DE3721983C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Eintauchthermometer, insbesondere für Wasser als Meßmedium, mit einem Anschlußträger, einer im Anschlußträger abgedichtet befestigten, in das Meßmedium ragenden Schutzarmatur und einem in der Schutzarmatur angeordneten Temperatursensor, wobei der Temperatursen­ sor in der Schutzarmatur gegenüber dem Meßmedium elektrisch isoliert, aber über die Schutzarmatur mit dem Meßmedium wärmeleitend verbunden ist, der Temperatursensor ein Sensorelement und in der Schutzarmatur bis zum Anschluß­ träger geführte elektrische Anschlußleitungen aufweist und die Schutzarmatur als unmittelbar auf das Sensorelement und die Anschlußleitungen aufgebrachte, lediglich Anschlußenden der Anschlußleitungen freilassende Ummantelung aus elektrisch isolierendem, gut wärmeleitendem, durch das Meßmedium nicht an­ greifbarem Material, insbesondere als Schrumpfschlauch, ausgebildet ist.

Elektrische Eintauchthermometer sind seit langer Zeit in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt (Lueger "Lexikon der Technik", Band 14 "Lexikon der Feinwerktechnik L-Z", DVA, Stuttgart 1969, Stichworte "Thermometer" und "Widerstandsthermometer"). Bei einem Eintauchthermometer ist die Schutzarma­ tur mit dem darin befindlichen Temperatursensor in das Meßmedium eingetaucht und befindet sich in dauernder wärmeleitender Verbindung mit dem Meßmedium.

Bei dem bekannten elektrischen Eintauchthermometer, von dem die Erfindung ausgeht (DE-GM 69 28 209), sind auf die Anschlußleitungen des dort als tem­ peraturabhängiger Widerstand ausgeführten Sensorelements Versteifungsröhrchen aufgeschoben, die die Steifigkeit der Anschlußleitungen erhöhen. Die Ver­ steifungsröhrchen sind mit dem als temperaturabhängiger Widerstand ausgeführ­ ten Sensorelement nur kraftschlüssig über den Schrumpfschlauch verbunden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das bekannte elektrische Ein­ tauchthermometer, von dem die Erfindung ausgeht, in mechanischer Hinsicht noch zu verbessern, so daß es insbesondere für den Einsatz in elektronischen Thermostaten für Wassermischarmaturen geeignet ist.

Das erfindungsgemäße elektrische Eintauchthermometer, bei dem die zuvor auf­ gezeigte Aufgabe gelöst ist, ist nun dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß­ träger einen der Form der mit der Ummantelung versehenen Temperatursensors angepaßten Stützträger zur mechanischen Abstützung des Temperatursensors und der Stützträger nach außen halb offene Einlegenuten für das Sensorelement und die Anschlußleitungen mit der Ummantelung aufweist. Erfindungsgemäß ist durch die Verwendung eines Stützträgers und durch die besondere Ausgestal­ tung des Stützträgers eine formschlüssige Verbindung von Sensorelement und Stützträgern gegeben und damit insgesamt ein elektrisches Eintauchthermome­ ter geschaffen, das mechanischen Beanspruchungen in besonderem Maße gewachsen ist.

Im einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße elektrische Eintauchthermometer auszugestalten und weiterzubilden. Das er­ gibt sich aus den dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 im Längsschnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Eintauchthermometers,

Fig. 2 den mit einer Ummantelung versehenen Temperatursensor des Ein­ tauchthermometers nach Fig. 1, teilweise im Schnitt,

Fig. 3 im Längsschnitt einen Stützträger für den Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. 4 den Stützträger nach Fig. 3 in einer Draufsicht und

Fig. 5 im Schnitt, vergrößert gegenüber Fig. 1, einen Kontaktträger für den Gegenstand nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in schematischer Dar­ stellung ein elektrisches Eintauchthermometer, das für ein stehendes oder strömendes Meßmedium, insbesondere für Wasser bestimmt ist. Auch wenn die­ ses elektrische Eintauchthermometer ganz generell für alle Arten von stehen­ den oder strömenden Meßmedien in allen Arten von Anwendungsfällen geeignet ist, ist es wegen seiner besonders kompakten Ausführung in besonderem Maße für den Einsatz in elektronischen Thermostaten für Wassermischarmaturen ge­ eignet.

Das in Fig. 1 dargestellte elektrische Eintauchthermometer weist zunächst einen hier als Einschraubstutzen ausgeführten Anschlußträger 1, eine im An­ schlußträger 1 abgedichtet befestigte, in das Meßmedium ragende Schutzarma­ tur und einen in der Schutzarmatur angeordneten Temperatursensor 3 auf. Der Temperatursensor 3 in der Schutzarmatur ist gegenüber dem Meßmedium elek­ trisch isoliert, aber über die Schutzarmatur mit dem Meßmedium gleichwohl wärmeleitend verbunden. Wie Fig. 2 zeigt, weist der Temperatursensor 3 im hier dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ein als Halb­ leiter ausgeführtes Sensorelement 4 und in der Schutzarmatur bis zum An­ schlußträger 1 geführte elektrische Anschlußleitungen 5 auf. Mit Hilfe des Anschlußträgers 1 und einem darauf zur Abdichtung angeordneten O-Ring 6 läßt sich mittels des angedeuteten Außengewindes das Eintauchthermometer insge­ samt in eine Einschraubfassung in der Wand eines Behälters für das Meßmedium, beispielsweise das Gehäuse eines Thermostaten einer Wassermischarmatur, ein­ schrauben. Andere Befestigungsarten sind natürlich ohne weiteres denkbar, beispielsweise eine Einsteckfassung oder ein Anschlußträger mit einem unlau­ fenden Anschlußflansch.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist die Schutzarmatur eine unmittelbar auf das Sensorelement 4 und die Anschlußleitungen 5 aufgebrachte, lediglich die An­ schlußenden der Anschlußleitungen 5 freilassende Ummantelung 2. Die Ummante­ lung 2 besteht logischerweise aus elektrisch isolierendem und gut wärmelei­ tendem Material, das durch das Meßmedium nicht angreifbar sein sollte. Me­ chanisch sollte das Material so widerstandsfähig sein, wie es das Einsatz­ gebiet des jeweiligen Eintauchthermometers erfordert. Fig. 2 macht diese Um­ mantelungstechnik besonders deutlich und macht auch klar, daß die Ummante­ lung 2 das Sensorelement 4 und die Anschlußleitungen 5 jeweils für sich haut­ eng umfaßt. Durch die Wahl des Materials und der Dicke der Ummantelung 2 läßt sich die Ummantelung 2 in ihrer Wirkung auf alle Anforderungen abstimmen, bei­ spielsweise auf die Forderung nach einer ausreichend hohen Durchschlagsfestig­ keit (beispielsweise 500 V für Thermostaten der in Rede stehenden Art). We­ sentlich ist, daß die Schutzarmatur als unmittelbar auf das Sensorelement 4 und die Anschlußleitungen 5 in engstmöglichem Kontakt aufgebrachte Ummante­ lung 2 ausgeführt ist. Dadurch wird eine optimal geringe Wärmekapzität, ein optimal geringer Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Meßmedium und dem Sen­ sorelement 4 und ein sehr geringer Platzbedarf realisiert. Wie die Ummante­ lung 2 auf das Sensorelement 4 und die Anschlußleitungen 5 aufgebracht wird, bleibt der weiteren Erläuterung überlassen.

Zunächst besteht die Möglichkeit, beispielsweise eine Glaskapselung des Tempe­ ratursensors und der Anschlußleitungen vorzunehmen, wie sie als solche auch bei Thermometern bekannt ist. Die mechanische Empfindlichkeit ist selbst bei hochwertigen Glastypen für die hier verfolgten Einsatzzwecke allerdings nicht ausreichend, so daß man in einer ersten Ausgestaltungsmöglichkeit da­ ran denken könnte, die Ummantelung als Beschichtung, vorzugsweise als Kunst­ stoffbeschichtung auszuführen. Als Beschichtungsmaterialien kämen verschie­ dene einschlägig bekannte Kunststoffe in Frage, beispielsweise PTFE (Waren­ zeichen Teflon, Hostaflon etc.) oder Polyamid. Es sind auch für sehr kleine Sensorelemente und sehr dünne Anschlußleitungen geeignete Umspritzungstech­ niken bekannt, die eine derartige Ausführung ermöglichen.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Ummantelung 2 als auf das Sensorelement 4 und die Anschlußleitungen 5 aufgeschrumpfter Schrumpf­ schlauch ausgeführt ist. Als Material des Schrumpfschlauches kommen bei­ spielsweise Polytetrafluoräthylen, Polyamid, Silicon oder Polyolefin in Frage.

Die Materialauswahl richtet sich nach dem Einsatzgebiet des Eintauchthermo­ meters, insbesondere nach den chemischen Eigenschaften des Meßmediums und den zu erwartenden Temperaturbereichen. Das Aufschrumpfen eines Schrumpf­ schlauches als Ummantelung 2 hat den großen Vorteil, daß die Ummantelung 2 sich optimal eng um den Temperatursensor 3 herum anlegt, so daß der Wärme­ übergangswiderstand so gering wie möglich wird. Gleichwohl läßt sich die Um­ mantelung 2 auf dem Temperatursensor 3 leicht anbringen, nämlich in noch nicht geschrumpften Zustand einfach auf den Temperatursensor 3 aufschieben. Anschließend kann dann in einem weiteren Verfahrensschritt die Schrumpfung erfolgen.

Die durch fortschreitende Verbesserung mittlerweile zur Verfügung stehenden Sensorelemente 4 sind außerordentlich klein und die entsprechenden Anschluß­ leitungen 5 können sehr dünn gehalten werden. Auch mit einer beispielsweise als Schrumpfschlauch ausgeführten Ummantelung 2 ist ein solcher Temperatur­ sensor 3 mechanisch nicht sehr stabil, kann insbesondere bei langgestreckter Gestaltung leicht abknicken. Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, daß der Anschlußträger 1 einen der Form des mit der Ummantelung 2 versehenen Tempera­ tursensors 3 angepaßten, vorzugsweise aus elektrisch isolierendem Kunst­ stoff mit geringer Wärmekapazität bestehenden Stützträger 7 zur mechanischen Abstützung des Temperatursensors 3 aufweist und der Stützträger 7 nach außen halboffene Einlegenuten 8 für das Sensorelement 4 und die Anschlußleitungen 5 mit der Ummantelung 2 aufweist. Die Gestaltung des Stützträgers 7 sollte so getroffen sein, daß sich eine höchstmögliche mechanische Stabilität er­ gibt; dabei sollte aber die Wärmekapazität des Stützträgers 7 so gering wie möglich sein, um die Gesamtanordnung thermisch nicht zu träge zu machen. Als Material für den Stützträger 7 kommt beispielsweise ein Acetalcopolymerisat (Warenzeichen z. B. Hostaform) in Frage.

Für Anwendungen in strömenden Meßmedien, insbesondere in Wasser in einem Thermostaten einer Wassermischarmatur hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, daß der mit der Ummantelung 2 versehene Temperatursensor 3 in die Form eines langgestreckten U gebracht und mit den Enden der U-Schenkel im Anschlußträger 1 gelagert ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist folglich der hier vorhandene Stützträger 7 langgestreckt stabartig mit an der Oberseite und der Unterseite ausgebildeten Einlegenuten 8 ausgeführt: er liegt also praktisch zwischen den Anschlußleitungen 5 des Temperatursen­ sors 3. Das ergibt sich aus den Fig. 3 und 4 besonders deutlich. Aus diesen Figuren ergibt sich auch, daß bei dem hier dargestellten Stützträgern 7 an der Spitze zwischen den Einlegenuten 8 eine als Rastnut ausgebildete Ver­ bindungsnut 9 angeordnet ist, in die die mit der Ummantelung 2 versehene Anschlußleitung 5, wie in Fig. 1 gezeigt, einrastbar ist. Dadurch wird der Temperatursensor 3 sehr elegant am Stützträger 7 fixiert.

Fig. 3 zeigt weiterhin, daß sich die Einlegenut 8 auf der Oberseite des Stützträgers 7 zur Aufnahme des Sensorelements 4 erweitert, daß also im hier dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel das mit der Umman­ telung 2 versehene Sensorelement 4 auf der Oberseite des Stützträgers 7 an­ geordnet ist; das läßt Fig. 1 gut erkenne. Diese Anordnung trägt der Tat­ sache Rechnung, daß unter Umständen die Abmessungen des Sensorelements 4 in Längsrichtung zu groß sind, um es an der Spitze des Stützträgers 7 anbrin­ gen zu können und/oder daß strömungstechnische Gründe dafür sprechen können, das Sensorelement 4 auf der Oberseite oder Unterseite des Stützträgers 7 vom Meßmedium anströmen zu lassen. Am Stützträger 7 befinden sich im darge­ stellten Ausführungsbeispiel, Fig. 3, am dem Anschlußträger 1 zugeordneten Ende in einem Ringflansch 10 zwei Durchführungen 11 für die mit der Umman­ telung 2 versehenen Anschlußleitungen 5.

Die Fig. 1 und 5 lassen im Zusammenhang eine weiter bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Eintauchthermometers erkennen, die dadurch gekennzeich­ net ist, daß die Ummantelung 2 an den freien Enden im Anschlußträger 1 in Dichtfassungen 12, vorzugsweise in mit zwei O-Ringen bestückten Dichtfassun­ gen 12, eingesetzt ist. Das ist eine besonders einfache und wirksame sowie montagetechnisch zweckmäßige Gestaltung der Abdichtung des Temperatursen­ sors 3 am Anschlußträger 1.

Fig. 1 macht weiter deutlich, daß im dargestellten Ausführungsbeispiel im Anschlußträger 1 elektrische Präzisionskontaktelemente 13 zur Verbindung der freien Enden der Anschlußleitungen 5 des Temperatursensors 3 mit nach außen geführten elektrischen Anschlußelementen 14 vorgesehen sind. Die sehr kompakte Ausführung des erfindungsgemäß ausgestalteten Eintauchthermometers läßt es als zweckmäßig erscheinen, die Anschlußleitungen 5 nicht in ein­ fache Schraub-Anschlußklemmen zu führen, sondern mit Präzisionskontaktelemen­ ten 13 im Anschlußträger 1 an dann nach außen geführten Anschlußelementen 14 zu kontaktieren.

Um das erfindungsgemäße Eintauchthermometer einfach herstellen zu können, empfiehlt sich die Ausgestaltung in mehrteiliger Form und insbesondere eine Konstruktion, bei der der Anschlußträger 1 einen vorzugsweise ringförmigen Halter 15 und einen in den Halter 15 eingesetzten, vorzugsweise zylindri­ schen Kontaktträger 16 aufweist, in den Halter 15 der Stützträger 7 einge­ setzt und vom Kontaktträger 16 im Halter 15 klemmend gehalten ist und der Kontaktträger 16 die Dichtfassungen 12, die Präzisionskontaktelemente 13 und die Anschlußelemente 14 trägt. Der Kontaktträger 16 im Halter 15 be­ steht zweckmäßigerweise ebenfalls aus elektrisch isolierendem Material, möglicherweise aus demselben Material oder einem ähnlichen Material wie der Stützträger 7. Dann kann, bei entsprechender Formgestaltung, der Halter 15 als Metallteil, beispielsweise aus Messing oder aus Aluminium ausgeführt sein, so daß er die nötige Widerstandsfähigkeit beispielsweise als Einschraub­ stutzen hat. Im Kontaktträger 16 lassen sich die verschiedenen Einbauteile vormontieren und vorjustieren, und der Kontaktträger 16 läßt sich dann in den Halter 15 ohne weiteres einsetzen. Im hier dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Kontaktträger 16 im Halter 15 mittels eines Sprengrings 17 gehalten. Das ist montagetechnisch sehr ein­ fach und bei der vorliegenden kompakten Form auch am wenigsten platzaufwen­ dig. Natürlich wäre auch eine Einschraubfassung oder ein einfacher Preß­ sitz denkbar. Fig. 5 zeigt im übrigen den Kontaktträger 16 mit weiteren De­ tails, insbesondere mit den Aufnahmen für die verschiedenen Einbauteile.

Fig. 1 macht noch deutlich, daß im dargestellten bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der Kontaktträger 16 gegenüber dem Halter 15 für das Meßmedium undurch­ dringlich abgedichtet ist und dazu zwischen dem Kontaktträger 16 und dem Hal­ ter 15 eine umlaufende Dichtung 18, insbesondere eine O-Ring-Dichtung, ange­ ordnet ist. Im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel weist im übri­ gen der Halter 15 einen nach innen vorspringenden Ringflansch 19 auf, an dem der Stützträger 7 zur Anlage kommt und dagegen den der Stützträger 7 durch den eingeführten und mittels des Sprengringes 17 gehaltenen Kontakt­ träger 16 gepreßt wird. Dadurch ergibt sich eine insgesamt sehr feste und zuverlässige Verbindung aller Teile des Eintauchthermometers auch unter Be­ rücksichtigung der Tatsache, daß es sich hier um äußerst kleine Abmessungen handelt.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Sensorelementen 4 des Temperatursensors 3 bekannt. Besonders zweckmäßig ist es insoweit für den bevorzugten Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Eintauchthermometers, daß das Sensorelement 4 ein Halbleiterwiderstand oder eine in Durchlaßrich­ tung geschaltete Diode, vorzugsweise eine Silicium-Planardiode, ist. Ein derartig ausgestaltetes Sensorelement 4, insbesondere eine Silicium-Planar­ diode, hat äußerst geringe Abmessungen und hervorragende meßtechnische Ei­ genschaften. Bei einer Diode als Sensorelement 4 ist lediglich darauf zu achten, daß der Einbau und der Anschluß der Anschlußleitungen 5 mit der richtigen Polarität erfolgen, damit die Diode in meßtechnisch richtiger Weise in Durchlaßrichtung geschaltet ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Gesamtlänge des Eintauchthermometers knapp 30 mm, der maximale Außendurchmesser beträgt im Bereich des Anschlußträgers 1 etwa 12 mm und im Bereich des Temperatur­ sensors 3 bzw. des Stützträges 7 etwas mehr als 5 mm. Die als Schrumpf­ schlauch ausgeführte Ummantelung 2 hat ungeschrumpft einen Durchmesser von etwas mehr als 2 mm, geschrumpft einen Außendurchmesser von etwa 1,2 mm. Dazu paßt die halbkreisförmige Ausgestaltung der Einlegenuten am Stütz­ träger 7 mit einem Durchmesser von ca. 1,2 mm im Bereich der Anschlußlei­ tungen 5 und einem Durchmesser von ca. 1,8 mm im Bereich des Sensorelements 4.

Durch den in den Figuren erkennbaren dunklen Ring am als in Durchlaßrichtung gepolte Diode ausgeführten Sensorelement 4 wird die Kathode dieser Diode ge­ kennzeichnet, also die an den negativen Pol anzuschließende Anschlußleitung 5. Eine entsprechende Farbgebung der Anschlußelemente 14 und evtl. eine asymme­ trische Gestaltung der Einsatzprofile führt zu einer eindeutigen Anordnung der verschiedenen Teile relativ zueinander, so daß die Einbaulage des Sensor­ elements 4 beispielsweise in einer Wassermischarmatur eindeutig reproduzier­ bar ist.

Claims (9)

1. Elektrisches Eintauchthermometer, insbesondere für Wasser als Meßmedium, mit einem Anschlußträger, einer im Anschlußträger abgedichtet befestigten, in das Meßmedium ragenden Schutzarmatur und einem in der Schutzarmatur an­ geordneten Temperatursensor, wobei der Temperatursensor in der Schutzarma­ tur gegenüber dem Meßmedium elektrisch isoliert, aber über die Schutzarma­ tur mit dem Meßmedium wärmeleitend verbunden ist, der Temperatursensor ein Sensorelement und in der Schutzarmatur bis zum Anschlußträger geführte elektrische Anschlußleitungen aufweist und die Schutzarmatur als unmittel­ bar auf das Sensorelement und die Anschlußleitungen aufgebrachte, lediglich Anschlußenden der Anschlußleitungen freilassende Ummantelung aus elektrisch isolierendem, gut wärmeleitendem, durch das Meßmedium nicht angreifbarem Material, insbesondere als Schrumpfschlauch, ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußträger (1) einen der Form des mit der Ummantelung (2) versehenen Temperatursensors (3) angepaßten Stütz­ träger (7) zur mechanischen Abstützung des Temperatursensors (3) und der Stützträger (7) nach außen halboffene Einlegenuten (8) für das Sensorele­ ment (4) und die Anschlußleitungen (5) mit der Ummantelung (2) aufweist.

2. Eintauchthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützträger (7) aus elektrisch isolierendem Kunststoff mit geringer Wärme­ kapazität besteht.

3. Eintauchthermometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Ummantelung (2) versehene Temperatursensor (3) in die Form eines langgestreckten U gebracht und mit den Enden der U-Schenkel im An­ schlußträger (1) gelagert ist.

4. Eintauchthermometer nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ummantelung (2) an den freien Enden im Anschlußträger (1) in Dichtfassungen (12) eingesetzt ist.

5. Eintauchthermometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfassungen (12) mit O-Ringen bestückt sind.

6. Eintauchthermometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Anschlußträger (1) elektrische Präzisionskontaktelemen­ te (13) zur Verbindung der freien Enden der Anschlußleitungen (5) des Temperatursensors (3) mit nach außen geführten elektrischen Anschlußele­ menten (14) vorgesehen sind.

7. Eintauchthermometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anschlußträger (1) einen ringförmigen Halter (15) und einen in den Halter (15) eingesetzten zylindrischen Kontaktträger (16) aufweist, im Halter (15) klemmend gehalten ist und der Kontaktträger (16) die Dichtfassungen (12), die Präzisionskontaktelemente (13) und/oder die Anschlußelemente (14) trägt.

8. Eintauchthermometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktträger (16) gegenüber dem Halter (15) für das Meßmedium undurch­ dringlich abgedichtet ist und dazu zwischen dem Kontaktträger (16) und dem Halter (15) eine umlaufende Dichtung (18) angeordnet ist.

9. Eintauchthermometer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Dichtung (18) zwischen dem Kontaktträger (16) und dem Halter (15) als O-Ring-Dichtung ausgeführt ist.