DE2614128C3 - Temperaturfühler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich aul einen Temperaturfühler der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art. Er soll zum Messen hoher Temperaturen, beispielsweise der Temperatur von Abgasen eines Fahrzeugmotors geeignet sein.

Es ist ein Heißleiter-Temperaturfühler bekannt, bei dem Zuführungsdrähte z. B. aus Platin zum Ableiten der Meßsignale im Heißleiter eingebettet und daran befestigt sind. Ein mit einem Verschlußschraubenkörper verbundenes Metallrohr des Fühlers ist mit isolierendem Keramikpulver gefüllt, und dieses ist verfestigt, um so die Zuführungsdrähte festzulegen. Diese werden weiter durch unter Abstand befindliche, in einem Isolierkörper des Fühlers vorgesehene Kanäle nach außen geführt. Der Nachteil dieses bekannten Aufbaus liegt darin, daß, da der Heißleiter direkt freiliegt, die Dauerhaftigkeit des Fühlers unter Berücksichtigung der pulsierenden Strömung des Auloabgases, der Vibration und korrosiven Gase minderwertig ist. Dieser Nachteil läßt sich beheben, indem der Heißleiter in einem an einem Ende geschlossenen, elektrisch leitenden, zylindrischen Blech aufgenommen wird, um die direkte Aussetzung des Heißleiters gegenüber dem Abgas zu vermeiden. Damit ergeben sich Probleme des Elektrodenanschlusses, weil der Heißleiter nun im Blechzylinder untergebracht ist. Es ist an sich ein Verfahren anwendbar, nach welchem z. B. Platin, das hochgradig hitzebeständig und säurefest ist, in einem Pastenzustand auf die Oberflächen des Heißleiters und dessen Ausziehtypelektroden aufgebracht und ausgebacken wird. Ein solches Verfahren bringt eine gute Wirkung für den Heißleiter. Mit anderen Worten wird hier eine gute Beständigkeit nach dem Ausbacken der Platinpaste erhalten. Jedoch erfolgt im Fall der Stange und des Blechs, die als Ausziehtypelektrode funktionieren, das Ausbacken an den metallischen Oberflächen, so daß sich ein Problem der Dauerhaftigkeit ergibt.

Beispielsweise muß ein Temperaturfühler eines Zusatzgeräts zur Abgasbehandlung in einem Kraftfahr-

iü zeug eine sehr hohe Temperatur, wie etwa HOO⁰C aushalten. Obwohl die Stange und das Blech aus hochhitzebeständigen und säurefesten Wirkstoffen, wie z. B. rostfreiem Stahl oder einer Nickel-Chrom-Legierung der Bezeichnung »Inconel« hergestellt sind, dringt eine Oxydationserscheinung noch von der Oberfläche aus in das Innere ein. Gemäß Versuchsergebnissen reicht die Eindringtiefe einer solchen Oxydation bis zu 0,05 mm 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.

2Ί Weiter ist es beim Messen der Auspuff- oder Abgastemperatur eines Kraftfahrzeuges erforderlich, daß in vollem Umfang auch die Schwingungen ausgehaken werden, die vom Motor auf den Temperaturfühler einwirken. Folglich ist eine mechanische

JO Festigkeit in einer Höhe von angenähert 20 G erforderlich.

Es ist, unabhängig von einem Temperaturfühler, eine Heißleileranordnung mit z. B. aus Platin bestehenden Elektroden auf dessen gegenüberliegenden Oberflächen bekannt (I)S-PS 29 66 646), bei dem weitere leitende Bereiche zwischen dem an der einen Oberfläche vorgesehenen Elektrodenpaar und einem Wärmeabführkörper angeordnet und mit Zuleitungsdrähten versehen sind.

Außerdem ist, ebenfalls unabhängig von einem Temperaturfühler, eine Hcißleitcranordnung bekannt (LJS-PS 33 43 114), bei der auf der einen Hcißleileroberfläche eine Edclmetallschicht angebracht ist, um die Verbindung mil einem oder mehreren fest angeschlossenen Zuleilungsdrähten zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Temperaturfühler der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art für hohe Temperaturen zu entwickeln, bei der die Kontaktierung der Heißleiterelektroden mit den diesen zugewandten Endflächen der Stange und des Blechs in verläßlicherer Weise und mit höherer Dauerhaftigkeit als bisher gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 gekennzeichnet.

Durch die zusätzliche Anbringung der Edelmetallplättchen an den Kontaklendlflächen der Stange und des Blechs und das den Kontakt sichernde Organ ergeben sich mit den Heißleiterelcktroden reine Edelmetall-Druckkontakte, wodurch stabile Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen gesichert werden, selbst wenn eine Oxydationserscheinung aufgrund der hohen Temperatur von der Stangen- und der Blechobcrfläche in das Innere vordringt.

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

Fig. 1 eine Ansicht, teilweise im Längsschnitt, des Aufbaus des gesamten Hochtemperaturfühlers;

Fig. 2 einen vergrößerten Teillängsschnitt des Heißleiterteils von F i g. 1; und

F i g. 3 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung des Schweißzustandes an der Schweißstelle zwischen der Stange und einem Edelmetallplättchec..

Der in Fig. 1 dargestellte Temperaturfühler wird beispielsweise zum Auslösen eines Alarms in dem Fall, wenn die Temperatur innerhalb eines katalytisehen Konverters zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug den voreingestellten Wert überschreitet, verwendet, um den Konverter zu schützen.

Die negative Elektrodenoberfläche la (Fig.2) eines Heißleiters 1 ist in Kontakt mit einem Edelmetall, z. B. Platinplättchen 3a gebracht, das mit der Innenseite am Boden eines zylindrischen Blechs 2 aus einem elektrisch leitenden und hitzebeständigen Metall verschweißt ist. Weiter ist das Blech 2 starr an einem elektrisch leitenden Verschlußschraubenkörper 4 als Träger befestigt. Ein Erdleiter 5 ist eine gürtelartige, dünne metallische Platte, die hochhitzebeständig und durch Punktschweißen mit dem Verschlußschraubenkörper 4 verbunden ist.

Die positive Elektrodenoberfläche \b (Fig. 2) des Heißleiters 1 wird durch die Wirkung des Drucks einer Feder 7 über ein Edelmelallplättchen 3b im Kontakt mit einer Endfläche einer Stange 6 aus hitzebeständigem Metall gehalten. Dieses Edelmetaliplättchen 3b ist mit der Endfläche der Stange 6 verschweißt.

Mit einem Flanschteil 9 der Stange 6 ist ein herausführender Leiter 10 verschweißt, der mit dem Erdleiler 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 11 ist ein Schaftkopf 8 eingeschraubt. Weiter ist im Zwischenraum /wischen dem Schaftkopf 8 und dem Flanschteil 9 eine Feder 7 montiert. Der Kontaktdruck zwischen der Stange 6. dem Heißleiter 1 und dem Blech 2 wird durch diese Feder 7 erhalten.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Quersehnittsansichi zur Veranschaulichung des Kontaklbereichs zwischen dem Heißleiter 1, der Stange 6 und dem Blech 2. Die Stange 6 ist mit dem Edelmetaliplättchen 30 über eine durch Schweißen gebildete Legierungszone I3£> elektrisch verbunden. Da die Stange 6 durch die Feder angedrückt wird, wird das Edelmelallplättchen 3ögegen die positive Elektrodenoberfläche Io des Heißleiters gepreßt. Weiler ist das Edelmetallplätlchen 3;) mit der Innenoberfläche des Bodenteils des Blechs 2 über eine durch Schweißen gebildete Legierungszone 15a elektrisch verbunden. Der Heißleiter 1 wird durch die Kraft der Feder 7 also in dem Sinne gedrückt, daß die negative Elekirodenoberfläche 1,·) des Heißleiters in Druckkontakt mit dem Edelmetaliplättchen 3a ist.

Die Edelmetaliplättchen 3;; und Zb müssen aus bei hoher Temperatur hochsäurebeständigem Metall, wie z. B. Platin, Rhodium, Palladium oder Legierungen dieser Metalle, bestehen. Da sie sehr streckbar sind, lassen sich diese Metalle ::J Legierungen sehr leicht verarbeiten.

Die Edelmelallteile 3a und 36, das Blech 2 und die Stange 6 sind hochgradig säurefest, da sie starr durch fa5 Schweißen miteinander verbunden sind. Der Grund hierfür soll anhand von F i g. 3 erläutert werden. Das Edelmetaliplättchen 3b wird auf der Endfläche der Stange 6 montiert, und man läßt mittels einer Schweißelektrode 17 einen starken Stromfluß zwischen dem Edelmetaliplättchen 3b und der Endfläche der Stange 6 fließen. Als Ergebnis schmilzt der Kontaktbereich zwischen dem Edelmetaliplättchen 3b und der Endfläche der Stange durch die erzeugte Hitze, wodurch sich die Legierungszone 15/? bildet.

Die Temperatur der Stange steigt während des Messens der Abgastemperatur manchmal bis auf 1100°C. Die Temperatur erreicht auch unter normalen Bedingungen 700 bis 800⁰C. 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 Siange oder dem Blech durch Schweißen befestigt wird, erhöht man die Dicke D der Legierungszone 156 in Fig. i 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 über lange Zeitdauer nicht beeinträchtigen.

F i g. 3 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung der Siange 6 und des Edelmeiallplättchens 3b. Der gleiche Grund und die gleiche Wirkung, wie oben erläutert, gelten auch für das Verschweißen zwischen dem Blech 2 und dem Edelmetallplätlchen 3a.

Dieser Arbeitsgang wird sehr leicht, wenn drahtas tige oder dünnbandartige Edelmetaliplättchen 3a und 3b verwendet werden. Eine Automatisierung des Arbcilsganges wird leichter wenn die Edelmetalle nach dem Verschweißen derselben mil der Stange oder dem Blech abgeschnitten werden. Wenn die Edelmetallstücke zu Kügelchen geformt sind, wird ihre automatische Montage auf der Endfläche der Stange oder der Blechoberflache leichter. Weiterhin ist ein Kondensatorschweißen vorzuziehen, bei dem elektrische Energie in einem Kondensator gespeichert wird und man dann einen starken Stromfluß zwischen dem Edelmetall und der Stange oder dem Blech fließen läßt. Z. B. wird, wie in Fig. 3 dargestellt, wenn die eine Schweißelektrode 17 an das Edelmetaliplättchen 3b angelegt wird, die andere Schweißelektrode an der Stange 6 montiert, und man läßt die zunächst im Kondensator gespeicherte elektrische Energie durch das Edelmetallplättchen 3b und die Stange 6 für eine kurze Zeitdauer fließen, so daß die Kontaktfläche zwischen dem Edelmetallplättchen 3b 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 zuführen, wodurch es möglich ist, die Zufuhr von zu viel oder zu wenig Strom zu vermeiden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patenianspriiche:

1. 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 Träger, einem im Träger gehaltenen, einen Hohlraum aufweisenden Isolierkörper, einem an der Innenseite der geschlossenen Endfläche des Blechs angeordneten Heißleiter, dessen eine Elektrooberfläche elektrisch mit dem Blech verbunden ist, und einer aus elektrisch leitendem Material bestehenden Stange, deren eines Ende elektrisch mit der anderen Elektrodenoberfläche des Heißleiters verbunden ist und die Hohlräume des Blechs und des Isolierkörpers durchsetzt, womit die Widerstandsänderungen des Heißleiters zwischen dem Träger und der Stange zwecks Ternperarturerfassung ableitbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Edelmetallplättchen (3b) auf die dem Heißleiter (1) zugewandte Endfläche der Stange (6) aufgeschmolzen und daran befestigt ist, daß ein Edelmetallplättchen (3a) auf dir dem Heißleiter (1) zugewandte Endfläche des Blechs (2) aufgeschmolzen und daran befestigt ist und daß ein Organ (Feder 7) zum Schaffen des Kontaktdrucks zur elektrischen Verbindung zwischen der Stange, dem Heißleiter und dem Blech vorgesehen ist.

1. Temperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe einer durch das Aufschmelzen der Edelmetallplättchen (3b, 3a) gebildeten Legierungsschicht (15£> bzw. \5n) mehr als 0,2 mm beträgt.