
Der prismatische Bereich wird vorteilhaft mit einem Vielkantquerschnitt ausgeführt, insbesondere mit einem Sechs- oder Achtkantquerschnitt.
Der Temperaturfühler kann beispielsweise im Turboladergehäuse direkt vor dem Turbinenschaufelrad sitzend eingesetzt werden, kann schnelle Temperaturänderungen messen und kann auch als Reglungselement verwendet werden. Der Fühler weist selbst bei einem Dauereinsatz bei Temperaturen um 1.100°C eine hohe Lebensdauer und niedrige Sensordrift auf. Vorteilhaft ist ferner, dass die Abgasströmung nur geringfügig gestört wird. Er besitzt einen geringen statisch-thermischen Einbaufehler. Er zeichnet sich durch eine geringe Ausfallrate auf. Der Temperaturfühler ist modular aufgebaut und kann kostengünstig hergestellt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel beschreibt die Anwendung in einem Turbolader.
In der zugehörigen Zeichnung zeigt:
1 einen Teilschnitt des Temperaturfühlers und
2 die Seitenansicht des Temperatur.
Bei dem in 1 dargestellten Hochtemperaturfühler befindet sich im Inneren des hitzebeständigen Metallrohrs 2 am dem Messmedium zugewandten Ende ein Sensorelement in Form einer Thermodrahtperle 3. Durch das Metallrohr der Mantelleitung 2 verlaufen die Thermoleitungen 4. Die Thermoleitungen 4 sind zumindest in dem Messmedium zugewandten Ende des Metallrohrs 2 von einer Pulverfüllung 5 umgeben, die aus thermisch gut leitendem Keramikpulver besteht. Das Metallrohr 2 weist in diesem Bereich eine mehrstufige Verengung auf, mit denen die Pulverfüllung verdichtet wurde. Das Metallrohr 2 ist an ihrem in das Messmedium ragenden Ende mit einem eingeschweißten kreisförmigen Bodenteil 1 verschlossen. Durch die konusförmige Gestaltung des Bodenteils 1 und des Rohrendes 2.1 ist das Bodenteil zusätzlich formschlüssig gesichert, wodurch auch die Montage erleichtert wird.
In der dargestellten Ausführung enthält die mehrstufige Verengung einen am dem Messmedium zugewandten Ende des Metallrohrs 2 angeordneten ersten konischen Bereich 2.1, einem nach einem Anpassungskegel 2.4 folgenden prismatischem oder zylindrischen Bereich 2.2 und einem sich daran anschließendem zweiten konischen Bereich 2.3. Im dargestellten Beispiel hat der prismatische Bereich einen Sechskantquerschnitt. Der Konus des ersten konischen Bereichs 2.1 ist kürzer ausgeführt als der Konus des zweiten konischen Bereichs 2.3.
2 zeigt die Seitenansicht des Endes eines Hochtemperaturfühlers, welches in das zu messende Medium eintaucht. Der Rohrbereich 2.2 ist hierbei zu einem sechskantigen Querschnitt verpresst.

1: Bodenteil
2: Metallrohr
2.1: erster konischer Bereich
2.2: primatischer Bereich
2.3: zweiter konischer Bereich
2.4: Anpassungskegel
3: Thermodrahtperle
4: Thermoleitungen
5: Pulverfüllung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4021997 C1 [0005]
- EP 0783096 B1 [0006]
- DE 19806110 C2 [0007]
- DE 102006034248 B3 [0008]
- DE 102004007906 A1 [0009]

Claims

Hochtemperaturfühler, bei dem ein Sensorelement in einem Metallrohr (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Metallrohr (2) Thermoleitungen (4) angeordnet sind, die zumindest im dem Messmedium zugewandten Bereich des Metallrohres (2) von einer Pulverfüllung (5) umgeben sind, welche aus einem thermisch gut leitenden Keramikpulver besteht, wobei die Thermoleitungen (4) in einer angeschweißten Thermodrahtperle (3) enden und wobei das Metallrohr (2) in diesem Bereich eine mehrstufige Verengung aufweist und an seinem dem Messmedium zugewandte Ende mit einem Bodenteil (1) verschlossen ist.
Temperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenteil (1) mit dem Ende des Metallrohres (2) verschweißt ist.
Temperaturfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenteil (1) zusätzlich durch einen Konus formschlüssig am Ende des Metallrohres (2) gesichert ist.
Temperaturfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrstufige Verengung einen am dem Messmedium zugewandte Ende des Metallrohres (2) angeordneten ersten konischen Bereich (2.1), einem folgenden prismatischem oder zylindrischen Bereich (2.2) und einem sich daran anschließendem zweiten konischen Bereich (2.3) enthält.
Temperaturfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der prismatische Bereich (2.2) einen Mehrkantquerschnitt aufweist.
Temperaturfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste konische Bereich (2.1) eine größere Neigung aufweist, als der zweite konische Bereich (2.3).