DE2614128A1

DE2614128A1 - Temperaturfuehler

Info

Publication number: DE2614128A1
Application number: DE19762614128
Authority: DE
Inventors: Norio Ichikawa; Sadayasu Ueno
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-04-04
Filing date: 1976-04-01
Publication date: 1976-10-14
Also published as: US4058787A; DE2614128C3; JPS51115879A; DE2614128B2

Description

Die- Erfindung bezieht sich auf einen Temperaturfühler .iii ■_ Verwendung eines Heimleiters, insbesondere ;r~f einen Temperaturfühler, der zum Messen hoher Temperaturen, ueiopielsweise der Temperatur von Abgasen eines uiüvori; geeignet ist.

Es ist ein solcher Tempratarfühler für hohe Temperaturen begannt, der eine Temperaturmessung ausführt, indem die Änderung des Widerstandswerts des Heißleiters durch Bringen der· Ausziehtypelektrode in Kontakt mit der posi tiven Elektrodenooerfläche bzw. der negativen Elektroden -

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oberfläche des Heimleiters abgeleitet wird.

Beim Temperaturfühler dieses Typs ergab sich das Problem des Anstiegs aes Kontakt:·;!Verstandes zwischen •aera Heißleiter und der Ausziehtypelektrode beim Eetrieb für lang 3 ^eitdauer. Als MaiBnahme zur Lösung dieses Prccslems ist ein Verfahren anwendbar, nach welchen 2. B. Platin, das hochgradig hitzebeständig una säurefest ist., in einem Pastenzustünd auf die Oberflächen des Heißleiters und dessen Ausz.iehtypelektroden aufgebracht und ausgebecke wird. Ein solches Verfahren bringt eine gute Wirkung für den Heißleiter. Mit anderen Worten wird hier eine gute Beständigkeit nach dem Ausbs.cK.en der Platinp^ste er rillten. Jedoch erfolgt im Fell de. Stange und des Blechs, die als AuLziehtypelei-ctrode funktionieren, das Ausbac*cen an den metallischen Oberflächen, so dais sich ein Problem d r Dauerhaftigkeit ergibt.

Bei^r pielsweise muß ein Temperaturfühler eines Zusatzgträts zur Abgasbehandlung in einem Kraftfahrzeug eine sehr hohe Temperatur, wie etwa 1100 C aushalten. Obwohl die Stange und das Blech aus hochhitzeoeständigen und säurefesten Wertcstoffen., wie z. B. rostfreiem Stahl oder einer Nickel-Chrom-Legierung der Bezeichnung "Inconel" hergestellt sind, dringt eine Oxy^.dationser scheinung noch von der Oberfläche aus in das Innere ein. Gemäß Versuchsergebnissen reicht die Eindringtiefe einer solchen Oxydation bis zu 0,05 ram und manchmal bis zu 0,2 mm. Dementsprechend ist Vorsorge zu treffen, daß ein solches Eindringen der Oxydation voll ausgehalten werden muß. Man könnte sich vorstellen, die Stange und das Blech mit einem Edelmetall zu plattieren, um die Oxydation zu vermeiden, doch ist dieses Verfahren nicht befriedigend, da Probleme, wie z. B. Poren, auftreten.

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Weiter ist es beim Messen der Auspuff- oder Abgastemperatur eines Kraftfahrzeuges erforderlich, dai3 in vollem Umfang auch die Schwingungen ausgehalten werden, die vom Motor auf den Temperaturfühler einwirken. Folglich ist eine mechanische Festigkeit in einer Höhe von angenähert 20 G erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Temperaturfühler f"r hohe Temperatur zu entwickeln, der in verläßlicherer Weise als bisher eine hohe Dauerhaftigkeit und mechanische Festigkeit aufweist.

Die Erfindung basiert im wesentlichen darauf, dais eine Stange und ein Blech, die eine Ausziehtypelektrode eines Heißleiters bilden zur Kontaktgabe mit dem Heißleiter über Edelmetallplättchen derart ausgebildet sind, daß die elektrische Verbindung zwischen den Edelmetallen, der Stange und dem Blech in keiner Weise beeinträchtigt wird, auch wenn eine Oxydationserscheinung aufgrund der hohen Temperatur von der Stangen- und der Blechoberfläche in das Innere vordringt.

Gegenstand der Erfindung, womit die genannte Aufgabe gelöst wird, ist demgemäß ein Temperaturfühler mit einem an einem Ende geschlossenen, elektrisch leitenden, zylindrischen Blech, einem elektrisch leitenden, einen Hohlraum aufweisenden und an einem Ende fest mit dem offenen Ende des Blechs verbundenen Trag⁰!', einem im Träger gehaltenen, einen Hohlraum aufweisenden Isolierkörper, einem an der Innenseite der geschlossenen Endfläche des Blechs angeordneten Heißleiter, dessen eine Elektrodenoberfläche elektrisch mit dem Blech verbunden ist, einer aus elektrisch leitendem Material bestehenden

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Spange, deren eines Ende in Kontakt mit der anderen Elektrodenoberfläche des Heimleiters drückoar ist und die Hohlräume des Blechs und des Isolierkörpers durchsetzt, una einem Organ zum Schaffen des Kontaktdrucks zwischen der Stenge, dem Heißleiter und dem Blech, womit die Widerstandsänderungen des Heimleiters zwischen dem Träger und der Stange zwecks Temperaturerfassung ableitbar sind, mit dem Kennzeichen, daß ein Edelmetallplättchen auf die dem Heißleiter zugewandte Endfläche der Stange aufgeschmolzen und daran befestigt ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist auch ein Edelmetallplättchen auf die dem Heifsleiter zugewandte Endfläche des Blechs aufgeschweißt und daran befestigt.

Vorteilhaft beträgt die Tiefe einer durch das Auf schmelzen bzw. Aufschweißen gebildeten Legierungsschicht mehr als 0,2 mm.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert; darin zeigen:

Pig. 1 eine Ansicht, teilweise im Längsschnitt, des Aufbaus des gesamten- Hochtemperaturf "ihlers;

Pig. 2 einen vergrößerten Teillängsschnitt des Heiß leiterteils von Fig. 1; und

Fig. 3 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung des Schweißzustandes an der Schweißstelle zwischen der Stange und einem Ede!metallplättchen.

Der in Fig. 1 dargestellte Temperaturfühler wird

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beispielsweise zum Auslösen eines Alarms in dem Fall, wenn die Temperatur innerhalb eines katalytischen Konverters zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug aen voreingestellten Wert überschreitet, verwendet, um den Konverter zu schützen.

Die negative Ele_£ctrodenooerf lache la (Pit;· 2) eines Heißleiters 1 ist in Kontakt mit einem Edelmetall , z. B. Platinplättchen j5a gebracht, das mit der Innenseite am

Boden eines zylindrischen Blechs 2 aus einem elektrisch und

leitenden' hitzebeständigen Metall verschweigt ist. Weiter ist das Blech 2 starr an einem elektrisch leitenden Verschlußschraubenkörper 4 als Träger befestigt. Ein Erdleiter 5 ist eine gurtelartige., dünne metallische Platte, die hochhitzebeständig und durch Punktschweißen mit dem Verschlußschraubenkörper 4 verbunden ist.

Die positive Eiektrodenoberflache Ib (Fig. 2) des Heißleiters 1 wird durch die Wirkung des Drucks einer Feder 7 üoer ein Edelmetallplättchen ^b im Kontakt mit einer Endfläche einer Stange 6 aus hitzebeständigem Metall gehalten. Dieses Edelmetallplättchen >b ist mit der Endfläche der Stange β verschweißt.

Mit einem Flanschteil 9 der Stange 6 ist ein herausführender Leiter 10 verschweißt, der mit dem Erdleiter 5 durch ein Isolierrohr gebündelt und mit einem (nicht dargestellten) Anschluß verbunden ist. Ein Isolator 11 ist im Verschlußschraubenkörper 4 durch einen Ring 12 und eine Dichtung 13 eingestemmt.

In den Kopfteil des Isolators Ii ist ein Schaftkopf 8 eingeschraubt. Weiter ist im Zwischenraum zwischen dem Schaftkopf 8 und dem Flanschteil 9 eine Feder 7 montiert.

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Der Kontaktdruck zwischen der- Stange 6, dem Heiisleiter und dem Blech 'd wird durch diese Feder 7 erhalten.

Fig. 2 ist eine vergröberte Querschnittsensicnt zur Veranschaulichung des Kontaktbereichs zwischen dem Heißleiter 1, der Stange 6 und dem Blech 2. Die Stange 6 ist mit uern Edelmetallplättchen Jb über eine durch Schweißen gebildete Legierungszone 1^b elektrisch verbunden. Da die Stange C durch die Feder angedr"icrct wird, wird das Edelrnet-.-llplättchen j?d gegen die positive Elektrodenoberflache Ib des Heißleiters gepraüt. Weiter ist das Edelmetallplättchen Ja mit der Innenoberläche des Bodenteils des Blechs ?■ über eine durch Schweißen gebildete Legierungs zone 15a elektrisch verbunden. Der Heißleiter 1 wird durch die Kraft der Feder 7 also in dem Sinne gedruckt, daß die negative Elektrodenoberfläche la des Heiisle^ters in Druckkontakt mit dem Ede!metallplättchen Ja ist.

Die Edelmetallplättchen Ja und Jb müssen aus bei hoher Temperatur hochsäureoeständigetn Metall, wie z. B. Platin, Rhodium, Palladium oder Legierungen dieser Metalle, bestehen. Da sie sehr streckbar sind, lassen sich diese Metalle und Legierungen sehr leicht verarbeiten.

Die Edelmetallteile ^a und Jd, das Blech 2 und die Stange 6 sind hochgradig säurefest, da sie starr durch Schweißen miteinander verbunden sind. Der Grund hierfür soll anhand von Fig. 3 erläutert -werden. Das EdeltTietallplättchen Jb wird auf der Endfläche der Stange 6 montiert, und man läßt mittels einer Schweißelektrode 17 einen starken Stromfluß zwischen dem-Edelmetallplättchen Jb und der Endfläche der Stange 6 fließen. Als Ergebnis schmilzt der Kontaktbereich zwischen dem Edelmetall" plättchen Jb und der Endfläche der Stange durch die er-

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^eugte Hitze, wodurch sich die Legierungzone 13b bildet.

Die Temperatur der Stange steigt während des Messens der Abgastemperatur manchmal bis auf 1100 ⁰C. Die Temperatur erreicht auch unter normalen Bedingungen 700 bis 8OO ⁰C. Deshalb dringen Oxydationsvorgänge allmählich von der Oberfläche tief in das Innere ein. Diese Oxydation kann beim Betrieb über lange Zeitdauer manchmal bis in eine Tiefe von 0,2 mm eindringen. Die Betriebslebensdauer eines Temperaturfühlers zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug soll jedoch äußerst lang sein. Außerdem kann ein solcher Temperaturfühler im Gegensatz zu anderen gewöhnlichen Fühlern Wasserspritzern ausgesetzt sein, so daß Feuchtigkeit in das Innere des Temperaturfühlers eindringen kann. Wenn das Edelmetall an der Stange oder dem Blech durch Schweißen befestigt wird, erhöht man die Dicke D der Legierungszone 15b in Fig. j) derartig, daß die Tiefe der Legierungsschicht zur Stange 6 mehr als 0,2 mm wird. Demgemäß kann ein steigender elektrischer Widerstand aufgrund von Oxydation die Temperaturmessung auch beim Betrieb eber lange Zeitdauer nicht beeinträchtigen.

Fig. 3 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung der Stange 6 und des Edelmetalls. Der gleiche Grund und die gleiche Wirkung, wie oben erläutert, gelten auch für das Verschweißen zwischen dem Blech 2 und dem Edelmetallplättchen ~5&.

Dieser Arbeitsgang wix*d sehr leicht, wenn dralitärtige oder dünnbandartige Ede !metallplättchen 3^a und j5b verwendet werden. Eine Automatisierung des Arbeitsganges wird auch leichter wenn die Edelmetalle nach dem Verschweißen derselben mit der Stange oder dem Blech abge-

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schnitten werden. Wenn die Edelmetallst'icie zu Klgeichen geformt sind, wird ihre automatische Montage auf der Endfläche der Stange oder der Blechoberfläche leichter. V-Oitcr ist ein Kondensatorschweißen vorzuziehen,, bei dem eie/.trische Energie in einem Kondensator gespeichert wi.'d und man dann einen starken Stromfluß zwischen dem Edelmetall und der Stange oder dem Blech fließen läßt. Z. B. lard, wie in Fig. 'j dargestellt, wenn die eine Schweißelektrode 17 an das Edelmetallplättchen Jb angelegt wird, die andere Schweißelektrode an der Stange 6 montiert, und man läßt die zunächst im Kondensator gespeicherte elektrische Energie durch das Edelmetallplättchen yo und die Stange 6 für eine kurze Zeitdauer fließen, so daß die Kontaktfläche zwischen dem Edelmetallplättchen j5b und. der Stange 6 geschmolzen wird, während keine weiteren Bereiche ungünstig beeinflußt werden. Die Oberflächen der Edelmetalle werden ebenfalls nicht beschädigt. Da die erforderliche elektrische Energie vorab zunächst gespeichert und dann zur Einwirkung auf den Schweißbereich gebracht wird, läßt sich ein genau passender Stromfluß zuf'ihren, wodurch es möglich ist, die Zufuhr von zu viel oder zu wenig Strom zu vermeiden.

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Claims

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Pa ^entanspr"ehe

ι Iy¹ Temperaturf .hler rait einem an einem Ende geschlossenen, elektriacn leitenden, zylindrischen Blech, einem elektrisch leitenden, einen Hohlraum aufweisenden und an einer; Ende fest mit dem offenen Ende des Blech; verbundenen Träger, einem im Träger gehaltenen, einen Hohlraum aufweisenden Isolierkörper, einem an der Innenseite der geschlossenen Endfläche des Blechs angeordneten Heilsleiter, dessen eine Elektrodenoberfläche elektrisch mit dem Blech verbunden ist, einer aus elektrisch leitendem Material bestehenden Stange, deren eines Ende in Kontakt mit der anderen Elejrctrodenoberfläche des Heimleiters drückbar ist und aie Hohlräume des Blechs und des Isolierkörpers durchsetzt, und einem Organ zum Schaffen des Kontaktdrucks zwischen der Stange, dem Heizleiter und dem Blech, womit die Widerstandsänderungen des Heißleiters zwischen dem Träger und der Stange zwecks Temperaturerfassung ableitbar sind, dadurch gekennzeichnet, dais ein Edelmetallplättchen (5h) auf die dem Heizleiter (1) zugewandte Endfläche der Stange (6) aufgeschmolzen und daran befestigt ist.
2. Temperaturfühler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Edelmetallplättchen (3^a) ^auf die dem Heizleiter (l) zugewandte Endfläche des Blechs (2) aufgeschweißt und daran befestigt ist.
3. Temperaturfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dais die Tiefe einer durch das Aufschmelzen bzw. Aufschweißen gebildeten Legierungsschicht (15b bzw. 15a) mehr als 0,2 mm beträgt.

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