DE4427558A1

DE4427558A1 - Temperatursensor

Info

Publication number: DE4427558A1
Application number: DE19944427558
Authority: DE
Inventors: Walter Hollweck
Original assignee: INTER CONTROL Hermann Koehler Electrik GmbH and Co KG
Current assignee: INTER CONTROL Hermann Koehler Electrik GmbH and Co KG
Priority date: 1994-08-04
Filing date: 1994-08-04
Publication date: 1996-02-15
Anticipated expiration: 2014-08-05
Also published as: EP0775300A1; WO1996004536A1; DE4427558C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor mit den Merk malen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Als Stand der Technik sind thermisch sensitive Geräte be kannt, die ein Gehäuse aus Isoliermaterial aufweisen, an dem ein Wärmeleitelement in Form einer Wärmeübertragungs platte oder dergleichen angebracht ist, das an einer Wan dung des Gehäuses angeordnet ist oder diese bildet. Ferner ist im Inneren des Gehäuses im Bereich des Wärmeleitelemen tes ein Sensorelement vorgesehen, das die Temperatur am Wärmeleitelement oder die Umgebungstemperatur registriert und davon abhängig ein Signal abgibt oder einen Schaltvor gang einleitet. Ferner sind am Gehäuse zwei Anschlußele mente vorgesehen, die aus dem Gehäuse herausstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Temperatur sensor mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart auszubilden, daß die Kontaktierung der im/am Gehäuse angeordneten Bauelemente untereinander vereinfacht ist. Insbesondere soll auch eine vollautomatische Montage des Sensors möglich sein.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen der Er findung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-28. An spruch 29-31 bauen auf den Vorrichtungsansprüchen 1-28 auf und betreffen ein Verfahren zur Herstellung eines Temperatursensors nach einem der Ansprüche 1-28.

Nach der Erfindung soll im Gehäuse nun mindestens ein elek trisch leitfähiger Stift vorgesehen sein, der mit seinem einen Ende das thermisch sensitive Element (Sensorelement) mit gegen das Wärmeleitelement gerichteten Druck beaufschlagt und sich mit seinem anderen Ende an einem gehäuseinneren Ende eines der beiden Anschlußelemente abstützt. Mit anderen Worten wird als Kern der Erfindung angesehen, anstatt einer Verdrahtung im Gehäuseinnenbereich mindestens einen Stift vorzusehen, der quasi zwischen das ihm zugeordnete Anschlußelement und die elektrische Kontaktfläche des Sensors eingespannt ist und aufgrund der Vorspannung der ihn beaufschlagenden Elemente, insbesondere des Anschlußelementes für einen auch unter unterschiedlichen thermischen Bedingungen ausreichenden Kontaktdruck sorgt. Löt- oder Schweißvorgänge zur Herbeiführung der Kontaktierung der Anschlußelemente mit Sensorteilen können dadurch vollständig entfallen, nachdem lediglich mechanische Bauteile aneinander gefügt werden müssen.

Werden zwei elektrisch leitfähige Stifte vorgesehen, können beide Anschlußelemente mit den ihnen zugeordneten elektri schen Komponenten auf die erfindungsgemäße Weise verbunden werden. Es ist dabei möglich, daß beispielsweise ein Stift eine Oberfläche eines Temperatursensorelementes unmittelbar beaufschlagt und der andere Stift eine Kontaktfläche eines Substrates oder Trägers, auf dem der Sensor angebracht ist. Es ist auch denkbar, daß beide leitfähige Kontaktstifte die vorzugsweise aus einem Metall schlechter thermischer Leitfähigkeit bestehen, z. B. aus V2A-Stahl, ausschließ lich Kontaktflächen des Sensorträgers beaufschlagen und der Sensor auf seinem Träger gesondert kontaktiert und befe stigt ist.

Verlaufen beide Stifte innerhalb des Gehäuses parallel, dann ergeben sich für die Fertigung besonders einfache Ver hältnisse, da dann lediglich ein uniaxialer Fertigungsdruck auf die beteiligten Bauteile ausgeübt werden muß, um beide Kontakte gleichzeitig federnd in ihre benachbart liegenden Komponenten einzuspannen.

Wenn die gehäuseinneren Enden der Anschlußelemente z-förmig abgebogen sind und mit den z-förmigen Enden die ihnen zuge ordneten Enden der Stifte beaufschlagen, ergeben sich be sonders vorteilhafte Federeigenschaften im Bereich der En den der Anschlußelemente. Alternativ können auch gesonderte Kontaktfederteile vorgesehen werden.

Für eine vollautomatische Fertigung ist es besonders vor teilhaft, wenn der Sensor und/oder der Träger und/oder beide auf der gehäuseinneren Seite des Wärmeleitelementes vorfixiert sind. Das Wärmeleitelement kann dabei ein Leit blech sein, das eine Gehäuseausnehmung überdeckt, in der das thermisch sensitive Element oder der ihm zugeordnete Träger angeordnet ist, wobei der Träger ein keramischer Träger sein kann.

Der oder die Stifte sind in ihrem Mittelbereich axial ver schiebbar geführt, wobei die Führung der Stifte durch Boh rungen erfolgt, die eine Mittelwandung des Isolierstoffge häuses durchsetzen. Durch diese Maßnahmen wird ein stabiler Aufbau erreicht, wobei die Führung der Stifte im Mittelbe reich auf beiden Endseiten der Stifte ausreichende Toleran zen und Federwege sicherstellt.

Es können im Bedarfsfalle Stifte unterschiedlicher Längen vorgesehen werden, wenn beispielsweise ein Stift ein Sub strat und der andere Stift eine höher liegende Fläche einer NTC- oder PTC-Pille beaufschlagt. Alternativ dazu ist es aber auch erfindungsgemäß möglich, den das thermisch sensi tive Element halternden Träger z-förmig abzubiegen und Stifte gleicher Länge zu verwenden, wodurch Lagerhaltung und Montage nicht verkompliziert werden.

Verfahrensanspruch 29 lehrt mit seinen Verfahrensschritten eine besonders einfache und kostensparende Methode, wie die in den Vorrichtungsansprüchen bereits näher umrissenen Bau teile aneinander gefügt und zu einem Temperatursensor ver bunden werden können.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 einen Mitte-Längsschnitt durch einen Temperatursensor nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Mitte-Längsschnitt durch eine modifi zierte Ausführungsform des Temperatursen sors,

Fig. 3 eine Detail-Draufsicht auf einen Sensorträ ger, auf dem ein Sensorelement in SMD-Eau weise befestigt ist,

Fig. 4 einen Mitte-Längsschnitt durch einen Temperatursensor mit modifiziertem Sensor träger,

Fig. 5 einen Mitte-Längsschnitt durch eine Ausfüh rungsform des Temperatursensors entspre chend Fig. 2 mit einer kuppelartig ausge bildeten Nässeschutzumhüllung sowie

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Gerätekombination, bestehend aus einem Temperatursensor und einer Temperatursicherung.

Zunächst wird auf Zeichnungsfig. 1 Bezug genommen.

Der insgesamt mit 1 bezeichnete Temperatursensor weist ein Gehäuse 2 aus Isoliermaterial auf, an dessen Unterseite 3 ein Wärmeleitelement 4 mit einem Befestigungsbolzen 5 ange ordnet ist. Ferner ist ein thermisch sensitives Sensorelement 6 vorgesehen, das im Bereich des Wärmeleitelementes 4 angeordnet ist und mit diesem in Wärmekontakt steht.

Im Bereich der Oberseite 7 des Gehäuses 2 stehen zwei An schlußelemente 8, 9 seitlich aus dem Gehäuse 2 heraus.

Innerhalb des Gehäuses 2 sind zwei elektrisch leitfähige Stifte 10, 11 vorgesehen, die mit ihren einen Enden 12, 13 gegen das Wärmeleitelement 4 weisen und das Sensorelement 6 oder einen diesem zugehörigen Anschlußkontakt 18 beaufschlagen und sich mit ihren anderen Enden 14, 15 an den gehäuseinneren Enden 16, 17 der Anschlußelemente 8, 9 abstützen. Der Stift 10 beaufschlagt dabei mit seinem unteren Ende 12 eine Kontaktoberfläche 19 des als NTC- oder PTC-Pille ausgebildeten Sensorelementes, das mit seiner an deren Kontaktoberfläche mit dem Anschlußkontakt 18 in Ver bindung steht, der von dem unteren Ende 13 des Stiftes 11 unter Druck beaufschlagt wird. Beide Stifte 10, 11 verlau fen innerhalb des Gehäuses 2 parallel und sind vom Zentrum 20 des Gehäuses 2 äquidistant angeordnet.

Zur Verbesserung der Federungseingenschaften sind die ge häuseinneren Enden 16, 17 der Anschlußelemente 8, 9 z-för mig zur Oberseite 7 des Gehäuses hin abgebogen. Der Halt der Anschlußelemente 8, 9 wird durch Nietverbindungen in an sich bekannter Weise im Gehäuse 2 sichergestellt.

Wie in Zeichnungsfigur 2 deutlich zu sehen ist, beaufschla gen die beiden Stifte einen keramischen Träger 25, auf dem das Sensorelement 6′ angeordnet ist, das mittig zwischen den beiden unteren Stiftenden 12, 13 liegt. In diesem Falle können die unteren Stiftenden angespitzt sein, um einen höheren wirksamen Kontaktdruck sicherzustellen.

Der Träger 25 und/oder das thermisch sensitive Element 6, 6′ können auf der Innenseite des Wärmeleitelementes 4 vor fixiert sein, um den Montagevorgang zu erleichtern. Das Wärmeleitelement 4 ist in an sich bekannter Weise ein eine Gehäuseausnehmung 26 überdeckendes Leitblech. Die Gehäuseausnehmung 26 nimmt das Sensorelement 6, 6′ und/oder den keramischen Träger 25 auf, so daß für einen guten Wärmeübergang vom Befestigungsbolzen 5 über das Wär meleitelement 4 zum Sensorelement 6, 6′ gesorgt ist.

Die beiden Stifte 10, 11 sind in ihrem Mittelbereich axial verschiebbar in Bohrungen 30 geführt, die eine Mittelwan dung 31 des Gehäuses 2 durchsetzen. Die Mittelwandung 31 trennt dabei die das thermisch sensitive Element 6, 6′ auf nehmende erste Gehäuseausnehmung 26 von einer zweiten Gehäuseausnehmung 35, in der die gehäuseinneren Enden 16, 17 der Anschlußelemente 8, 9 angeordnet sind.

Im Vormontagezustand sind die gehäuseinneren Enden 16, 17 der Anschlußelemente 8, 9 zur Mittelwandung 31 hin abgebo gen, sie werden im Endmontagezustand durch die sie beauf schlagenden Enden der Stifte 10, 11 in eine im wesentlichen mit einander fluchtende Stellung gedrückt, wie sie in den Zeichnungsfiguren dargestellt ist.

Ferner geht aus den Zeichnungsfiguren eine Nässeschutzum hüllung 50 (nicht dargestellt) hervor, die als Silikonüberzug sowohl den keramischen Träger 25, 25′ als auch das darauf angebrachte Sensorelement 6, 6′ und die zugehörigen Kontaktflächen 18 vollständig überzieht. Die Spitzen 12 und 13 der Stifte 10, 11 beaufschlagen beim Montagevorgang die Oberfläche der Nässeschutzumhüllung 50 derart stark, daß es ähnlich wie bei der Kontaktierung ei nes Flachbandkabels zu einer Perforation der Isolations schicht kommt, wodurch Stanzausnehmungen entstehen, die eine saubere elektrische Kontaktierung zulassen.

Wie in Fig. 1 deutlich zu sehen, können die Stifte 10, 11 unterschiedliche Längen aufweisen, in Zeichnungsfig. 2 ist eine Ausführungsform gewählt, bei der die Stifte gleichlang sind. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist das thermisch sensitive Element eine relativ dicke NTC- oder PTC-Pille, die unmittelbar von dem Stift 10 beauf schlagt wird, um gleiche Stifte verwenden zu können, ist bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Träger 25′ ebenfalls z-förmig abgebogen, um die Dicke des NTC- oder PCT-Elementes auszugleichen.

Bei der in Zeichnungsfig. 3 dargestellten Detailansicht ist zu sehen, wie ein thermisch sensitives Element 6′, das ein SMD-Bauteil sein kann, zwischen zwei Anschlußkontakten auf dem Träger 25 angeordnet sein kann.

Bei dem in Zeichnungsfig. 6 dargestellten Ausführungsbei spiel ist auf einem gemeinsamen Montageträger 70 der Temperatursensor 1 mit einem weiteren thermisch sensitiven Gerät oder Schaltgerät 71 kombiniert, was insbesondere zunächst den Vorteil hat, daß durch beide Geräte genau die gleiche Temperatur über den gemeinsamen Montageträger 70 erfaßt wird. Der Temperatursensor 1 verwertet die gewonnene Information über eine elektronische Meß- oder Schaltvorrichtung, wohingegen in dem weiteren Schaltgerät 71 bei Überschreiten oder Erreichen einer Grenztemperatur unmittelbar ein Schaltvorgang wie beispielsweise das Unterbrechen eines Strompfades oder das Einschalten von Signalelementen erfolgt.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, anstatt der vorste hend detailliert erläuterten Sensorelemente (Pille oder SMD-Bauteil) ein Sensorelement heranzuziehen, das aus einer PTC-Paste im Siebdruckverfahren unmittelbar auf einen kera mischen Träger oder eine sonstige geeignete Unterlage auf gedruckt wird.

Bezugszeichenliste

1 Temperatursensor
2 Gehäuse
3 Unterseite
4 Wärmeleitelement
5 Befestigungsbolzen
6, 6′ Sensorelement
7 Oberseite
8, 9 Anschlußelement
10, 11 Stift
12, 13 Ende
14, 15 Ende
16, 17 Ende
18 Leiter
19 Kontaktoberfläche
25, 25′ Träger
26 Gehäuseausnehmung
30 Bohrung
31 Mittelwandung
35 Gehäuseausnehmung
50 Nässeschutzumhüllung
55 Zuführungsöffnung
70 Montageträger
71 Schaltgerät

Claims

1. Temperatursensor (1) mit

- einem Gehäuse (2) aus Isoliermaterial,
- einem Wärmeleitelement (4), das an einer Wandung des Gehäuses (2) angeordnet ist oder diese bildet,
- einem thermisch sensitiven Sensorelement (6), das im Bereich des Wärmeleitelementes (4) angeordnet ist und/oder dieses beaufschlagt sowie
- mindestens zwei Anschlußelementen (8, 9), die aus dem Gehäuse herausstehen,
gekennzeichnet durch
- mindestens einen elektrisch leitfähigen Stift (10, 11), der
- - mit seinem einen Ende (12, 13) das Sensorelement (6) mit gegen das Wärmeleitelement gerichteten Druck beaufschlagt und
- - sich mit seinem anderen Ende (14, 15) an einem gehäuseinneren Ende (16, 17) eines der beiden Anschlußelemente (8, 9) oder an den Enden (16, 17) befestigten gesonderten Kontaktfederteile abstützt.

2. Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei elektrisch leitfähige Stifte (10, 11) vorge sehen sind, von denen mindestens einer ein auf einem Träger (25, 25′) für das Sensorelement (6, 6′) aufgebrachten Anschlußkontakt (18) beaufschlagt.

3. Temperatursensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der andere elektrisch leitfähige Stift (10) eine Oberfläche des Sensorelements (6) unmittelbar beauf schlagt.

4. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stifte (10, 11) innerhalb des Gehäuses (2) parallel verlaufen.

5. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stifte (10, 11) vom Zentrum des Gehäu ses (2) äquidistant angeordnet sind.

6. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gehäuseinneren Enden (16, 17) der Anschluß elemente (8, 9) z-förmig abgebogen sind und mit den z-förmigen Enden die Stifte (10, 11) beaufschlagen.

7. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung der Stifte (10, 11) durch die z-förmigen Enden (16, 17) oder die Kontaktfederteile unter einer zum Gehäusezentrum hin gerichteten Feder kraft erfolgt.

8. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stifte (10, 11) einen keramischen Träger (25) beaufschlagen und das Sensorelement (6) zwischen den beiden Enden (12, 13) angeordnet ist.

9. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (25, 25′) und/oder das Sensorelement (6, 6′) auf der Innenseite des Wärmeleitelementes (4) vorfixiert ist.

10. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitelement (4) in an sich bekannter Weise ein eine Gehäuseausnehmung (26) überdeckendes Leitblech ist, in der das Sensorelement (6, 6′) und/oder der dieses tragende keramische Träger (25, 25′) angeordnet sind.

11. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift/die Stifte (10, 11) in ihren Mittelbe reich axial verschiebbar geführt sind.

12. Temperatursensor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung der Stifte (10, 11) durch Bohrungen (30) erfolgt, die eine Mittelwandung (31) des Gehäu ses (2) durchsetzen.

13. Temperatursensor nach der vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelwandung (31) die das thermisch sensi tive Element (6, 6′) aufnehmende erste Gehäuseausneh mung (26) von einer zweiten Gehäuseausnehmung (35) trennt, in der die gehäuseinneren Enden (16, 17) der Anschlußelemente (8, 9) oder die Kontaktfederteile angeordnet sind.

14. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Vormontagezustand die gehäuseinneren Enden (16, 17) der Anschlußelemente (8, 9) oder die Kon taktfederteile zur Mittelwandung (31) hin abgebogen sind und im Endmontagezustand durch die sie beaufschlagenden Enden der Stifte (10, 11) in eine im wesentlichen miteinander fluchtende Stellung gedrückt werden.

15. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (10, 11) unterschiedliche Längen auf weisen.

16. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (10, 11) gleiche Länge aufweisen und der das Sensorelement (6) haltende Träger (25′) z-förmig abgebogen ist.

17. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (6) eine NTC- oder PTC-Pille ist, die auf der einen Seite unmittelbar von dem ihr zuordneten Stift (10) beaufschlagt wird und auf ihrer anderen Seite mit einem Leiter (18) in Verbindung steht, der vom anderen Stift (11) beaufschlagt wird.

18. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (6′) ein SMD-Bauteil ist.

19. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch sensitive Element (6, 6′) eine Nässeschutzumhüllung (50) aufweist.

20. Temperatursensor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Nässeschutzumhüllung (50) ein Silikonüberzug ist.

21. Temperatursensor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Nässeschutzumhüllung (50) zur Kontaktierung des Sensorelementes (6, 6′) durch die Stifte (10, 11) Kontaktausnehmungen aufweist.

22. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nässeschutzumhüllung (50) über das Sensorelement (6, 6′) hinaus auch auf den Träger (25, 25′) erstreckt.

23. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktausnehmungen in der Nässeschutzumhül lung im Bereich des Sensorelementes (6, 6′) oder des Trägers (25, 25′) durch die Enden (12, 13) der Stifte (10, 11) erzeugte Stanzausnehmungen sind.

24. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche 19-23, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (26) eine Zuführungsöffnung (55) zum Einspritzen einer die Nässeschutzumhüllung (50) bildenden plastischen Masse aufweist.

25. Temperatursensor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsöffnung (55) eine weitere Bohrung in der Mittelwandung (31) des Gehäuses (2) ist.

26. Temperatursensor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen den inneren Enden (16, 17) liegende Ende der Zuführungsöffnung (55) frei zugänglich ist.

27. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (10, 11) aus einem Metall mit schlech ter thermischer Leitfähigkeit bestehen.

28. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden An sprüche, gekennzeichnet durch seine mechanische Kombination mit einem oder mehreren temperaturabhängigen Schaltgeräten (71) oder unterschiedlichen Sensoren auf einem gemeinsamen Mon tageträger (70) zur Halterung des Gehäuses (2).

29. Verfahren zur Herstellung eines Temperatursensors, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Vormontage eines Gehäuses aus Isolierstoffmaterial mit zwei Anschlußelementen, deren gehäuseinnere Enden zum Gehäuseinnenbereich abgebogen sind,
b) Einführen von zwei elektrisch leitfähigen Stiften in dafür vorgesehene Bohrungen einer Gehäusemittelwandung derart, daß erste Stiftenden die inneren Enden der Anschlußelemente beaufschlagen,
c) Zuführen einer Wärmeübertragungsplatte mit einem darauf vormontierten Sensorelement mit mindestens zwei Anschlüssen derart, daß die zweiten Stiftenden die Anschlüsse des Sensorelementes kontaktieren,
d) festes Verbinden der Wärmeübertragungsplatte mit dem Gehäuse derart, daß die Stifte gegen die Federkraft der inneren Enden der Anschlußelemente zur Ausübung eines Kontaktdruckes im Gehäuse verschoben werden.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verfahrensschritt c) durch die zweiten Stift enden eine Perforation einer Nässeschutzumhüllung er folgt, die das vormontierte Sensorelement und/oder einen dieses halternden Träger überzieht.

31. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß nach Verfahrensschritt d) in eine das thermisch sensitive Element aufnehmende Kammer eine eine Nässe schutzumhüllung bildende Masse eingebracht wird.