DE3203149A1 - Temperature sensor for an internal combustion engine - Google Patents
Temperature sensor for an internal combustion engineInfo
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Abstract
Description
Temperaturfühler für BrennkraftmaschinenTemperature sensors for internal combustion engines
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Temperatur fühler für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs.PRIOR ART The invention is based on a temperature sensor for internal combustion engines according to the preamble of the main claim.
Aus der DE-Gebrauchsmusterschrift 70 01 12t ist schon ein derartiger Temperaturfühler zum Messen der Brennraumtemperatur in Brennkrantmaschinen bekannt, er mit einer Zündkerze eine Baueinheit bildet; das in diese Zündkerze eingebaute Thermoelement hat drahtförmige Schenkel, lie zündungsseits direkt in den dicht gebrannten Zündkerzen-Isolierkörper eingebettet und im anschlußseitigen 3ereich des Isolierkörpers in einem Doppelkapillarrohr herausgeführt sind. Der in dieser DE-Gebrauchsmusterschrift sargestellte, in einer Zündkerze integrierte Temperaturfühler ist hinsichtlich seiner Herstellung umständlich und demzufolge relativ teuer.From DE utility model 70 01 12t there is already such a thing Temperature sensor for measuring the combustion chamber temperature in internal crane machines is known, it forms a structural unit with a spark plug; the one built into this spark plug The thermocouple has wire-shaped legs, which are located on the ignition side directly in the tightly fired one Spark plug insulator embedded and in the connection-side area of the insulator are led out in a double capillary tube. The one in this DE utility model The temperature sensor shown, integrated in a spark plug, is with regard to its Production laborious and therefore relatively expensive.
Eine ebenfalls relativ teuere Ausführungsform eines Temperaturfühlers, der mit einer Zündkerze eine Baueinheit bildet, ist aus der US-PS 3 940 987 bekannt; die Schenkel des Thermoelementes, die auch drahtförmig und mit einer Isolierung ummantelt sind, werden dabei gemeinsam mit der Mittelelektrode in der Langsbohrung des Isolierkörpers entlanggeführt.Another relatively expensive embodiment of a temperature sensor, which forms a structural unit with a spark plug is known from US Pat. No. 3,940,987; the legs of the thermocouple, which are also wire-shaped and with an insulation are encased, are together with the center electrode in the longitudinal bore the insulator guided along.
Die vorstehend genannten Thermoelemente haben eine relativ große Masse und weisen zumindest teilweise Spalte zum Isolierkörper hin auf und beeinflussen demzufolge in unverwünschter Weise die Temperaturverteilung im Isolierkörper, sie führen sicherlich sogar zu Meßsignal-Verfälschungen.The aforementioned thermocouples have a relatively large mass and at least partially have gaps towards the insulating body and influence them consequently the temperature distribution in the insulating body in an undesirable manner, they certainly lead to falsification of the measurement signal.
Temperaturfühler, die mit einer Glühkerze eine Baueinheit bilden und dabei mit einem elektrischen Isolierkörper vereinigt sind, sind nicht bekannt. Eine Glühkerze mit in den Brennraum ragendem, elektrischem Isolierkörper ist beispielsweise bekannt aus der DE-OS 30 11 297 oder aus der DE-GbmS 81 03 317.Temperature sensors that form a structural unit with a glow plug and are combined with an electrical insulating body are not known. One Glow plug with an electrical insulating body protruding into the combustion chamber is for example known from DE-OS 30 11 297 or from DE-GbmS 81 03 317.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Temperaturfühler mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er einfach auf Einrichtungen hergestellt werden kann, die auch für die Massenfertigung geeignet sind, demzufolge relativ billig ist, gut mit Zünd- und Glühkerzen zu einer Baueinheit vereinigt werden kann und eine hohe Standfestigkeit unter statischen und dynamischen thermischen Betriebsbedingungen in Rrennkraftmaschinen aufweist.Advantages of the Invention The temperature sensor according to the invention with the Characteristic features of the main claim has the advantage that it can be easily manufactured on facilities that are also suitable for mass production are suitable, therefore relatively cheap, good with spark and glow plugs to one Unit can be combined and a high stability under static and dynamic thermal operating conditions in racing engines.
Besonders vorteilhaft ist, iaB bei dem erfindungsgemaßen Thermoelement die Oberflächentemperatur des keramischen Trägers gemessen wird, die bei Glühkerzen ftir das Zündverhalten im Brennraum von Brennkraftmaschinen mit maßgeblich ist und bei Zündkerzen für Glühzündungen und das Freibrennen des Isolator-Fußes mit entscheidend ist. Infolge der geringen Wärmekapazität und der spaltfreien Anordnung des erfindungsgemäßen Thermoelements wird die Temperaturverteilung im Isolator praktisch nicht ungünstig beeinflußt, was demgegenüber bei bekannten Ausführungsformen der Fall ist.It is particularly advantageous in general with the thermocouple according to the invention the surface temperature of the ceramic carrier is measured, which is the case with glow plugs is decisive for the ignition behavior in the combustion chamber of internal combustion engines and with spark plugs for glow ignition and the burning off of the insulator base is. As a result of the low heat capacity and the gap-free arrangement of the invention Thermocouple, the temperature distribution in the insulator is practically not unfavorable affects what is the case in contrast to known embodiments.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Temperaturfühlers möglich; besonders vorteilhaft ist es, wenn die in Form von Leiterbahnen ausgebildeten Thermoelement-Schenkel nur 5 bis 10 um dick sind und ein keramisches Stützgerüst haben.The measures listed in the subclaims are advantageous Further developments and improvements of the temperature sensor specified in the main claim possible; It is particularly advantageous if the formed in the form of conductor tracks Thermocouple legs are only 5 to 10 µm thick and have a ceramic support structure to have.
Die sehr dünnen Thermoelement-Schenkel wirken sich in Qben bereits genannter Weise sehr günstig hinsichtlich des Temperaturverlaufs im Träger aus und das keramische Stützgerüst sorgt für eine gute Verankerung der Schenkel am Träger und einen guten Wärmeübergang.The very thin thermocouple legs are already having an effect in Qben said way very favorable with regard to the temperature profile in the carrier from and the ceramic support structure ensures that the legs are well anchored to the girder and good heat transfer.
Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Seitenansicht eines teilweise im Schnitt und ini vergrößerten Maßstab dargestellten Temperaturfünrers, der mit einer Zündkerze eine Baueinheit bildet, FIgur 2 den Ausschnitt aus einem Schnitt durch die Verbindungsstelle les vhermoelementes in weiter vergrößert er Darstellung der Bereiches I in Figur 1, Figur 3 eine Seitenansicht eines teilweise im Schnitt und im vergrößerten Maßstab dargestellten Temperaturfühlers, der mit einer Glühkerze eine Baueinheit bildet (Isolierschicht auf dem Heizelement und auf dem Thermoelement nicht dargestellt) und Figur 4 einen Querschnitt durch den Boden des in Figur 3 dargestellten elektrischen Isolierkörpers mit dem Thermoelement und dem Heizelement, in noch weiter vergrößerter Darstellung.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. It show figure 1 is a side view of a partially sectioned and enlarged scale Temperature sensor, which forms a unit with a spark plug, Figure 2 shows the cutout from a section through the junction les vhermoelementes in further enlarged representation of the area I in Figure 1, Figure 3 is a side view a temperature sensor partially shown in section and on an enlarged scale, which forms a structural unit with a glow plug (insulating layer on the heating element and not shown on the thermocouple) and FIG. 4 shows a cross section through the bottom of the electrical insulating body shown in Figure 3 with the thermocouple and the heating element, in an even further enlarged view.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Zündkerze 10 besitzt ein Gehäuse 11, das an seiner Außenseite als Befestigungsmittel 12 ein Einschraubgewinde aufweist und gemeinsam mit einem Schlüsselsechskant 13 zum Einbau in einen (nicht dargestellten) Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf dient; dieses Metallgehäuse 11 umfaßt mit seiner Innenbohrung 14 einen Großteil eines im wesentlichen rohrförmigen Isolierkörpers 15. Die zündseitige Stirnfläche 16 dieses Metallgehäuses 11 trägt eine hakenförmige Masseelektrode 17. Auf die Darstellung eines Dichtringes für den Einbau der Zündkerze 1C in den nicht dargestellten Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf wurde verzichtet.Description of the exemplary embodiments The illustrated in FIGS. 1 and 2 Spark plug 10 has a housing 11, which on its outside as a fastening means 12 has a screw-in thread and, together with a key hexagon 13 is used for installation in an internal combustion engine cylinder head (not shown); this metal housing 11 comprises with its inner bore 14 a large part of an im essential tubular insulating body 15. The ignition-side end face 16 of this Metal housing 11 carries a hook-shaped ground electrode 17. On the illustration a sealing ring for installing the spark plug 1C in the internal combustion engine cylinder head (not shown) was waived.
Der Isolierkörper 15, der in bekannter Weise im wesentiichen aus Aluminiumoxld bestehen kann, hat an seiner Außenseite Schultern 18 und 19, auf denen Dichtringe 20a und 20b aufliegen. Unter Zwischenschaltung dieser Dichtringe 20a und b ist der Isolierkörper 15 in das Metallgehäuse 11 eingebördelt; mittels des bekannten Warmschrumpfverfahrens, das am Metallgehäuse 11 am balligen Schrumpfbereich 1 erkenntlich ist, ist die Abdichtung zwischen Isolierkörper 15 und Metallgehäuse 11 sichergestellt.The insulating body 15, which in a known manner essentially consists of aluminum oxide can exist, has on its outside shoulders 18 and 19, on which sealing rings 20a and 20b rest. With the interposition of these sealing rings 20a and b is the Insulating body 15 crimped into metal housing 11; by means of the known heat shrink process, which can be seen on the metal housing 11 on the convex shrinkage area 1 is the seal between the insulating body 15 and metal housing 11 ensured.
In der nicht dargestellten Längsbohrung des Isolierkörpers 15 befindet sich ein Anschlußbolzen (nicht dargestellt) und eine aus dem zündseitigen Endabschnitt des Isolierkörpers 15 herausragende Mittelektrode 22, welche mittels einer nicht dargestellten elektrisch leitfähigen, an sich bekannten Dichtungsmasse innerhalb der Isolierkörper-tängsbohrung miteinander leitend verbunden sind. Die Mittelelektrode 22 steht mit ihrem zündseitigen Endschnitt der Masseelektrode 17 mit Abstand (z. B. 0,8 mm) gegenüber. Der aus dem Isolierkörper 15 anschlußseits herausragende Abschnitt des nicht dargestellten Anschlußbolzens ist mit einer Anschlußmutter 23 versehen. Der aus dem Metallgehause 11 anschlußseits herausragende Abschnitt des Isolierkörpers 15 besitzt als Kriechstrombarriere zwischen dem Metallgehause 11 und der Anschlußmutter 23 mehrere koaxiale Ringnuten 24.In the longitudinal bore, not shown, of the insulating body 15 is located a connecting bolt (not shown) and one from the ignition-side end section of the insulating body 15 protruding center electrode 22, which by means of a not shown electrically conductive, known per se sealant within the insulator longitudinal bore are conductively connected to one another. The center electrode 22 stands with its ignition-side end cut of the ground electrode 17 at a distance (z. B. 0.8 mm) opposite. The section protruding from the insulating body 15 on the connection side of the connecting bolt, not shown, is provided with a connecting nut 23. The section of the insulating body protruding from the metal housing 11 on the connection side 15 has a leakage current barrier between the metal housing 11 and the connection nut 23 several coaxial annular grooves 24.
Auf der Außenseite des Isolierkörpers 15 ist al-s Temperaturfühler ein Thermoelement 25 aufgebracht, dessen Schenkel 26 und 27 als Leiterbahnen ausgebildet sind; während die Verbindungsstelle 28 des Thermoelementes 25 als Meßpunkt I bevorzugt auf dem zündseitigen, dem Brennraum der nicht dargestellten Brennkraftmaschine ausgesetzten Endabschnitt angeordnet ist, ragen die anschlußseitigen Enden der Thermoelement-Schenkel 26 und 27 in den anschlußseitigen, aus dem Metallgehäuse 11 hervorstehenden Abschnitt 55 solierkörpers 15. Im vorliegenden Beispiel sind die freien Thermoelement-Schenkel 26 und 27 mit elektrischen Anschlußmitteln 29 und 30 in Form von auf dem Isolierkörper 15 aufgebrachten Metallschichten ausgerüstet; anstelle solcher Metallschichten, die beispielsweise aus Platin oder Silber bestehen können, 0,1 mm dick und 1,5 mm breit sein können, sind aber auch andere elektrisehe Anschlußmittel möglich (z. B. aufgelStete Flachstecker, Drahtanschlüssej. Für ein lagerichtiges Aufstecken eines (nicht dargestellten) Anschlußsteckers, der sowohl für die elektrische Verbindung zur Anschlußmutter 23 als auch zu den elektrischen Anschlußmitteln 29 und 30 des Thermoelements 25 dient, ist an der Außenseite des Metallgehäuses 11 eine Fixiernut 31 eingeformt,- in die eine entsprechende Nase des nicht dargestellten Anschlußsteckers einzufügen ist. - Die Schenkel 26 und 27 des Thermoelementes 25 bestehen jeweils aus dem gewählten, bekannterweise geeignetem Metall und vorzugsweise aus einem keramischen Stützgerüst, sind zwischen 5 und 10,/um dick und bevorzugt 500 /um breit. Die Breite dieser nach einem bekannten Verfahren (z. B. Drucken) auf den Isolierkörper 15 aufgebrachten'Schenkel 26 und 27 kann jedoch wahlweise zwischen 100/um und 2 mm in der -Praxis liegen. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht der Thermoelement-Schenkel 26 aus 60 Vol.-% Platin und 40 Vol.- Aluminiumoxid als Stützkeramik; aus fertigungstechnischen und funktionellen Gründen ist es zweckmäßig, wenn der Schenkel 26 nicht mehr als 75 Vol.-O an Keramik besitzt. Der zweite Thermoelement-Schenkel 27 besteht bei diesem bevorzugten Beispiel aus 60 Vol.- Platin/Rhodium und 140 Vol.-% Aluminiumoxid als Stützkeramik; auch dieser zweite Thermoelement-Schenkel 27 sollte nicht mehr als 75 ß an Keramik enthalten. Das für das Stützgerüst gewählte Material hat dem Thermselement 25 ein Sinter- und Schwindverhalten zu geben wie es auch der Isolierkörper 15 besitzt. Die Platin/Rhodium-Le'gierung enthält bekannterweise 90 Gew.-% Platin und 10 Gew.-7a Rhodium. Es sei erwähnt, daß für die Verarbeitung und Herstellung der Thermoelement-Schenkel 26 und 27 den vorgenannten Stoffen übliche Flußmittel beigegeben werden, z. 3. 5 tJew.-, Calcium- und Siliciuoxid, die auf den Aluminiumoxid-Anteil der Thermoele.ent-chenkel 26 und 7 bezogen sino.On the outside of the insulating body 15 there is a temperature sensor a thermocouple 25 is applied, the legs 26 and 27 of which are designed as conductor tracks are; while the connection point 28 of the thermocouple 25 is preferred as the measuring point I. exposed on the ignition side, the combustion chamber of the internal combustion engine, not shown End portion is arranged, protrude the connection-side ends of the thermocouple legs 26 and 27 in the connection-side, protruding from the metal housing 11 section 55 insulating body 15. In the present example, the thermocouple legs are free 26 and 27 with electrical connection means 29 and 30 in the form of on the insulating body 15 applied metal layers equipped; instead of such metal layers, which can for example consist of platinum or silver, 0.1 mm thick and 1.5 mm can be wide, but other electrical connection means are also possible (e.g. B. disconnected tabs, wire connections j. For a correctly positioned Attaching a connector (not shown), which is used for both the electrical Connection to the connection nut 23 as well as to the electrical connection means 29 and 30 of the thermocouple 25 is on the outside of the metal case 11 a fixing groove 31 is formed, - in which a corresponding nose of the not shown Connector is to be inserted. - The legs 26 and 27 of the thermocouple 25 each consist of the selected, known suitable metal and preferably made of a ceramic support structure, are between 5 and 10 .mu.m thick and preferred 500 / µm wide. The width of this according to a known method (e.g. printing) Legs 26 and 27 attached to the insulating body 15 can, however, optionally between 100 / µm and 2 mm in practice. In the preferred embodiment the thermocouple leg 26 consists of 60% by volume platinum and 40% by volume aluminum oxide as a supporting ceramic; For manufacturing and functional reasons, it is advisable to when the leg 26 has no more than 75 vol. O of ceramic. The second thermocouple leg In this preferred example, 27 consists of 60 vol .-% platinum / rhodium and 140 vol .-% Aluminum oxide as a supporting ceramic; this second thermocouple leg 27 should also contain no more than 75 ß of ceramic. The material chosen for the scaffold has to give the thermal element 25 a sintering and shrinking behavior like the one Has insulating body 15. The platinum / rhodium alloy is known to contain 90 Wt .-% platinum and 10 wt .-% rhodium. It should be noted that for processing and Manufacture of the thermocouple legs 26 and 27 using the aforementioned substances Flux can be added, e.g. 3. 5 tJew., Calcium and silicon oxide, which on the aluminum oxide content of Thermoele.ent-chenkel 26 and 7 related to sino.
Aus dem in Figur 2 dargestellten Schnitt durch den Bereich des Meßpunktes I ist ersichtlich, daß sich die beiden Thermoelement-Schenkel 26 und 27 an der Verbindungsstelle 28 etwas überlappen; obwohl die Verbindungsstelle 28 der Thermoelement-Schenkel 25 und 27 im vorliegenden Beispiel bogenförmig ausgebildet ist, können sie auch in anderer Form miteinander verbunden sein, z. B. als einfache Kreuzung der beiden Schenkel 26 und 27. Auch der Verlauf der Schenkel 26 und 27 auf dem Isolierkörper 15 zu den Anschlußmittel 29 und 30 ist nicht auf die in der Figur.1 dargestellte geradlinige Verlaufsform beschränkt, sie kann vielmehr dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt sein.From the section shown in FIG. 2 through the area of the measuring point It can be seen that the two thermocouple legs 26 and 27 are at the junction 28 overlap somewhat; although the junction 28 of the thermocouple legs 25 and 27 is arcuate in the present example, they can also be connected to each other in another form, e.g. B. as a simple intersection of the two Legs 26 and 27. Also the course of legs 26 and 27 on the insulating body 15 to the connection means 29 and 30 is not the one shown in FIG rectilinear course shape is limited, it can rather be adapted to the respective purpose be adjusted.
Je nach Zweck des Thermoelementes 25 kann auch der eßpunkt I an unterschiedlichen Stellen des Isolierkörpers 15 angeordnet sein, es können sich auch mehrere derartige Thermoelemente 25 auf einem Isolierkörper 15 befinden.Depending on the purpose of the thermocouple 25, the eating point I can also be at different Places of the insulating body 15 can be arranged, there can also be several such Thermocouples 25 are located on an insulating body 15.
Das Thermoelement 25 ist ausschließlich seiner Anschlußmittel 29 und 30 mit einer dünnen, elektrischen Isolierschicht 32 bedeckt; diese Isolierschicht 32 ist maximal 200 lum dick, liegt im vorliegenden Beispiel jedoch im bevorzugten Bereich zwischen 10 und 100 /um. Die Isolierschicht 32 besitzt bei Anwendungstemperatur genügend elektrische Isolierfestigkeit und Lebensdauer und ist mit ihrem Wärmeausdehnungskoeffizienten dem 'armeausdehnungskoeffizienten des Isolierkörpers 15 und dem des Thermoelements 25 angepaßt. Da der Isolierkörper 15 bei Zündkerzen 10 zumeist aus Aluminiumoxid mi einem Flußmittelanteil von 5 w besteht, ist auch für diese Isolierschicht 32 bevorzugt ein solcher Stoff geeignet. Diese Isolierschicht 32 kann auf das Thermoelement 25 bzw.The thermocouple 25 is only its connecting means 29 and 30 covered with a thin, electrically insulating layer 32; this insulating layer 32 is a maximum of 200 lum thick, but is preferred in the present example Range between 10 and 100 µm. The insulating layer 32 is at application temperature sufficient electrical insulation strength and service life and is with its coefficient of thermal expansion the 'arm expansion coefficient of the insulating body 15 and that of the thermocouple 25 adapted. Since the insulating body 15 in spark plugs 10 is mostly made of aluminum oxide with a flux content of 5 w is also 32 for this insulating layer preferably such a substance is suitable. This insulating layer 32 can be applied to the thermocouple 25 or
den Isolierkörper 15 mittels bekannter Techniken aufgebracht werden, z. z. dur h Druckverfahren oder durch Aufsprüchen; zun Aufsrpühen der Isolierschicht 32 ist bevorzugt eine wässerige luminiumoxid-Suspension geeignet der 5 d organischer einer wie . B. Polyvinylalko@hol beigefügt worden sinl.the insulating body 15 are applied using known techniques, z. z. by means of printing processes or claims; for spraying on the insulating layer 32 is preferably an aqueous aluminum oxide suspension suitable for the 5 d more organic one like. B. Polyvinyl alcohol has been added sinl.
Die Herstellung derartiger Thermoelemente 25 einschließlich Isolierschicht 32 kann wirtschaftlich derart erfolgen, daß auf den 2 Stunden bei 10500C vorgesinterten, 5 Gew.-% Flußmittel enthaltenden Isolierkörper 15 aus Aluminiumoxid das Thermoelement 25 in gewünschter Ausführungsform wie beschrieben aufgebracht wird, dann nach einem Trockenvorgang (1000C, 1 Stunde) die Isolierschicht 32 auf den gewünschten Bereich aufgebracht wird und anschließend die gesamte Baueinheit von Isolierkörper 15, Thermoelement 25 und Isolierschicht 32 bei 15800C in etwa 2 Stunden fertiggesintert wird. Sollen gemäß Beispiel als elektrische Anschlußmittel 29, 30 Metallschichten Verwendung finden, dann können diese bereits vor dem Fertigsinterprozeß in entsprechender Form und Dicke auf den gewünschten Bereich mittels bekannter technologie (z. 3. Drucken) aufgebracht werden. - Im Falle, daß der Isolierkörper 15 aus einem Aluminiumoxid mit einem Flußmittelanteil zwischen 8 und 18 Gew.-% hergestellt ist und damit die Fertigsintertemperatur niedriger liegt (z. B. bei Aluminiumoxi mit 15 Gew.-% Flußmittel bei 14300C), dann wird zunächst auf das Thermoelement 25 eine Isolierschicht 32 mit einem Flußmittelanteil von 5 Gew.- aufgebracht und getrocknet und anschließend noch eine zweite (nicht dargestellte) Isolierschicht 32 hierüber angeordnet, deren Flußmittelanteil dem Flußmittelanteil des Isolierkörpers 15 entspricht; die Gesamtdicke der beiden Isolierschichten 32 beträgt aber auch nur maximal 200 /um bzw. liegt bevorzugt zwischen 50 und 100 /um. Die erste Isolierschicht 32, die den geringen Flußmittelanteil besitzt, zeichnet sich dabei durch eine höhere elektrische Durchschlagsfestigkeit bei hohen Temperaturen aus, wenn man sie mit der zweiten Isolierschicht 32 vergleicht.The manufacture of such thermocouples 25 including an insulating layer 32 can be done economically in such a way that on the 2 hours pre-sintered at 10500C, 5 wt .-% flux containing insulating body 15 made of aluminum oxide the thermocouple 25 is applied in the desired embodiment as described, then after a Drying process (1000C, 1 hour) the insulating layer 32 on the desired area is applied and then the entire assembly of insulating body 15, thermocouple 25 and insulating layer 32 is fully sintered at 15800C in about 2 hours. Should According to the example, metal layers are used as electrical connection means 29, 30 find, then these can already be in the appropriate form before the final sintering process and thickness to the desired area using known technology (e.g. 3rd printing) be applied. - In the event that the insulating body 15 is made of an aluminum oxide is made with a flux content between 8 and 18 wt .-% and thus the The final sintering temperature is lower (e.g. for aluminum oxide with 15% by weight of flux at 14300C), then an insulating layer 32 is first applied to the thermocouple 25 with a flux content of 5 wt. applied and dried and then still a second (not shown) insulating layer 32 arranged over it, whose Flux content corresponds to the flux content of the insulating body 15; the total thickness of the two insulating layers 32 is only a maximum of 200 μm or lies preferably between 50 and 100 µm. The first insulating layer 32, the low Has a flux content, is characterized by a higher dielectric strength at high temperatures when compared with the second insulating layer 32.
Die zweite Isolierschicht 32, die den höheren Flußmittelanteil hat, besitzt dagegen bei niedrigen Temperaturen eine bessere elektrische Durchschlagsfestigkeit als die erste Isolierschicht 32.The second insulating layer 32, which has the higher flux content, on the other hand, has a better dielectric strength at low temperatures as the first insulating layer 32.
Für gewisse Anwendungsfälle genügt es aber auch, wenn auch für .Isolierkörper 15 mit einem höheren Flußmittelanteil für die Isolierschicht 32 das gleiche Material verwendet wird wie für den Isolierkörper 15. - Infolge der geringen Abmessungen des Thermoelementes 25 und seiner Isolierschicht 32 ergeben sich für die Abdichtung zw,-schen Isolierkörper 15 und Metallgehäuse 11 üblicherweise keine Probleme; sollten sich zwischen Isolierkörper 15 und Metallgehäuse 11 im Bereich der Isolierkörper-Schultern 18 und 19 irgendwelche Dichtungsprobleme ergeben, dann kann der Bereich des Thermoelementes 25 durch eine entsprechende (nicht dargestellte) Nut im Isolierkörper 15 kompensiert werden; zur Verbesserung der elektrischen Isolierfähigkeit in diesem Bereich kann gegebenenfalls zusätzlich eine Glasur verwendet werden, deren thermische Ausdehnung dem Zündkerzen-Isolierkörper angepaßt ist und beispielsweise aus Blei-Boro-Silikatglas besteht.For certain applications, however, it is also sufficient, albeit for insulating bodies 15 with a higher flux content for the insulating layer 32, the same material is used as for the insulating body 15. - Due to the small dimensions the thermocouple 25 and its insulating layer 32 result for the seal Between -schen insulating body 15 and metal housing 11 usually no problems; should between the insulating body 15 and metal housing 11 in the area of the insulating body shoulders 18 and 19 give rise to any sealing problems, then the area of the thermocouple 25 compensated by a corresponding groove (not shown) in the insulating body 15 will; to improve the electrical insulation properties in this area if necessary, a glaze can also be used, its thermal expansion is adapted to the spark plug insulator and, for example, made of lead-borosilicate glass consists.
Eine solche Glasur (nicht dargestellt) hat zweckmäßigerweise eine Dicke zwischen 50 und 2GO Xum und ist bei circa 1050 0C einzubrennen.Such a glaze (not shown) expediently has one Thickness between 50 and 2GO Xum and is to be burned in at approx. 1050 0C.
In den Figuren 3 und 14 ist ein Thermoelement 25' dargestellt, das gemeinsam mit einer Glühkerze 10' eine 3aueinheit bildet. Eine derartige Glühkerze 10', die bei Dieselmotoren Anwendung findet und prinzipiell aus der DE-GmbS 81 03 317 bekannt ist, besitzt einen elektrischen Isolierkörper 15', welcher auf seiner Außenseite ein leiterbahnartiges Heizelement 33 mit Zuleitung trägt; bezüglich der Beschreibung ues Heizelementes 33 einschließlich seiner uleitung und bezüglich des terials und der Abmessungen des hohlen, mit einem Boden 34 versehenen Isolierkörpers 15 wird auf die vorstehend genannte DE-GbmS 81 03 317 7eriesen. Auf der Außenseite dieses Isolierkörpers 15' ist ein -Thermoelement 5' in gleicher Ausführungsform aufgebraat wie in den Figuren 1 un 2 beschrieben ist; während die anschlußseitigen Endabschnitte der Thermoelement-Schenkel 26' und 27' - ebenso wie die Zuleitung des Heizelementes 33 - auf die anschlußseitige Stirnfläche 35 des Isolierkörpers 15' als elektrische Anschlußmittel 36, 37 bzw. 38 geführt sind, ist im vorliegendem Beispiel die als Meßpunkt dienende Verbindungsstelle 28' der beiden Schenkel 26' und 27t direkt über dem durch eine Isolierschicht 39 abgedeckten Heizelement 33 angeordnet. Das Thermoelement 25' und auch das Heizelement 33 sind wiederum durch eine Isolierschicht 32' bedeckt. Es gilt auch für dieses Thermoelement 25', daß seine als Meßpunkt dienende Verbindungsstelle 28' auch an jeder anderen Stelle des Isolierkörpers 15' angeordnet sein kann, das heißt sowohl auf der Außenseite als auch auf der Innenseite, aber auch an anderer Stelle des brennraumseitigen Abschnitts des Isolierkorpers 15'. Der gesamte Isolierkörper 15' einschließlich des Heizelementes 33, der Isolierschicht 39, den Thermoelement-Schenkeln 26' und 27', der äußeren Isolierschicht 32 und gegebeneEfalls auch die als Metallschichten aufgedruckten Anschlußmittel 36, 37 und 38 kann gemeinsam fertiggesintert werden.In Figures 3 and 14, a thermocouple 25 'is shown, the forms a 3aueinheit together with a glow plug 10 '. Such a glow plug 10 ', which is used in diesel engines and principally from DE-GmbS 81 03 317 is known, has an electrical insulating body 15 ', which on his Outside carries a conductor track-like heating element 33 with a supply line; regarding the Description ues heating element 33 including its uleitung and with respect to the terials and the dimensions of the hollow, provided with a bottom 34 insulating body 15 refers to the aforementioned DE-GbmS 81 03 317 7eriesen. On the outside this insulating body 15 'is a thermocouple 5' in the same embodiment brewed as in Figures 1 and 2 is described; while the connection-side end sections of the thermocouple legs 26 'and 27' - as well as the supply line of the heating element 33 - on the connection-side end face 35 of the Insulating body 15 'are guided as electrical connection means 36, 37 and 38, respectively in the present example the connection point 28 'of the two serving as a measuring point Legs 26 'and 27t directly above the heating element covered by an insulating layer 39 33 arranged. The thermocouple 25 'and also the heating element 33 are through again covers an insulating layer 32 '. It also applies to this thermocouple 25 'that its connecting point 28 'serving as a measuring point also at every other point of the Insulating body 15 'can be arranged, that is, both on the outside as also on the inside, but also elsewhere on the section on the combustion chamber side of the insulating body 15 '. The entire insulating body 15 'including the heating element 33, the insulating layer 39, the thermocouple legs 26 'and 27', the outer Insulating layer 32 and possibly also those printed on as metal layers Connection means 36, 37 and 38 can be completely sintered together.
Der als Flansch 140 ausgebildete anschlußseitige Endabschnitt des Isolierkörpers 15' ist mit einer Schulter 19' versehen, mit welcher er über einen Dichtring 20b' auf einem Absatz 41 in der Innenbohrung 14' des Metallgehäuses 11' aufliegt. In der Metallgehäuse-Innenbohrung 14' befindet sich oberhalb der Isolierkörper-Stirnfläche 35 ein zweites, im wesentlichen raumfüllendes elektrisches Isolierteil 42, in das je ein Anschlußstift 43, 44, 45 für das Thermoelement 25' bzw. das Heizelement 33 mit eingepreßt ist; diese Anschlußstifte 43, 44 und 45 ragen anschlußseits aus dem Isolierteil 142 und dem Metallgehäuse 11' heraus und bilden auf der der Isolierkörper-Stirnfläche 35 zugewendeten Fläche 46 Kontaktflächen 7, 48 und 49, welche fest auf den Anschlußmitteln 36, 37 und 38 für das Thermoelement 25' und das Heizelement 33 aufliegen.The connection-side end section of the, designed as a flange 140 Insulating body 15 'is provided with a shoulder 19', with which he has a Sealing ring 20b 'on a shoulder 41 in the inner bore 14' of the metal housing 11 ' rests. In the metal housing inner bore 14 'is located above the insulating body end face 35 a second, essentially space-filling electrical insulating part 42 into which One connector pin 43, 44, 45 each for the thermocouple 25 'and the heating element 33 is pressed in with; these connecting pins 43, 44 and 45 protrude connection side out of the insulating part 142 and the metal housing 11 'and form on the Insulator end face 35 facing surface 46 contact surfaces 7, 48 and 49, which firmly on the connection means 36, 37 and 38 for the thermocouple 25 'and the heating element 33 rest.
Das Metallgehäuse 11' weist ebenso wie die Zündkerze 10 nach Figur 1 ein Schlüsselsechskant 13', ein Außengewinde als Befestigungsmittel 12' auf, besitzt im vorliegenden Beispiel einen konischen Dichtsitz 50 und hält ebenfails unter Zwischenschaltung eines Dichtringes 20a' auf einer Schulter 18' des Isolierteils 42 und unter Verwendung des bereits genannten Dichtrings 20b alle Teile der Glühkerze 10' durch Bördeln und Warmschrumpfen in bekannter Weise zusammen.The metal housing 11 ', like the spark plug 10 according to FIG 1 has a hexagon wrench 13 ', an external thread as fastening means 12' in the present example a conical sealing seat 50 and also holds with the interposition a sealing ring 20a 'on a shoulder 18' of the insulating part 42 and using of the sealing ring 20b already mentioned, all parts of the glow plug 10 'by crimping and heat shrinking together in a known manner.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Thermoelementes 25, 25' ist jedoch nicht beschränkt auf eine gemeinsame 3aueinheit mit einer Zündkerze 10 bzw. einer Glühkerze 10', ein solches Thermoelement 25, 25' kann -wielmehr auch in geeigneter Form als eigenständiges Bauteil oder gemeinsam mit einem in den Brennraum ragenden Teil .m-t elektrisch isolierendem Träger angewendet werden. Der orteil der in den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Baueinheiten von Zündkerze 10 bzw. Glühkerze 10' mit eInem '-hernoelement 25 bzw. 25' liegt darin, daD sie billiger sind und keinen zusätzlichen Durchlaß durch den Zylindekopf der Brennkraftmaschine benötigen.However, the use of the thermocouple 25, 25 'according to the invention is not limited to a common 3aueinheit with a spark plug 10 or a Glow plug 10 ', such a thermocouple 25, 25' can - rather also in a suitable manner Form as an independent component or together with one that protrudes into the combustion chamber Part .m-t electrically insulating carrier are used. The advantage of in the Figures 1 to 4 described units of spark plug 10 or glow plug 10 'with A 'hernoelement 25 or 25' is that they are cheaper and do not require additional ones Need passage through the cylinder head of the internal combustion engine.
Das erfindungsgemäße Thermoelement 25, 25' kann aufgrund seiner vorteilhaften bauform wirtschaftlich auf f½r die Massenproduktion geeigneten Fertigungseinrichtungen hergestellt werden und kann sowohl für MeSzecke als auch ; Steuernon Vorgängen im Brennraum von Brennkraftmaschinen dienen.The inventive thermocouple 25, 25 'can due to its advantageous Economical design on manufacturing equipment suitable for mass production and can be used both for MeSzecke and; Tax no Processes in the combustion chamber of internal combustion engines are used.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, daß leiterbahnahnliche Thermoelemente auch auf bereits fertig gesinterten Zündkerzen - bzw. Glühkerzen-Isolatoren mittels bekannter Technologien aufgebracht werden können. Beispielsweise kann ein NiCr/Ni-Thermoelement auf den fertiggesinterten Isolierkörper einer Zünd- oder Glühkerze aufgedruckt und dann bei 12000C in inerter Atmosphäre (z. B. in Stickstoff oder Formiergas) aufgesintert werden, welches mit einer Glasur ab-gedeckt wird, die z. B. bei 10500C einzubrennen ist. Auf ein keramisches Stützgerüst für das Thermoelement wird dabei verzichtet; gegebenenfalls kann dem Thermoelement-Metall ein Glasanteil beigefügt werden.In addition, it should be noted that thermocouples similar to conductor tracks also on already sintered spark plugs or glow plug insulators by means of known technologies can be applied. For example, a NiCr / Ni thermocouple printed on the fully sintered insulating body of a spark or glow plug and then sintered on at 12000C in an inert atmosphere (e.g. in nitrogen or forming gas) be, which is covered with a glaze that z. B. to burn at 10500C is. There is no ceramic support structure for the thermocouple; if necessary, a proportion of glass can be added to the thermocouple metal.
Aufgrund der zusätzlichen Sinter- bzw. Einbrennvorgänge sind die derart aufgebrachten Thermoelemente jedoch erheblich teuerer als die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.Because of the additional sintering or baking processes, they are like this applied thermocouples, however, considerably more expensive than those described above Embodiments.
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