DE3210123C2 - Wärmefühler - Google Patents

Abstract

Ein Wärmefühler zur Erfassung der Umgebungstemperatur weist ein stabförmiges, dünnes, temperaturabhängiges Wi derstandselement (20) auf, das eine Öffnung (21) einer großflächigen Abdeckung (16) herausragt. Das Wider stands element (20) weist eine elektrisch isolierende Umhüllung (32) auf und ist von der Öffnung (26) beabstandet, so daß seine Anschlußdrähte (34) potentialfrei gegenüber der Abdeckung (16) sind. Die Anschlußdrähte (34) sind von Isolierschläuchen (38) aus Silikonkautschuk umgeben, die ihrerseits in einem Schrumpfschlauch (34) gehalten sind, wodurch das Widerstandselement axial gummielastisch nachgiebig gehalten ist.

Description

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Die Erfindung betrifft einen in einem Gehäuse angeordneten Wärmefühler zur Erfassung der Umgebungstemperatur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bereits ein derartiger Wärmefühler bekannt, bei dem ein stabförmiges temperaturabhängiges Widerstandselement mit sich vod einem einzigen Stabende fort erstreckenden Anschlußdrähten im Innern eines als Wärmesammler dienenden, dünnwandigen Gehäuses aus Metall angeordnet ist Um einen guten Wärmeübergang zwischen dem Gehäuse und dem Widerstandselement zu gewährleisten, ist dieses in das Gehäuse eingelötet Die Lötverbindung bildet dabei auch eine elektrische Verbindung zwischen einem Anschluß des Widerstandselementes und dem metallischen Gehäuse, weshalb auf dieses von außen einwirkende elektrische Störfelder zu Störungen des Ausgangssignals des Widerstandselementes führen können. Hierdurch kann die genaue Bestimmung der Umgebungstemperatur beeinträchtigt werden. Daneben führt die Dünnwandigkeit des als Wärmesammler dienden Gehäuses, die für eine schnelle Anpassung an Änderungen der Umgebungstemperatur erforderlich ist zu einer relativ geringen mechanischen Festigkeit

Es sind auch stabförmige, dünne, mit sich von einem einzigen Stabende fort erstreckenden Anschlußdrähten versehene, mit einer elektrisch isolierenden Umhüllung aus Glas versehene temperaturabhängige Widerstandselemente bekannt, die zur Temperaturmessung eingesetzt werden. Da solche Widerstandselemente gegen mechanische Einwirkungen empfindlich sind und an der Rückseite eines Wärmesammlers nicht angelötet werden können, wurden sie bisher bei Wärmefühlern der eingangs genannten Art nicht verwendet.

Aus der DE-AS 11 45 824 ist eine Temperaturmeßeinrichtung bekannt bei der die Spitze eines temperaturabhängigen Widerstandselementes wahlweise an einen Körper heranbewegt werden kann, dessen Temperatur gemessen werden soll, wobei dieser Vorgang in einem druckdicht abgeschlossenen Meßbehälter ablaufen soll. Diese Einrichtung ist jedoch zur Erfassung der Umgebungstemperatur nicht in Betracht zu ziehen.

Aus der US-PS 31 99 348 sind verschiedene Möglichkeiten zur Montage eines Wärmefühlers der Art bekannt, daß seine Spitze einem zu messenden strömenden Medium nicht unmittelbar ausgesetzt ist. Diese Art der Montage eines Wärmefühlers hat den Nachteil, daß der Wärmefühler Temperaturänderungen des strömenden Mediums nur ungenügend folgen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in einem Gehäuse angeordneten Wärmefühler der eingangs genannten Art unter Beibehaltung der Fähigkeit des Widerstandselements, Änderungen der Umgebungstemperatur schnell zu folgen, in konstruktiv einfacher Weise derart auszubilden, daß auf den Wärmefühler einwirkende elektromagnetische Störfelder einen nur geringen Einfluß auf das Ausgangssignal des Widerstandselementes haben.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem in einem Gehäuse angeordneten Wärmefühler der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem Wärmefühler gemäß der Erfindung durchsetzt das stabförmige Widerstandselement eine öffnung des Gehäuses und ragt mit einem Teil seiner Länge aus diesem heraus. Die elektrisch isolierende Umhüllung des Widerstandselements und dessen weitgehend berührungsfreie Führung durch die öffnung des Gehäuses erlauben einen gegenüber dem Gehäuse potentiall'reien Anschluß des Widerstandselementes, und diese Isolie-

rung ebenso wie das nur teilweise Herausragen des Widerstandselementes aus dem Gehäuse verhindern weitestgehend, daß sich von außen einwirkende Störfelder im Ausgangssignal des Widerstandselemsntes bemerkbar machen. Da das Widerstandselement die Öffnung des Gehäuses zumindest annäherend berührungsfrei durchsetzt und an oder nahe seinem hinteren Ende in dem Gehäuse elektrisch und thermisch isoliert gehaltert ist, beeinflußt die Temperatur des Gehäuses das Widerstandselement nicht oder nur sehr geringfügig, so daß ίο das Gehäuse nicht als üblicher Wärmesammler wirkt Vielmehr wird durch die geringen Abmessungen des slabförmigen, dünnen Widerstandselementes erreicht, daß dieses in der gewünschten Weise Änderungen der Umgebungstemperatur praktisch unverzögert folgt Da das Gehäuse nicht als Wärmesammler wirkt, kann es mechanisch widerstandsfähig und auch aus einem anderen Material als Metall ausgebildet werden, wenngleich eine Herstellung aus einem elektrisch leitenden Werkstoff im Hinblick auf eine gewünschte Abschirmung des Widcrstandselementes und seiner Anschlußdrähte und einer ggf. im Innern des Gehäuses liegenden elektrischen Schaltung zweckmäßig ist Dabei kann in jedem Fall das Gehäuse genügend dick ausgebildet werden, um gegen äußere Einwirkungen mechanisch genügend widerstandsfähig zu sein. Da das Widerstandselement auf einem Teil seiner Länge und zweckmäßig auf dem überwiegenden Teil seiner Länge im Innern des Gehäuses angeordnet ist, ist es von diesem insoweit auch gegen mechanische Einwirkungen geschützt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Wärmefühler und

F i g. 2 eine ausschnittsweise Vergrößerung des Warmefühlers gemäß F i g. 1 im Bereich von dessen Widerslandselement.

Der in F i g. 1 dargestellte Wärmefühler umfaßt einen Gewindestopfen 10 mit einem Gewindeansatz 12 und einem konischen Ansatz 14, ein aus einem korrosionsbeständigen Metallblech bestehendes, domartiges Gehäuse 16, das auf den Ansatz 14 aufgesteckt und darauf mittels einer Klebermasse 18 abdichtend befestigt ist, sowie ein in der Mitte des Gehäuses 16 gehaltenes Widcrstundselement 20. Wie auch aus F i g. 2 ersichtlich ist, ist das Widerstandselement 20 dünn und stabförmig. Sein Durchmesser sollte im Hinblick auf eine geringe Wärmeträgheit unter 2 mm liegen und beträgt beim Ausführungsbeispiel 1,8 mm. Seine Länge beträgt ein Mehrfaches des Durchmessers und liegt beim Ausführungsbeispiel bei 5 mm bis 7 mm. Das Widerstandselemenl 20 liegt mit koaxial zur Längs- und Symmetrieachse des Gehäuses 16 verlaufender Längsachse auf dem überwiegenden Teil seiner Länge innerhalb eines beim Ausführungsbeispiel von einem Hohlniet gebildeten, hohlzylindrischen Formteils 22. Von dessen Innenseite 24 hai das Widerstandselement 20 allseitig einen geringen radialen Abstand; der Innendurchmesser des Formleils 22 beträgt beim Ausführungsbeispiel 2 mm. Der Formteil 22 weist an seinem äußeren Ende einen um eine mittige Öffnung 26 des Gehäuses 16 herum auf dessen Außenseite aufliegenden Ringflansch 28 auf. Mit seinem abgerundeten äußeren Ende 30 überragt das Widerslandselement 20 den Ringflansch 28 um einen geringen Bruchteil der Länge des Widerstandselements; beim Ausführungsbeispiel ragt das Ende 30 aus dem Formteil 22 um 0,3 mm bis 0,5 mm heraus.

Das Widerstandselement 20 weist auf seiner Außenseite eine elektrisch isolierende, thermisch jedoch gut leitfähige Umhüllung 32 aus Glas auf, mit der in nicht näher dargestellter Weise ein Widerstandskörper, im AusführungsbeJspiel von negativem Temperaturkoeffizienten, und daran angebrachte Elektroden umhülk sind. Die genannten Elektroden setzen sich elektrisch fort in zwei Anschlußdrähten 34, die isoliert durch die Umhüllung 32 hindurchgeführt sind und sich annähernd parallel zueinander vom hinteren Ende 36 des Widerstandselementes 20 fort erstrecken. Die Anschlußdrähte 34 sind jeweils auf einem an das Widerstandselement 20 anschließenden Längenabschnitt von einem aus Silikonkautschuk bestehenden Isolierschlauch 38 umgeben. Derartige Isolierschläuche 38 wirken elektrisch und thermisch isolierend sowie feuchtigkeitsabstoßend. Auch ist das Material der Isolierschläuche 38 stark gummielastisch, also ähnlich wie ein Weichgummi leicht verformbar. Die dem Widerstandselement 20 zugewandten Enden der Isolierschläuche 38 sind an der Umhüllung 32 des Widerstandselementes 20 mittels jeweils einer elektrisch isolierenden und feuchtigkeitsabstoßenden Klebermasse 40 befestigt, die ebenfalls im wesentlichen aus Silikonkautschuk besteht.

Der Formteil 22 ist zu seiner Befestigung an dem Gehäuse 16 mit letzterem, wie bei 42 angedeutet, verlötet. Zur mittigen Halterung des Widerstandselementes 20 innerhalb des Formteiles 22 an letzterem und damit an dem Gehäuse 16 ist ein aus in der Wärme geschrumpften Kunststoffmaterial bestehender Schrumpfschlauch 44 vorgesehen. Dieser ist mit einem ersten Längenabschnitt 46 auf die Außenseite des Formteils 22 aufgeschrumpft. Mit einem sich von dem Gehäuse 16 fort nach rückwärts erstreckenden, hinter dem Formteil 22 liegenden zweiten Längenabschnitt 48 ist der Schrumpfschlauch auf die von ihm umgebenen Isolierschläuche 38 der von diesen umhüllten Anschlußdrähte 34 aufgeschrumpft. Wegen des gegenüber dem Innendurchmesser des zweiten Längenabschnittes 48 größeren Außendurchmessers des Formteils 22 und Innendurchmessers des ersten Längenabschnittes 46 verjüngt sich der Schrumpfschlauch 44 zwischen dem ersten Längenabschnitt 46 und dem zweiten Längenabschnitt 48 in einem Übergangsbereich 50 trichterartig. Im Übergangsbereich 50 können sich die Isolierschläuche 38 bei einer axialen Zusammendrückung radial ausdehnen. Im zweiten Längenabschnitt 48 lassen die Isolierschläuche 38 wegen ihrer Gummielastizität eine geringe Axialbewegung der Anschlußdrähte 34 zu. Insgesamt wird daher durch diese Konstruktion erreicht, daß das Widerstandselement 20 gegenüber einer axialen Verschiebung gummielastisch insoweit nachgiebig gehaltert ist, daß sein äußeres Ende 30 unter der Wirkung äußerer Kräfte vollständig in den Formteil 22 hineingedrückt werden kann und bei Verschwinden dieser äußeren Kräfte wieder in seine in den Figuren gezeigte ursprüngliche Stellung zurückkehrt. Hierdurch wird ein wichtiger Schutz des Widerstandselementes 20 gegen mechanische Beschädigung erzielt.

Im zweiten Längenbereich 48 des Schrumpfschlauches 44 etwa noch verbleibende, luftgefüllte Kanäle, die einen Durchtritt von Feuchtigkeit gestatten könnten, werden dadurch vermieden, daß solche zwischen den Isolierschläuchen 38 und dem Schrumpfschlauch 44 vorhanaenen Kanäle auf einem dem Übergangsbereich 50 benachbarten Teil des zweiten Längenbereiches 48 und geringfügig bis in den Übergangsbereich 50 hinein mit einer Klebermasse 52 ausgefüllt sind, die wiederum aus einem Silikonkautschuk besteht. Die Klebermasse 52

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behindert daher die vorstehend beschriebene axial nachgiebige Halterung des Widerstandselementes 20 nicht. Durch die Flüssigkeitsabdichtung mittels der Klebermassen 40, 52 und die übrige beschriebene Konstruktion wird trotz des Freiliegens des äußeren Endes 30 des Widerstandselementes 20 nach außen hin erreicht, daß der Wärmefühler gegen Feuchtigkeit unempfindlich ist und ein ihn umfassendes Gerät spritzwassergeschützt ist.

Sicherheitshalber kann zur Verhinderung eines Hindurchtretens von Feuchtigkeit zwischen der Außenseite des Formteils 22 und dem Schrumpfschlauch 44 wie beim Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, daß der auf

dem Formteil 22 gehaltene erste Längenabschnitt 46 %

des Schrumpfschlauches 44 mittels einer ihn umgeben- 15 |j

den und an ihm und an der Innenseite des Gehäuses 16 %

haftenden Vergußmasse 54 mit dem Gehäuse 16 verbunden ist. Diese Vergußmasse 54 kann genügend starr sein, um zugleich eine Befestigung des Formteils 22 an dem Gehäuse 16 zu erzielen, so daß dann die Verlötung 42 entfallen kann. Beim Ausführungsbeispiel besteht die Vergußmasse 54 wiederum aus einem weichen Silikonkautschuk.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, sind die Anschlußdrähte 34 durch eine mittige Bohrung 56 des Gewindestopfens 10 hindurchgeführt und innerhalb von diesem an Lötstellen 58 mit weiteren Leitern 60 verbunden, die beispielsweise zu einer in einem nicht dargestellten Schaltungsgehäuse, mit dem der Wärmefühler flüssigkeitsdicht verschraubt ist, untergebrachten, ebenfalls nicht dargestell-

ten Auswerteschaltung führen. Der Schrumpfschlauch ί

44 erstreckt sich nur über einen Teil der oberhalb des I

Ansatzes 14 liegenden, inneren Höhe von annähernd 19 mm des Gehäuses 16, während sich die Isolierschläuche 38 fast bis zu den Lötstellen 58 erstrecken. Die den Lötstellen 58 benachbarten Enden der Isolierschläuche 38 und die Lötstellen 58 sind jeweils von einem gegenüber dem Schrumpfschlauch 44 engeren Schrumpfschlauch 62 überdeckt

Abwandlungen gegenüber dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind selbstverständlich möglich. So könnte die axiale Nachgiebigkeit des Widerstandselementes 20 auch mittels einer Schraubendruckfeder oder Blattfeder erreicht werden, die am hinteren Ende des Formteiles 22 und am hinteren Ende 36 des Wider-Standselementes 20 anliegt und an einem nicht dargestellten Widerlager abgestützt ist, das Widerstandselement 20 in der dargestellten Ruhelage hält und nach einem Eindrücken des Widerstandselementes 20 entgegen der Federkraft das Widerstandselement 20 wieder in die ursprüngliche Lage zurückführt Eine flüssigkeitsdichte Abdichtung wäre hierbei jedoch mit größerem Aufwand zu erreichen. Weiter wäre in geringer Abweichung von dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Halterung des Widerstandselementes 20 auch nicht nur an den Anschlußdrähten 34, sondern unmittelbar am hinteren Ende 36 des Widerstandselementes 20 möglich, beispielsweise indem mit der Klebermasse 52 der Übergangsbereich des Schrumpfschlauches 44 weitgehender und bis hin zum hinteren Ende 36 des Widerstandselementes 20 ausgefüllt wird. Eine Ausweichmöglichkeit für die Isolierschläuche 38 und die Klebermasse 52 bei einem axialen Hineindriicken des Widerstandselementes 20 in das Formteil 22 sollte dabei möglichst erhalten bleiben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. In einem Gehäuse angeordneter Wärmefühler zur Erfassung der Umgebungstemperatur, mit einem stabförmigen temperaturabhängigen Widerstandselement mit sich von einem einzigen Stabende fort erstreckenden Anschlußdrähten, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (20) eine öffnung (26) des Gehäuses (16) von gegenüber seinem Durchmesser größerem Durchmesser zumindest annähernd berührungsfrei durchsetzt, mit seinem äußeren Ende (30) aus der Außenseite des Gehäuses (16) freiliegend herausragt und an seinem mit den Anschlußdrähten (34) versehenen hinteren Ende (36) und/oder an den Anschlußdrähten (34) an dem Gehäuse (16) elektrisch und thermisch isoliert sowie elastisch nachgiebig gehaltert ist

2. Wärmefühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Widerstandselement (20) zugewandten Enden von die Anschlußdrähte (34) umgebenden Isolierschläuchen (38) an dem Widerstandselement (20) mittels einer elektrisch isolierenden Klebermasse (40) befestigt sind.

3. Wärmefühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der öffnung (26) des Gehäuses (16) ein hohlzylindrischer Formteil (22) gehalten ist, der das Widerstandselement (20) auf dem überwiegenden Teil seiner Länge mit allseitigem radialem Abstand umgibt.

4. Wärmefühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Formteil (22) an seinem äußeren Ende einen um die Öffnung (26) des Gehäuses (16) herum auf dessen Außenseite aufliegenden Ringflansch (28) aufweist.

5. Wärmefühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß das Widerstandselement(20)die Außenseite des Ringflansches (28) um einen geringen Bruchteil seiner Länge und vorzugsweise um einen Bruchteil seines Durchmessers nach außen überragt.

6. Wärmefühler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Außenumfang des Formteils (22) ein aus einem durch Schrumpfen verengter Schrumpfschlauch (44) gehalten ist, der sich von dem Gehäuse (16) fort nach rückwärts erstreckt und mit einem hinter dem Formteil (22) liegenden Längenabschnitt (48) auf die von ihm umgebenen Isolierschläuche (38) der von diesen umhüllten Anschlußdrähte (34) aufgeschrumpft ist.

7. Wärmefühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Isolierschläuchen (38) und dem Schrumpfschlauch (44) verbleibende Kanäle zumindest auf einem Teil des hinter dem Formteil (22) liegenden Längenabschnittes (48) des Schrumpfschlauches (44) mit einer Klebermasse (52) ausgefüllt sind, die aus einem gummielastischen Material besteht.

8. Wärmefühler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem Formteil (22) gehaltene Längenabschnitt (46) des Schrumpfschlauches (44) mittels einer ihn umgebenden und an ihm und an der Innenseite des Gehäuses (16) haftenden Vergußmasse (54) mit dem Gehäuse (16) verbunden