DE202015008966U1

DE202015008966U1 - Modular structured high-temperature sensor

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Publication number: DE202015008966U1
Application number: DE202015008966.6U
Authority: DE
Original assignee: Temperaturmesstechnik Geraberg GmbH
Current assignee: Temperaturmesstechnik Geraberg GmbH
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-05-02
Anticipated expiration: 2025-04-01

Abstract

Hochtemperaturfühler (1) mit einem Temperatursensor (2), einem äußeren metallischen Fühlerfassungsteil (1.1), an dem ein Prozessanschluss (7) angeordnet ist, sowie Innenleitungsdrähten (5) und äußeren elektrischen Anschlüssen (1.3), dadurch gekennzeichnet, dass – im Vorderteil des Hochtemperatursensors eine modulare Sensoreinheit angeordnet ist, die eine einseitig offene Doppelhülse mit geschlossenem Boden enthält, welche aus einer äußeren metallischen Tiefziehhülse (3) und einer in der Tiefziehhülse (3) angeordneten inneren keramischen Hülse (4) besteht, – im Inneren der Doppelhülse ein Temperatursensor (2) in einer keramischen Füllung (9) angeordnet ist, – die Innenleitungsdrähte (5) direkt oder mittels zusätzlicher Innenleiter durch einen Fühlerverschluss (8) nach außen führen, – die äußere metallischen Tiefziehhülse (3) die mit dem metallischen Fühlerfassungsteil (1.1), das auch Träger des Prozessanschlusses (7) ist, verschweißt ist, – am hinteren Ende des Fühlerfassungsteiles (1.1) ein Fühlerverschluss (8) in Form einer Glaslotverschmelzung (8.1) oder eines elastischen Dichtungsteiles (8.2) angeordnet ist.High-temperature sensor (1) having a temperature sensor (2), an outer metallic sensing part (1.1) on which a process connection (7) is arranged, and inner conductor wires (5) and outer electrical connections (1.3), characterized in that - in the front part of Hochtemperatursensors a modular sensor unit is arranged, which contains a closed-bottom double-sleeve open, which consists of an outer metallic thermoforming sleeve (3) and in the thermoforming sleeve (3) arranged inner ceramic sleeve (4), - in the interior of the double sleeve, a temperature sensor (2) is arranged in a ceramic filling (9), - lead the inner conductor wires (5) directly or by means of additional inner conductor through a sensor closure (8) to the outside, - the outer metallic thermoforming sleeve (3) with the metallic sensing sensing part (1.1) , which is also carrier of the process connection (7), is welded, - in the back a feeler closure (8) in the form of a Glaslotverschmelzung (8.1) or an elastic sealing part (8.2) is arranged end of the sensing sensing part (1.1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochtemperaturfühler mit einem Temperatursensor, einer äußeren metallischen Fühlerfassung mit Prozessanschluss, sowie inneren elektrischen Leitern und äußeren elektrischen Anschlüssen. The invention relates to a high-temperature sensor with a temperature sensor, an outer metallic sensing element with process connection, as well as internal electrical conductors and external electrical connections.

Der Hochtemperaturfühler ist zur Abgas-Temperaturerfassung in kompakten Strömungsmaschinen sowie in Diesel- und Benzinmotoren geeignet. The high temperature sensor is suitable for exhaust gas temperature detection in compact turbomachinery as well as in diesel and gasoline engines.

Aus dem Stand der Technik sind vielfältige Ausführungen von Temperaturfühlern bekannt, welche für einen Einsatz bei derartig hohen Temperaturen vorgesehen sind. Die Temperaturfühler sind hinsichtlich der Art und der Anzahl der verwendeten Temperatursensoren und hinsichtlich der Konstruktion und Technologie unterscheidbar. Various designs of temperature sensors are known from the prior art, which are intended for use at such high temperatures. The temperature sensors are distinguishable in terms of the type and number of temperature sensors used and in terms of construction and technology.

In DE 40 21 997 C2 wird ein 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. In DE 40 21 997 C2 is described as a Hochtemperaturthermistor trained temperature sensor which is disposed inside a temperature-resistant metal tube and which consists of a predetermined mixture to form a ceramic, so that a certain degree of change of resistance to an initial resistance within the predetermined limits.

Weiterhin wird in DE 198 06 110 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. Furthermore, in DE 198 06 110 C2 an exhaust gas sensor is described, which includes a temperature-sensitive measuring element of a ceramic substrate, on which a platinum resistance lead and contact pads are formed. A cable connection is directly connected to the contact pads.

Aus 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. Out DE 10 2006 034 248 B3 a measuring arrangement with an electrical measuring resistor is known in which a filler is arranged in a protective tube. The filler assembly or a formation of a density of the filler along the protective tube has a gradient, wherein the density of the filler has a maximum at a position at which the protective tube has a bottleneck.

Ferner sind aus DE 10 2004 007 906 A1 Hochtemperatursensoren bekannt, die eine keramisch isolierte Fassungsisolation aufweisen und bei denen ein unteres Ende eines Fassungselementes derart ausgebildet ist, dass sich im Inneren ein Platindünnschichtsensor ausbildet. Furthermore, are off DE 10 2004 007 906 A1 High-temperature sensors are known which have a ceramic insulated socket insulation and in which a lower end of a socket element is formed such that forms a Platindünnschichtsensor inside.

Die oben genannten Ausführungen weisen im Dauereinsatz bei Temperaturen von 1.200°C und mehr eine geringe Lebensdauer sowie eine hohe Sensordrift auf. The above-mentioned versions have a low lifetime and a high sensor drift in continuous operation at temperatures of 1,200 ° C and more.

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. The US 4,865,462 A discloses a thermocouple in which an inner jacket thermocouple is protected by an outer perforated protective tube. The disadvantage of this arrangement proves that the weld is in the hot flow range and thus has a particularly high risk potential.

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 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. US 5,662,418 A discloses a temperature sensor comprising an inner jacket thermocouple mechanically stabilized by means of an outer protective tube. The protective tube is milled laterally and has open, the flow-facing sections. Although the arrangement has a high degree of stabilization through the protection of the element to the top, but the formation of the protective part is so massive that significant Meßdynamic disadvantages arise.

Des Weiteren offenbart 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 Hochtemperaturstrahlungsmessungen geeignet. Further disclosed DE 41 38 460 A1 an encapsulated thermocouple having an outer ceramic shell. Between a process edge and a feeler detection a Kittrand is arranged. The entire assembly is not designed for medium gas flow sample gas flows, but is suitable for high temperature radiation measurements because of the permeability of the tube.

Aus 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. Out US 4,485,263 A a temperature sensor is known in which a strongly hammered jacket thermocouple is butt welded with a separate half-shell. To the finished jacket thermocouple a protective tube is pulled, which has a perforation.

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. The DE 10 2004 007 906 A1 describes a temperature sensor having an inner bore in which thermocouple wires are arranged. The thermocouple wires are welded on the media side and formed with electrical connections at the rear end. A perforated protective tube is pulled around this free thermocouple.

Aus DE 20 2008 016 201 U1 ist ein Hochtemperaturfühler bekannt, der ein speziell verformtes Mantelthermoelement aufweist. Die Verformung betrifft 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. Out DE 20 2008 016 201 U1 is a high temperature sensor is known which has a specially shaped jacket thermocouple. The deformation relates to a measuring tip, which contains a temperature measuring bead inside and which can be closed after a powder seal with a special bottom. To increase the reliability of the bottom weld, the bottom is positive and / or conical and hammered.

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 dem Medium zugewandten Ende der Mantelleitung befestigt ist, umgeben ist. Die Schutzhülse ist einteilig und weist keine Schweißstelle auf. DE 10 2008 060 033 A1 describes a temperature sensor in which a sensor element consists of a thermowire bead, which protrudes from a sheath line and by a protective sleeve which is mounted on a medium-facing end of the sheathed cable is surrounded. The protective sleeve is in one piece and has no weld.

Weiterhin ist die DE 10 2011 083 437 A1 bekannt, die ebenso wie die DE 10 2008 060 033 A1 , die DE 199 46 453 B4 und die US 4,865,462 A die Messperle durch eine metallische Schutzhülle aus einem Tiefziehteil schützt. Die Schweißnaht an der Schutzhülse liegt im Medium, wird jedoch durch eine Schutzhülle von Strömungsangriffen geschützt und enthält des weiteren Bornitrid. Furthermore, the DE 10 2011 083 437 A1 known, as well as the DE 10 2008 060 033 A1 , the DE 199 46 453 B4 and the US 4,865,462 A the measuring bead protects from a deep-drawn part by a metallic protective cover. The weld on the protective sleeve is located in the medium, but is protected by a protective cover of flow attacks and also contains boron nitride.

Ferner ist in DE 198 53 668 B4 ein Temperaturmessfühler und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben. Der Temperaturmessfühler weist ein Fühlerelement auf, welches einen Heißleiter und einem sich daraus erstreckende Leitungen enthält. Um das Fühlerelement ist ein Isolator angeordnet, der mit einem anorganischen Klebemittel gefüllt ist. Um den Isolator ist eine Metallabdeckung angeordnet. Furthermore, in DE 198 53 668 B4 a temperature sensor and a method for its preparation described. The temperature sensor has a sensing element which includes a thermistor and leads extending therefrom. Arranged around the sensing element is an insulator filled with an inorganic adhesive. A metal cover is arranged around the insulator.

Bei den bekannten Temperaturfühlern, insbesondere bei Temperaturfühlern mit Thermoelementen, werden verschiedene Schutzmaßnahmen zum Korrosionsschutz der Schweißnähte und zur Erzielung einer Schwingungsstabilität sowie zur Verhinderung von Misfit-Effekten ergriffen. Die Anordnungen sind jedoch im Wesentlichen auf bestimmte Sensorausführungen, d.h. zum Beispiel Thermistor oder Thermoelement usw., ausgerichtet und berücksichtigen innere Korrosionsprobleme und Diffusionseffekte nur ungenügend. In the known temperature sensors, especially in temperature sensors with thermocouples, various protective measures for corrosion protection of the welds and to achieve a vibration stability and to prevent misfit effects are taken. However, the arrangements are essentially based on particular sensor designs, i. For example, thermistor or thermocouple, etc., aligned and take into account internal corrosion problems and diffusion effects insufficient.

Insbesondere bei Abgastemperaturfühlern, die für den Einsatz in Dieselmotoren vorgesehen sind, von denen eine Standzeit von 15 Jahren gefordert wird und für die im Gegensatz zu PKW-Motoren mit einem hohen Dauerlaufanteil gerechnet werden muss, steht die Sensorstabilität neben der Stabilität der äußeren metallischen Sensorhülse im Vordergrund. In particular, in exhaust gas temperature sensors, which are intended for use in diesel engines, of which a service life of 15 years is required and must be expected in contrast to car engines with a high endurance ratio, the sensor stability is in addition to the stability of the outer metallic sensor sleeve in Foreground.

Um innere Diffusionseffekte zu vermeiden wird in WO 2005/075949 A1 der Pulververfüllung des Temperaturfühlers sauerstoffspendendes Oxidpulver, wie z. B. Manganoxid, hinzugefügt, sodass beim Erreichen bestimmter Temperaturen atomarer Sauerstoff frei wird. Dadurch wird eine sauerstofffreundliche Atmosphäre erzeugt, die bei Platintemperaturelementen Diffusionseffekte nicht befördert. Bei Platinmesswiderständen würde die Diffusion durch reduzierende Atmosphäre sehr stark vergrößert werden. In order to avoid internal diffusion effects is in WO 2005/075949 A1 the powder filling of the temperature sensor oxygen-donating oxide powder such. As manganese oxide, so that when certain temperatures reach atomic oxygen is released. This creates an oxygen-friendly atmosphere that does not promote diffusion effects at platinum temperature elements. For platinum measuring resistors, the diffusion would be greatly increased by reducing atmosphere.

In DE 11 2011 102 975 T5 wird ebenfalls Sauerstoff freisetzendes Füllpulver, insbesondere in Verbindung mit Zirkonoxid eingesetzt. Gleichzeitig wird angeführt, dass verschiedenste Temperaturmesselemente zum Einsatz kommen können, wie z.B. NTC, PTC oder auch Thermoelemente. Es wird in diesem Zusammenhang nicht beachtet, dass Sauerstoffatmosphären nicht in jedem Fall auch bei Thermoelementen günstig bzw. je nach Typ unter Umständen sogar zu vermeiden sind. Man kann also zusammenfassend sagen, dass die Realisierung einer bestimmten Atmosphäre, wie in diesem Patent einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, nicht für alle beliebigen Abgassensoren günstig bzw. unter Umständen sogar schädlich ist. In DE 11 2011 102 975 T5 is also used oxygen-releasing filling powder, in particular in conjunction with zirconium oxide. At the same time, it is stated that a wide variety of temperature measuring elements can be used, such as NTC, PTC or even thermocouples. It is not taken into account in this context that oxygen atmospheres are not always favorable even with thermocouples or depending on the type may even be avoided. It can therefore be said in summary that the realization of a certain atmosphere, as in this patent, an oxygen-containing atmosphere, not favorable for any exhaust gas sensors or may even be harmful.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten thermoelektrischen Temperaturfühler anzugeben, welcher wahlweise mit Thermistoren, Platinmesswiderständen oder Thermodrähten bestückt werden kann, zur Erfassung hoher Temperaturen geeignet ist und eine geringe Drift aufweist. The invention has for its object to provide an improved thermoelectric temperature sensor, which can optionally be equipped with thermistors, Platinmesswiderständen or thermo wires, is suitable for detecting high temperatures and has a low drift.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung gelöst, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. The object is achieved by an arrangement having the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Hochtemperaturfühler ist im Vorderteil, also dem in das Messmedium ragenden Teil, eine modulare Sensoreinheit angeordnet, die eine einseitig offene Doppelhülse mit geschlossenem Boden enthält. Die Doppelhülse besteht aus einer äußeren metallischen Tiefziehhülse und einer in der Tiefziehhülse angeordneten inneren keramischen Hülse. Im Inneren der Doppelhülse befinden sich ein Temperatursensor, der von einer keramischen Füllung umgeben ist sowie die inneren elektrischen Leiter, welche direkt oder mittels zusätzlicher Innenleiter zu einem hinteren, medienabgewandten Fühlerverschluss führen und aus diesem austreten. Die äußere metallische Tiefziehhülse ist mit dem metallischen Fühlerfassungsteil, das auch Träger des Prozessanschlusses ist, verschweißt. Am hinteren Ende des Fühlerfassungsteiles ist ein Fühlerausgangsverschluss angeordnet, der als Glaslotverschmelzung oder elastisches Dichtungsteiles ausgebildet sein kann. In the high-temperature sensor according to the invention, a modular sensor unit is arranged in the front part, ie the part protruding into the measuring medium, which contains a double sleeve with a closed bottom open on one side. The double sleeve consists of an outer metallic thermoforming sleeve and an inner ceramic sleeve arranged in the thermoforming sleeve. Inside the double sleeve are a temperature sensor, which is surrounded by a ceramic filling and the inner electrical conductors, which lead directly or by means of additional inner conductor to a rear, media-facing probe closure and emerge from this. The outer metallic thermoforming sleeve is welded to the metallic sensing part, which is also the carrier of the process connection. At the rear end of the Fühlerfassungsteiles Fühlerausgangsverschluss is arranged, which may be formed as Glaslotverschmelzung or elastic sealing parts.

Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die inneren elektrischen Leiter durch den Fühlerverschluss zugfest als freie Anschlussdrahtenden herausragen. Dadurch wird eine sehr kostengünstige Herstellung ermöglicht. An advantageous embodiment provides that the inner electrical conductors by the sensor closure tensile strength protrude as free terminal wire ends. This allows a very cost-effective production.

Bei einer weiteren voreilhaften Ausführung wird als Temperatursensor ein widerstandselektrischer Temperatursensor verwendet, dessen Anschlussdrähte innere elektrische Leiter bilden, die mittels Schweißverbindungen mit temperaturbeständigen nickelhaltigen Innenleitungsdrähten verbunden sind. In a further embodiment of the prior art, the temperature sensor used is a resistance-electric temperature sensor whose connecting wires form internal electrical conductors which are connected by means of welded connections to temperature-resistant nickel-containing inner conductor wires.

Die Anschlussdrähte können mittels Abweichungen vom geradlinigen Verlauf in der keramischen Füllung in der inneren keramischen Hülse zugfest verankert sein und durch ein vorderes Fühlerausbauteil isoliert hindurchgeführt und aus der Doppelhülse herausgeführt sein. Derartige Abweichungen können Auslenkungen oder Verdickungen, beispielsweise in Form von Schweißstellen sein. The connecting wires can by means of deviations from the straight course in the ceramic filling in the inner ceramic sleeve be anchored tensile strength and insulated by a front sensor extension and led out of the double sleeve. Such deviations may be deflections or thickenings, for example in the form of welds.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass als Temperatursensor ein Thermoelement verwendet wird, an dessen Thermoschweißstelle Thermoschenkeldrähte angeordnet sind, welche die Innenleitungsdrähte bilden und weit aus der Doppelhülse herausgeführt sind. A further advantageous embodiment provides that a thermocouple is used as a temperature sensor, at the thermal welding point thermo-branch wires are arranged, which form the inner conductor wires and are far out of the double sleeve.

Ferner ist es möglich, dass die Innenleitungsdrähte unterbrechungsfrei zwischen dem vorderen Fühlerbauteil und dem Fühlerverschluss verlaufen und aus dem Fühlerverschluss herausragen, wobei der Fühlerverschluss als Glaslotverschluss ausgebildet ist. Furthermore, it is possible that the inner conductor wires run without interruption between the front sensor component and the sensor closure and protrude from the sensor closure, wherein the sensor closure is designed as a glass solder lock.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Innenleitungsdrähte mittels flexibler Glasseideisolation teilweise isoliert sind und durch den Fühlerverschluss, der hierbei als Glaslotverschluss ausgebildet ist, als freie Anschlussdrahtenden herausragen. A further advantageous embodiment provides that the inner conductor wires are partially insulated by means of flexible glass fiber insulation and protrude through the probe closure, which is designed here as a glass solder lock, as free terminal wire ends.

Bei einer weiteren Ausführung sind die Innenleitungsdrähte mit flexiblen Leiterlitzen elektrisch verbunden, welche mit einer temperaturbeständigen Isolation versehen sind. Die Leiterlitzen werden durch den elastischen Fühlerverschluss geführt und ragen als isolierte freie Litzenenden aus dem Temperaturfühler heraus und können als Anschluss für eine Auswerteelektronik dienen. In a further embodiment, the inner conductor wires are electrically connected to flexible conductor strands, which are provided with a temperature-resistant insulation. The conductor strands are guided through the elastic sensor closure and protrude out of the temperature sensor as isolated free strand ends and can serve as a connection for evaluation electronics.

Ferner ist es möglich, dass am oberen Ende der metallischen Tiefziehhülse eine sauerstoffhemmende Diffusionssperrschicht, vorzugsweise auf Zirkonoxid-Basis angeordnet ist. Furthermore, it is possible for an oxygen-inhibiting diffusion barrier layer, preferably based on zirconium oxide, to be arranged at the upper end of the metallic deep-drawing sleeve.

Die Herstellung des Glaslotverschlusses erfolgt dadurch, dass eine vorgefertigte Glaslotperle aus gepresstem oder gesintertem Glaslot hergestellt wird, die drei Durchganslöcher aufweist. Durch zwei Durchgangslöcher werden die Innenleiterdrähte eingefädelt und anschließend die Glaslotperle an ihrer Sollposition positioniert. Danach wird die Glaslotstelle in zwei zeitlich beabstandeten Intervallen erhitzt. Beim ersten Erhitzen können die sich im Inneren des Fühlers ausdehnenden Gase durch das dritte Durchgangsloch entweichen. Beim anschließenden zweiten Erhitzen, das mit höherer Temperatur erfolgt, verschmilzt die Glaslotperle mit den Innenleiterdrähten und dem sie umgebenden metallischen Teil. The production of the glass solder plug is made by making a prefabricated glass solder ball of pressed or sintered glass solder having three through holes. Through two through holes, the inner conductor wires are threaded and then positioned the glass solder bead at its desired position. Thereafter, the glass soldering station is heated at two intervals spaced at intervals. During the first heating, the gases extending inside the sensor can escape through the third through-hole. In the subsequent second heating, which takes place at a higher temperature, the glass solder ball merges with the inner conductor wires and the surrounding metallic part.

Der Innenraum der inneren keramischen Hülse mit dem darin montierten Temperatursensor ist mit keramischen Pulver und/oder keramischen Kitt und/oder keramischen Spachtel verfüllt und nach außen gasdicht verschlossen. The interior of the inner ceramic sleeve with the temperature sensor mounted therein is filled with ceramic powder and / or ceramic putty and / or ceramic spatula and gas-tight to the outside.

Gegenüber den bekannten Lösungen zeichnet sich der erfindungsgemäße Temperaturfühler durch einen verbesserten Schutz gegen innere Korrosions- und Diffusionseffekte bei hohen Temperaturen aus. Es wird so eine geringe Drift über die Lebensdauer, insbesondere auch bei Dieselmotoren, gewährleistet. In den Temperaturfühlern können sowohl Thermoelemente als auch Platinsensoren oder bestimmte Thermistoren eingesetzt werden. Compared to the known solutions, the temperature sensor according to the invention is characterized by improved protection against internal corrosion and diffusion effects at high temperatures. This ensures a low drift over the service life, especially in diesel engines. In the temperature sensors, both thermocouples and platinum sensors or certain thermistors can be used.

Da sich die Übergangsstelle vom Sensor in der inneren Keramikhülle zu den Innenleitungsdrähten bzw. von der Thermomessperle zu den Thermoschenkeln in der inneren Keramikhülle befindet, werden auf den Sensor wirkende Zug- und Stauchbelastungen weitgehend vermieden. Die vordere innere Schutzhülse enthält eine gasdichte Keramikmasse, die einen Gasausschluss gegenüber der Innenatmosphäre des Sensors gewährleistet. Durch diesen Gasausschluss ist es in weiten Grenzen unerheblich, welche Atmosphäre sich außerhalb der Doppelhülse bzw. im Fühlerinneren ausbildet. Since the transition point from the sensor in the inner ceramic shell to the inner conductor wires or from the Thermomessperle to the thermo legs in the inner ceramic shell, acting on the sensor tensile and compression loads are largely avoided. The front inner protective sleeve contains a gas-tight ceramic material, which ensures gas exclusion against the internal atmosphere of the sensor. Due to this gas exclusion, it is irrelevant within wide limits, which atmosphere is formed outside of the double sleeve or in Fühlerinneren.

Durch die Berührung der inneren Keramikhülse mit der äußeren Metallhülse, die beide zusammen die Doppelhülse bilden, sind auch äußere Schwingungseinflüsse auf den Temperatursensor nicht zu erwarten. Das Doppelhülsensystem lässt beim Anschweißen der äußeren metallischen Hülse an die Schutzhülse oder die äußere Einbauarmatur keine Schädigungen am gasdichten Verschluss der inneren Hülse zu. Bei bekannten Anordnungen, bei denen der Sensor in eine Metallfassung auch durch einen Kitt oder eine Kombination Pulver mit Kitt vor Gaszutritt geschützt ist, treten beim Schweißen durch hohe Energieeinträge verursachte Risse im Keramikverschluss auf, die die Gasdichtheit nicht mehr gewährleisten. Diese Risse werden hier vermieden. By touching the inner ceramic sleeve with the outer metal sleeve, which together form the double sleeve, and external vibration influences on the temperature sensor are not expected. The double-sleeve system does not allow any damage to the gas-tight closure of the inner sleeve when welding the outer metal sleeve to the protective sleeve or the outer fitting. In known arrangements in which the sensor is protected in a metal frame by a putty or a combination powder with putty against gas access occur during welding caused by high energy inputs cracks in the ceramic closure, which no longer ensure the gas tightness. These cracks are avoided here.

Weiterhin ist von Vorteil, dass die bei üblichen Fühlerausführungen durch Heißgasströmung hervorgerufene Verbiegungen (sogenannter Bananeneffekt) durch die Doppelhülse mit keramischer Innenhülse diese Deformationen verhindert werden. A further advantage is that the deformations caused by hot gas flow in conventional sensor designs (so-called banana effect) are prevented by the double sleeve with ceramic inner sleeve, these deformations.

Die empfindlichen Übergangsstelle von Temperatursensor zum Innenleitungssensor bzw. die Lötstelle des Thermoelementes befindet sich im inneren Teil der Doppelhülse. Damit wird eine Zugentlastung erreicht und die Schweißstelle gegen Korrosion geschützt. The sensitive transition point of the temperature sensor to the inner line sensor or the solder joint of the thermocouple is located in the inner part of the double sleeve. This provides strain relief and protects the weld against corrosion.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Darin zeigen: Show:

1 einen modular strukturierten Temperaturfühler mit innenliegender Verbindung zu einer flexiblen Anschlusslitze, 1 a modular structured temperature sensor with internal connection to a flexible pigtail,

2 einen Temperaturfühler mit wendelförmigen inneren Verbindungsdrähten, 2 a temperature sensor with helical inner connecting wires,

3 einen Temperaturfühler mit kurzer Einbaulänge und hinterem Glaslotverschluss, 3 a temperature sensor with short installation length and rear glass solder lock,

4 konstruktive Ausbildungen der Doppelhülse, umfassend:
4a) zwei lange verbundene Hülsen,
4b) äußere metallische Tiefziehhülse mit Kragen und etwas kürzerer innerer Keramikhülse,
4c) äußere metallische Tiefziehhülse mit kurzen Hals und etwas kürzere innere Keramikhülse, 4 constructive embodiments of the double sleeve, comprising:
4a) two long connected sleeves,
4b) outer metallic deep-drawn sleeve with collar and a slightly shorter inner ceramic sleeve,
4c) outer metal thermoforming sleeve with short neck and slightly shorter inner ceramic sleeve,

5 einen Temperaturfühler mit Mantelleitung, Kragenhülse und hinterem Glaslotverschluss, 5 a temperature sensor with sheathed cable, collar sleeve and rear glass solder lock,

6 einen modular strukturierten Temperaturfühler mit Mantelleitung, Stützhülse und hinterem Glaslotverschluss,
und 6 a modular structured temperature sensor with sheathed cable, support sleeve and rear glass solder lock,
and

7a und b einen Temperaturfühler, bei dem am oberen Ende der Tiefziehhülse ein Glaslotverschluss angebracht ist. 7a and b is a temperature sensor, in which at the upper end of the thermoforming sleeve, a glass solder lock is attached.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

Der in 1 dargestellte Temperaturfühler weist einen metallischen Fühlerschaft 1.1 auf, der aus zwei Rohrteilen besteht die mittels einer Rohrschweißnaht 6.2 gasdicht verbunden sind. An der Verbindungsstelle weisen die Rohrteile jeweils einen gestauchten Bund auf, deren Verbindung den Prozessanschluss 7 bilden. Am unteren Ende des Fühlerschaftes 1.1 befindet sich die medienberührende Sensorbaugruppe 1.2, die aus einer Doppelhülse besteht, in der der Temperatursensor 2 in einer keramischen Füllung 9 angeordnet ist. Die am medienseitigen Ende geschlossene Doppelhülse besteht aus einer inneren keramischen Hülse 4, die von einer äußeren metallischen Tiefziehhülse 3 umschlossen ist. Die Doppelhülse ist mit der unteren Schweißverbindung 6.1 gasdicht mit dem Fühlerschaft 1.1 verbunden. Am Temperatursensor 2 sind zwei Innenleitungsdrähte 5 angeschlossen, die oben aus der keramischen Füllung 9 herausragen und in einem festen keramischen Isolierteil 10 weiter nach oben geführt werden. Die aus dem festen keramischen Isolierteil 10 herausragenden Enden der Innenleitungsdrähte 5 sind mittels der Leiterdrahtschweißverbindung 6.3 mit den Anschlussdrähten verbunden. Der Innenraum des Fühlerschaftes 1.1 ist mit einer Pulverfüllung 11 versehen und an seinem oberen Ende mit dem Fühlerverschluss 8 abgedichtet. Der Fühlerverschluss kann ein elastisches Formteil sein. Den oberen Bereich des Temperaturfühlers 1 bildet der elektrische Fühleranschluss 1.3. Im dargestellten Fall sind die Anschlussleitungen 5.1 als Litzen ausgebildet, die mit einer flexiblen Isolierung 5.1.1 versehen sind. The in 1 shown temperature sensor has a metallic sensor shaft 1.1 on, which consists of two pipe parts by means of a pipe weld 6.2 are connected in a gastight manner. At the connection point, the pipe parts each have a compressed collar whose connection connects the process connection 7 form. At the bottom of the sensor shaft 1.1 is the media-contacting sensor module 1.2 , which consists of a double sleeve, in which the temperature sensor 2 in a ceramic filling 9 is arranged. The closed at the media end double sleeve consists of an inner ceramic sleeve 4 that of an outer metallic thermoforming sleeve 3 is enclosed. The double sleeve is with the bottom weld joint 6.1 gas-tight with the sensor shaft 1.1 connected. At the temperature sensor 2 are two inner conductor wires 5 connected to the top of the ceramic filling 9 stick out and in a solid ceramic insulating part 10 continue to be led upwards. The from the solid ceramic insulating part 10 outstanding ends of the inner conductor wires 5 are by means of the conductor wire welding connection 6.3 connected to the connecting wires. The interior of the sensor shaft 1.1 is with a powder filling 11 provided and at its upper end with the feeler lock 8th sealed. The sensor closure can be an elastic molded part. The upper part of the temperature sensor 1 forms the electrical sensor connection 1.3 , In the case shown, the connecting cables 5.1 designed as strands, with a flexible insulation 5.1.1 are provided.

In 2 ist eine Temperaturfühlerausführung dargestellt, bei der die Doppelhülse eine äußere metallische Tiefziehhülse 3 aufweist, die am oberen offenen Ende eine Einengung 3.1 aufweist, und in eine korrespondierende Schafteinengung 1.1.1 eingefügt und mittels der Schweißverbindung 6.1 gasdicht befestigt ist. Am metallischen Fühlerschaft 1.1 befindet sich der Prozessanschluss mit gedrehtem Bund 7.1. Die Innenleitungsdrähte 5 treten aus der keramischen Füllung 9 aus und verlaufen durch ein festes keramisches Isolierteil 10 und den Glaslotverschluss 8.1 bis nach außen. Innerhalb des keramischen Isolierteils 10 sind die Innenleiter wellenförmig ausgebildet und bilden somit eine Sicherheit gegen Verschiebung durch Zugbeanspruchungen. Das keramische Isolierteil 10 ist in eine Pulverfüllung 11 eingebettet. In 2 a temperature sensor embodiment is shown in which the double sleeve an outer metallic thermoforming sleeve 3 has, which at the upper open end of a constriction 3.1 and in a corresponding sheep constraint 1.1.1 inserted and by means of the welded joint 6.1 is attached gas-tight. At the metallic sensor shaft 1.1 is the process connection with turned collar 7.1 , The inner conductor wires 5 Step out of the ceramic filling 9 out and run through a solid ceramic insulating part 10 and the glass solder lock 8.1 to the outside. Inside the ceramic insulating part 10 the inner conductors are wave-shaped and thus form a security against displacement by tensile stresses. The ceramic insulating part 10 is in a powder filling 11 embedded.

3 zeigt einen Temperaturfühler 1 mit kurzer Einbaulänge. Bei dieser Ausführung ist die äußere metallische Tiefziehhülse 3 mit einer Aufweitung 3.2 und einem Bund 3.3 versehen. Der metallische Fühlerschaft 1.1 ist hierbei einteilig ausgeführt und mittels der Schweißverbindung 6.1 zu einem Prozessanschluss 7 ausgeformt. Die Innenleitungsdrähte 5 sind durch den Glaslotverschluss 8.1 bis nach außen geführt. Innerhalb des mit einer keramischen Füllung 9 versehenen metallischen Fühlerschaftes 1.1 sind die Innenleitungsdrähte 5 von einer Glasseidenisolierung 5.3 umgeben. 3 shows a temperature sensor 1 with short installation length. In this embodiment, the outer metallic thermoforming sleeve 3 with a widening 3.2 and a covenant 3.3 Mistake. The metallic sensor shaft 1.1 is here made in one piece and by means of the welded joint 6.1 to a process connection 7 formed. The inner conductor wires 5 are through the glass solder lock 8.1 led to the outside. Inside with a ceramic filling 9 provided metallic sensor shaft 1.1 are the inner wires 5 from a glass silk insulation 5.3 surround.

Die 4a bis 4c erläutern verschiedene Gestaltungsformen der als Messspitze dienenden Doppelhülse. The 4a to 4c explain various design forms of serving as a measuring tip double sleeve.

Bei der in 4a dargestellten Doppelhülse sind die äußere metallische Tiefziehhülse 3 und die innere keramische Hülse 4 gleichlang. Diese Gestaltung ist für den in den 1, 5 und 6 beschriebenen Temperaturfühler geeignet. At the in 4a illustrated double sleeve are the outer metallic thermoforming sleeve 3 and the inner ceramic sleeve 4 of equal length. This design is for in the 1 . 5 and 6 described temperature sensor suitable.

Bei der in 4b dargestellten Doppelhülse weist die äußere metallische Tiefziehhülse 3 eine Aufweitung 3.2 und einen Bund 3.3 auf. Die innere keramische Hülse 4 ist dabei kürzer als die äußere metallische Tiefziehhülse 3. In dem Zwischenraum zwischen der inneren keramische Hülse 4 und der Aufweitung 3.2 der äußeren metallischen Tiefziehhülse 3 befindet sich ebenfalls eine keramische Füllung 9. Diese Gestaltung ist für den in 3 beschriebenen Temperaturfühler vorgesehen. At the in 4b illustrated double sleeve has the outer metallic thermoforming sleeve 3 an expansion 3.2 and a covenant 3.3 on. The inner ceramic sleeve 4 is shorter than the outer metallic thermoforming sleeve 3 , In the space between the inner ceramic sleeve 4 and the expansion 3.2 the outer metallic thermoforming sleeve 3 there is also a ceramic filling 9 , This design is for the in 3 provided temperature sensor provided.

Bei der in 4c dargestellten Doppelhülse ist die äußere metallische Tiefziehhülse 3 mit einer Einengung 3.1 versehen, welche oberhalb der inneren keramischen Hülse 4 angebracht ist. Diese Gestaltung ist für den in 2 beschriebenen Temperaturfühler vorgesehen. At the in 4c illustrated double sleeve is the outer metallic thermoforming sleeve 3 with a narrowing 3.1 provided, which above the inner ceramic sleeve 4 is appropriate. This design is for the in 2 provided temperature sensor provided.

In 5 ist ein Temperaturfühler dargestellt, bei dem der metallische Fühlerschaft 1.1 als Kragenhülse ausgebildet ist, wobei der angestauchte Kragen als Prozessanschluss 7 dient. Zwischen dem medienberührenden unteren Temperaturfühlerteil B und dem oberen anschlussseitigen Temperaturfühlerteil A erfolgt die elektrische und mechanische Verbindung mit einer Mantelleitung 5.2. Der untere Temperaturfühlerteil B besteht aus der Kragenhülse und der daran mittels unterer Schweißverbindung 6.1 befestigten Doppelhülse. Der obere anschlussseitige Temperaturfühlerteil A weist ein Stützrohr 1.4 auf, an dem die Mantelleitung 5.2 mittels einer oberen Mantelrohrschweißverbindung 6.5 befestigt ist. Den oberen Abschluss bildet ein Glaslotverschluss 8.1. Die Verbindung der Mantelleitung 5.2 mit dem metallischen Fühlerschaft 1.1 erfolgt durch die untere Mantelrohrschweißverbindung 6.4. Die äußere metallische Tiefziehhülse 3 ist im Innenraum oberflächlich mit einer Metalloxidschicht versehen. In 5 a temperature sensor is shown in which the metallic sensor shaft 1.1 is designed as a collar sleeve, wherein the upset collar as a process connection 7 serves. Between the media-contacting lower temperature sensing part B and the upper connection-side temperature sensing part A, the electrical and mechanical connection is made with a sheathed cable 5.2 , The lower temperature sensing part B consists of the collar sleeve and the lower weld joint 6.1 attached double sleeve. The upper connection-side temperature sensing part A has a support tube 1.4 on, on which the sheathed cable 5.2 by means of an upper casing pipe weld joint 6.5 is attached. The upper end forms a glass solder lock 8.1 , The connection of the sheathed cable 5.2 with the metallic sensor shaft 1.1 takes place through the lower jacket welded joint 6.4 , The outer metallic thermoforming sleeve 3 is superficially provided with a metal oxide layer in the interior.

In 6 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der wie bei der in 5 erläuterten Variante die Verbindung des im Doppelrohr angeordneten Temperatursensors 2 mit dem oberen elektrischen Anschluss ebenfalls mit einer Mantelleitung 5.2 erfolgt. Bei dieser Ausführung ist die Mantelleitung 5.2 von dem metallischen Fühlerschaft 1.1 umschlossen. Das untere Ende der Mantelleitung 5.2 ist mittels der unteren Mantelrohrschweißverbindung 6.4 mit dem metallischen Fühlerschaft 1.1 verbunden. An der oberen Seite ist der metallische Fühlerschaft 1.1 mit einem elastischen Dichtungsteil 8.2 verschlossen. In 6 a further embodiment is shown in which, as in the in 5 explained variant, the connection of the arranged in the double tube temperature sensor 2 with the upper electrical connection also with a sheathed cable 5.2 he follows. In this embodiment, the sheathed cable 5.2 from the metallic sensor shaft 1.1 enclosed. The lower end of the sheathed cable 5.2 is by means of the lower jacket welded joint 6.4 with the metallic sensor shaft 1.1 connected. On the upper side is the metallic sensor shaft 1.1 with an elastic sealing part 8.2 locked.

Die 7a und 7b zeigen einen Temperaturfühler, bei dem die äußere metallische Tiefziehhülse 3 länger ausgebildet ist und bis in Höhe des Prozessanschlusses 7 reicht. Am oberen Ende der metallischen Tiefziehhülse 3 ist ein Glaslotverschluss 8.1 angebracht. Der Raum zwischen dem Glaslotverschluss 8.1 und der keramischen Füllung 9 ist mit einer Pulverfüllung 11 ausgefüllt. Die Innenleitungsdrähte 5 ragen aus dem Glaslotverschluss 8.1 heraus und sind mit flexiblen Anschlussdrähten verbunden. The 7a and 7b show a temperature sensor, wherein the outer metallic thermoforming sleeve 3 is longer and up to the level of the process connection 7 enough. At the upper end of the metallic thermoforming sleeve 3 is a glass solder lock 8.1 appropriate. The space between the glass solder lock 8.1 and the ceramic filling 9 is with a powder filling 11 filled. The inner conductor wires 5 protrude from the glass solder lock 8.1 out and are connected with flexible connecting wires.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Temperaturfühler temperature sensor
1.1 1.1: Metallischer Fühlerschaft Metallic feeler shaft
1.1.1 1.1.1: Schafteinengung Stem narrowing
1.2. 1.2.: Sensorbaugruppe sensor assembly
1.3 1.3: äußere elektrische Anschlüsse external electrical connections
1.4 1.4: Stützrohr support tube
2 2: Temperatursensor temperature sensor
3 3: Äußere metallische Tiefziehhülse External metallic thermoforming sleeve
3.1 3.1: Einengung constriction
3.2 3.2: Aufweitung widening
3.3 3.3: Bund Federation
4 4: Innere keramische Hülse Inner ceramic sleeve
5 5: Innenleitungsdrähte Internal wires
5.1 5.1: Anschlussleitung connecting cable
5.1.1 5.1.1: flexible Isolierung flexible insulation
5.2 5.2: Mantelleitung sheathed cable
5.3 5.3: Glasseidenisolierung Fiberglass Insulation
6.1 6.1: untere Schweißverbindung lower welded joint
6.2 6.2: Rohrschweißnaht pipe weld
6.3 6.3: Leiterdrahtschweißverbindung Conductor wire weld
6.4 6.4: untere Mantelrohrschweißverbindung lower jacket welded joint
6.5 6.5: obere Mantelrohrschweißverbindung upper casing welded joint
7 7: Prozessanschluss process connection
7.1 7.1: Prozessanschluss mit gedrehtem Bund Process connection with turned collar
8 8th: Fühlerverschluss sensor closure
8.1 8.1: Glaslotverschluss Glaslotverschluss
8.2 8.2: Elastisches Dichtungsteil Elastic sealing part
9 9: keramische Füllung ceramic filling
10 10: Festes keramisches Isolierteil Solid ceramic insulating part
11 11: Pulverfüllung powder filling
A A: oberes anschlussseitiges Temperaturfühlerteil Upper connection-side temperature sensor part
B B: unteres medienberührendes Temperaturfühlerteil lower media-contacting temperature sensor part

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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WO 2005/075949 A1 [0020]
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Claims

High temperature probe ( 1 ) with a temperature sensor ( 2 ), an outer metallic feeler sensing part ( 1.1 ), to which a process connection ( 7 ), as well as inner conductor wires ( 5 ) and external electrical connections ( 1.3 ), Characterized in that - a modular sensor unit is arranged in the front part of the high-temperature sensor which contains a double-sided open sleeve with a closed bottom, which (from a metallic outer sleeve thermoforming 3 ) and one in the thermoforming sleeve ( 3 ) disposed inner ceramic sleeve ( 4 ), - in the interior of the double sleeve, a temperature sensor ( 2 ) in a ceramic filling ( 9 ), - the inner conductor wires ( 5 ) directly or by means of additional inner conductor by a sensor closure ( 8th ) lead outwards, - the outer metallic thermoforming sleeve ( 3 ) with the metallic feeler sensing part ( 1.1 ), which also supports the process connection ( 7 ), is welded, - at the rear end of the sensing element ( 1.1 ) a sensor closure ( 8th ) in the form of a glass solder fusion ( 8.1 ) or an elastic sealing part ( 8.2 ) is arranged.

High temperature probe ( 1 ) according to claim 1, characterized in that, the inner conductor wires ( 5 ) through the feeler closure ( 8th ) protrude as free connection wire ends.

High temperature probe ( 1 ) according to claim 1, characterized in that, as a temperature sensor ( 2 ) a resistance-electric temperature sensor is used whose connecting wires are the inner-conductor wires ( 5 ) formed by conductor wire welding connections ( 6.3 ) are connected to temperature-resistant nickel-containing inner conductor wires.

High temperature probe ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the connecting wires by means of deviations from the straight course in the ceramic filling ( 9 ) of the inner ceramic sleeve ( 4 ) are anchored tensile strength and are led out electrically insulated from the double sleeve.

High temperature probe ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the temperature sensor ( 2 ) is a thermocouple, the thermo leg of the inner conductor ( 5 ) form and led out of the double sleeve.

High temperature probe ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner conductor wires ( 5 ) by means of flexible glass fiber insulation 5.3 are isolated and through the feeler closure ( 8th protrude).

High temperature probe ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the inner conductor wires in a sheathed cable ( 5.2 ) are guided.

High temperature probe ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the interior of the inner ceramic sleeve ( 4 ) with the temperature sensor mounted therein ( 2 ) filled with ceramic powder and / or ceramic putty and / or ceramic spatula and gas-tight to the outside.

High temperature probe ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner conductor wires ( 5 ) are electrically connected to flexible conductor strands, which are provided with a temperature-resistant insulation, wherein the conductor strands through the sensor closure ( 8th ) protrude and serve as a connection for an evaluation.

High temperature probe ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the outer metallic deep-drawn sleeve ( 3 ) has a metal oxide layer inside.

High temperature probe ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at the upper end of the metallic deep-drawn sleeve ( 3 ) a glass solder plug ( 8.1 ) and the space between the glass solder plug ( 8.1 ) and the ceramic filling ( 9 ) with a powder filling 11 is filled.

High temperature probe ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at the upper end of the metallic deep-drawn sleeve ( 3 ) an oxygen-inhibiting diffusion barrier layer is arranged.