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Anordnung zum Messen einer Temperatur Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Anordnung zum Messen einer Temperatur gemäß dem Oberbegriff des ersten
Patentanspruchs.
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Es ist bekannt, in einem Gehäuse, bestehend aus einem topfartigen
Einsatz und einem Deckel, im Inneren des Topfes, an dessen Boden ein Widerstandselement
anzubringen, um so die Temperatur eines den Topf außen umstreichenden Fluids zu
messen. Der Boden des Gehäuses ist hierbei plan ausgebildet, und der Meßwiderstand
wird mit einer Feder gegen den Boden des Gehäuses gedrückt. Derartige Anordnungen
finden Anwendung zum Abfühlen der Vorlauftemperatur des Wassers einer Zentralheizungsanlage.
Die Wärmeübertragung aus dem Wasser der Vorlaufleitung
über den
Gehäuseboden an den Meßwiderstand ist, wie sich bei Versuchen herausstellte, jedoch
zu träge. Dies liegt daran, daß die Kontaktfläche zwischen Meßwiderstand und Gehäuseboden
nicht genügend eben hergestellt werden kann. Bei der Bearbeitung beider aufeinanderliegender
Teile gibt es Unebenheiten, die dann eben zu einem schlechten Kontakt und Wärmeübergang
führen.
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Es ist weiterhin bekannt, bei einem topfartigen Temperaturfühler am
Boden des Topfes den Meßwiderstand anzulöten, wobei die Lötverbindung die mechanische
und thermische Verbindung zwischen Gehäuse und Widerstand bildet. Durch die beim
dauernden Aufheizen und Abkühlen einer Zentral heizungsanlage entstehenden Wärmespannungen
wird jedoch die Lotverbindung mechanisch zerstört, so daß im Laufe der Zeit der
Wärmeübergang vom Gehäuse in den Meßwiderstand schlechter wird, bis dieser völlig
abplatzt. In den ersten Einsatzstunden ist zwar der Wärmeübergang wesentlich besser
als beim reinen Andrücken des Meßwiderstandes mit einer Feder, der Wärmeübergang
wird jedoch durch die mechanische Zerstörung der Lotschicht im Laufe der Zeit wesentlich
schlechter, als es mit dem Andrücken durch die Feder erreichbar ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen
Temperaturfühler zu schaffen, der neben einem schnellen Wärmeübergang vom Gehäuse
in den Meßwiderstand eine Erhaltung dieses Oberganges über eine lange Standzeit
bewerkstelligt. Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß.
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hierzu die Verbindung des Meßwiderstandes mit dem Gehäuse in
eine
mechanissne und in eine thermische Verbindung getrennt werden muß. Obwohl diese
doppelte Verbindung einen erhöhten Fertigungsaufwand zum Inhalt hat, und daher zunächst
zu vermeiden scheint, hat sich herausgestellt, daß nur über diese aufwendige Doppelverbindung
das Problem lösbar ist.
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Demgemäß besteht die Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß in den im
kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs angegebenen Merkmalen. Durch diese erfindungsgemäße
Ausgestaltung erhält man einen Temperaturfühler extrem geringer Trägheit, dabei
aber hoher mechanischer Robustheit, wie dies für den rauhen Heizungsbetrieb notwendig
ist. Die Erfindung eignet sich ferner zum Oberwachen von Temperaturen an Maschinenteilen,
wie Lagern,Motoren und dergleichen. Der gesamte Temperaturfühler kann weiterhin
leicht ausgetauscht und gegen einen anderen ersetzt werden. Weitere Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen,der nachfolgenden
Beschreibung und den Fig. 1 bis 4 der Zeichnungen, anhand derer die Erfindung erläutert
wird.
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Es zeigen, Fig. 1 eine Anordnung gemäß dem Stand der Technik im Querschnitt,
von der die Erfindung ausgeht, Fig. 2 eine weiterentwickelte Anordnung im Querschnitt,
Fig. 3 die erfindungsgemäße Anordnung im Querschnitt und Fig. 4 ein Diagramm zur
Darstellung des Temperaturverlaufes über die Zeit.
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In allen vier Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils
die
gleichen Einzeineiten.
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Gemäß Fig. 1 weist die Erfindung ein Gehäuse 1 mit einem Topf 2 und
einen mit diesem Topf vernieteten Deckel 3 auf. Der Topf 2 ist mit einem Außengewinde
4 in ein Rohr 5 einer Vorlaufleitung 6 einer nicht dargestellten Heizungsanlage
eingeschraubt. Auf einer Innenseite 7 des Bodens 8 liegt ein NTC-Widerstand 9 auf,
der unter der Wirkung einer Feder 10 gegen die Innenseite des Bodens gedrückt ist.
Die Feder stützt sich gegen den Deckel 3 ab. Der NTC-Widerstand und die Feder sind
im Inneren einer Isolierhülse 11 angeordnet. An den Widerstand ist eine Messingscheibe
12 angelegt, die elektrisch leitend über die Feder 10 und ein Niet 13 mit einer
Kontaktzunge 14 verbunden ist.
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Es besteht somit eine elektrisch leitende Verbindung vom Rohr 5 über
das Gewinde 4 zum Gehäusetopf 2, dessen Boden 8 zum Widerstand 9, wobei die weitere
Leitung des Stromes über die Scheibe 12 und-die Feder 10, das Niet 13 und die Zunge
14 erfolgt. Der Widerstand dieser Leitungsverbindung ist im wesentlichen abhängig
von der Temperatur des Widerstandes 9, wobei die Temperatur im dynamischen Betrieb
wiederum vom Wärmeübergang von der Innenseite 7 auf den Widerstand 9 abhängt, der
seinerseits mit der Oberflächenseite der sich berührenden Flächen variabel ist.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 ist statt eines federnden Andrückens des Widerstandes
9 an den Boden 8 eine Lotschicht 15 vorgesehen. Hierbei übernimmt diese Lotverbindung
die thermische und elektrische Verbindung zwischen dem Gehäusetopf 2 bzw. dessen
Boden 8 und
dem Widerstand 9, während das mechanische Andrücken
des Widerstandskörpers 9 an den Boden 8 durch die Feder 10 bewerkstelligt wird.
Dabei wirkt sich die Wärmeableitung von dem NTC-Widerstand zur Messingscheibe 12
ungünstig aus.
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Gemäß Fig. 3 sind nunmehr erfindungsgemäß die technischen Merkmale
der Fig. 1 und 2 unter zweckentsprechender Abänderung der Lotschicht und unter Trennung
der thermischen und elektrischen Verbindungen, vereint. Bei der Lotschicht handelt
es- sich um ein niedrigschmelzendes relativ weiches silberhaltiges Lot, das lediglich
der thermischen und elektrischen Verbindung zwischen dem Boden des Topfes und dem
Widerstandskörper dient. Die mechanische Verbindung wird durch die Wirkung der Andruckfeder
10 erzielt. Die Stromzuführung geschieht durch ein Band 16. Während die Lotschicht
nach dem Aufbringen des Widerstandskörpers auf den Boden zunächst auch eine mechanische
Verbindung bewirkt, verursachen die thermischen Spannungen beim Aufheizen und Abkühlen
des Temperaturfühlers im Laufe des Betriebes einer Heizungsanlage Risse in der Lotschicht,
so daß sich in dieser gemäß Fig. 3 eine Trennfuge 17 bildet. Es ist hierbei wichtig,
daß sich die Trennfuge nur in der Lotschicht bildet, nicht aber in der Trennschicht
zwischen Lot und Widerstandskörper oder zwischen Lot und Bodeninnenseite. In diesem
Zustand des Temperaturfühlers, der nach einigen Betriebsstunden erreicht wird, bewirkt
nicht mehr die Lotschicht die mechanische Verbindung, sondern ausschließlich die
Federkraft. Da der entstehende Spalt der Trennfuge vernachlässigbar kletn ist, bleibt
aber der sehr gute Wärmeübergang zwischen Gehäuseboden und Widerstandskörper erhalten.
Die Messingscheibe ist durch eine Isolierscheibe 18
ersetzt, so
daß uSer die Feder 10 kaum noch Wärme vom Widerstandskörper abgeführt werden kann.
Die Isolierscheibe kann beidseitig mit einer dünnen elektrisch leitenden Schicht
versehen und durchkontaktiert sein, so daß die elektrische Leitung wie in Fig. 2
erfolgt.
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Die Verhältnisse bei den einzelnen Lösungen gemäß Fig. 1 bis 3 sind
dem Schaubild der Fig. 4 sehr gut entnehmbar. Bei diesem Diagramm ist in der Abszisse
die Zeit, in der Ordinate die Temperatur aufgetragen. In dem Schaubild sind Temperaturkurven
18, 19, 20 und 21 aufgetragen, wobei die Kurve 18 einen Temperaturanstieg während
einer gewissen Zeit verdeutlicht. Dieser Tempera-turanstieg herrscht beispielsweise
in der Vorlaufleitung 6 der Zentralheizung. Wählt man nun einen Temperaturfühler
gemäß der Erfindung, so erhält man eine Temperaturfolgekurve gemäß der Kurve 19,
woraus ersichtlich ist, daß die Temperatur, die der Widerstandskörper 9 annimmt,
relativ schnell der Temperatur des abzufühlenden Mediums folgt.
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Wählt man dagegen eine Ausführung gemäß Fig. 2, so erhält man die
Kurve 20, woraus die größere Trägheit dieses Systems ersichtlich ist. Eine Anordnung
nach Fig. 1 hat die noch wesentlich größere Trägheit gemäß der Kurve 21 zur Folge.
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Patentansprüche: