EP2895831A2 - Thermische entkopplung der befestigung eines hochtemperatursensors in einer aufnahme - Google Patents

Thermische entkopplung der befestigung eines hochtemperatursensors in einer aufnahme

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EP2895831A2
EP2895831A2 EP13763239.4A EP13763239A EP2895831A2 EP 2895831 A2 EP2895831 A2 EP 2895831A2 EP 13763239 A EP13763239 A EP 13763239A EP 2895831 A2 EP2895831 A2 EP 2895831A2
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EP
European Patent Office
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temperature sensor
fastening
sensor according
fastener
decoupling
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13763239.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Heiko Lantzsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tesona GmbH and Co KG
Original Assignee
Tesona GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Tesona GmbH and Co KG filed Critical Tesona GmbH and Co KG
Publication of EP2895831A2 publication Critical patent/EP2895831A2/de
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08—Protective devices, e.g. casings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • G—PHYSICS
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    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
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    • G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • G01K13/024—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow of moving gases
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2205/00—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle
    • G01K2205/04—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle for measuring exhaust gas temperature

Definitions

  • the present invention relates to a high-temperature sensor having a sensor element with a hot-side oriented measuring section and a fastening device arranged around the sensor element according to claim 1.
  • a temperature sensor with a thermal element which has a heat-resistant sheath line, at the end of the measuring medium end facing a sensor element is arranged.
  • the temperature sensor shown should be operational up to temperatures of 1200 ° C and can detect rapid temperature decreases.
  • the sensor element consists of a thermowire bead, which protrudes from the sheathed cable and is received by a protective sheath, which is fastened on the end of the sheathed cable facing the measuring medium.
  • the protective cover has a one-piece front part without welds and the sheathed cable is a flexible, thin-walled metal tube with a small outer diameter, at the side facing away from the measuring medium lead wires are led out, which produce the desired connection to the on-board electronics.
  • the temperature sensor is attached to the measuring point with a special collar and a union nut. From EP 2 196 787 A2 a high temperature sensor with a sensor element is already known, which is mounted in a protective tube.
  • the protective tube is surrounded by a stiffening tube, wherein the stiffening tube is made of a material whose thermal expansion coefficient is higher than that of the material from which the protective tube.
  • the stiffening tube is firmly connected to a first region of the protective tube with the protective tube and in a second region of the protective tube is a stop element, which is also firmly connected to the protective tube.
  • the stiffening tube occurs due to its higher Wirmedehnung from a predetermined temperature in mechanical contact with the stop element, whereby the high temperature sensor from this temperature is mechanically stabilized.
  • the space between the sensor element and the protective tube cap is filled according to EP 2 196 787 A2 with a good heat-conducting material. Fine silicon powder can be used for this purpose.
  • the stabilizing, mechanical contacting of the protective tube with the stop element requires a minimum temperature, so that especially in the start phase or in non-high-performance operation, the overall arrangement tends to vibrations that jeopardize the reliability of the measuring arrangement, With a iefest Trentssockef 4, the high-temperature sensor in the exhaust system be attached.
  • a high-temperature sensor can, for example, take place at the elbow or at the weld neck of the exhaust system of a motor vehicle,
  • the fastening device has: a fastening element for fastening the high-temperature sensor in a receptacle, in particular a screw or a nut, and a mounting collar, which faces relative to m fastener of the hot Shen side and is thermally decoupled to the fastener.
  • the mounting collar can be configured as a flange or pressure collar.
  • the mounting collar can also be designed as a thermal shutter. This results in a shielding of the fastener against thermal stress.
  • hlu ngsschi rmende elements can be provided between the fastening device and sensor element which stabilizes the sensor element and protects it from mechanical loads.
  • the mounting collar is applied to the protective cover or the sensor element.
  • the fastening element can be designed such that it does not bear against the sensor element or its protective cover and is only stabilized by the mounting collar.
  • the fastener by another element, for.
  • a stabilizing sleeve supported against the sensor element and / or be stabilized.
  • the mounting collar may be immovably connected to the sensor element, z, B, by a Versch chiefsung with attached between the sensor element and mounting device protective cover,
  • the thermal resistance between the fastening element and mounting collar is more than 100 K / W, in particular more than 1000 K / W.
  • the fastening ungselement and the mounting collar abut each other, wherein the contact surface is reduced to a minimum, in particular less than 10%, preferably less than 2% of the maximum Quersch nitts Structs Structs Structs Structs Structs Structs Structs Structs Structs Structs Structs Structs Structs Structs Structs Sta minimum, in particular less than 10%, preferably less than 2% of the maximum Quersch nitts Sta fastener.
  • the maximum cross-sectional area may be defined as the maximum area of the fastener in a plane that is orthogonal to the The axis of the sensor element is about which the fastener is arranged.
  • the mounting collar is attached to the sensor element.
  • a decoupling element of a material with low thermal conductivity in particular with a thermal conductivity of less than 20 W / m K at 1000 ° C, preferably less than 5 W / mK at 1000 ° C, is arranged.
  • the decoupling element is made of ceramic.
  • the decoupling element is disk-shaped, in particular that the decoupling element is a washer.
  • the decoupling element is a pressure screw or a union nut.
  • the decoupling element can be fastened between the fastening collar and the fastening element, for example by welding, or it can be e.g. B. in the case of a washer removably disposed between the mounting collar and fastener.
  • the high-temperature sensor has a protective cover which at least partially surrounds the sensor element.
  • a stabilizing and fastening sleeve is arranged around the control element and / or around the protective cover and attached to the fastening element, in particular welded, is.
  • the stabilization and fastening sleeve benefits from the thermal decoupling of the control element.
  • the stabilization and fastening sleeve is thus exposed to lower temperature loads and can be made of materials that have a lower temperature resistance.
  • the stabilization and fastening sleeve is attached to the mounting collar and / or on the contact surface between the mounting collar and fastener, z. B. by welding. Although the stabilization and fastening sleeve does not profit to the same extent from the thermal mix decoupling, but it can be achieved increased mechanical stability.
  • a high temperature sensor is provided with a fastening element for attachment to a receptacle, wherein the fastening element has a recess for an exact, predetermined position alignment.
  • the correct position of the high-temperature sensor can be ensured, for example, in the case that the sensor element and / or the protective cover are not rotationally symmetrical about the sensor element, but have a preferred orientation.
  • the recess may be a molding of an otherwise circular design of the fastening element.
  • Fig. La a first longitudinal view of an inventive
  • FIG. 1b is a second longitudinal view of the high temperature sensor of FIG. 1;
  • Fig. 2a is a front view of the high-temperature sensor according to
  • Fig. 1 from the cold side of the sensor;
  • Fig. 3a is a side view of another erfindurtgsaffen
  • FIG. 3b is a longitudinal view of the high temperature sensor of FIG.
  • 3c is a plan view of the high temperature sensor of FIG.
  • FIG. 3d is a cross-sectional view of the high temperature sensor of FIGS. 3a and 3b
  • Fig. 3e is a perspective view of the high temperature sensor of Fig. 3a.
  • FIG. 1 a shows a high-temperature sensor 10 with a fastening device according to the invention comprising a fastening collar 20 and a fastening element 22.
  • the fastening element 22 is configured as a screw 22 with an external thread 23.
  • the screw 22 has a cavity 25 so that the sensor element 12 with the protective cover 14 arranged around it can be guided by the screw 22.
  • the sensor element 12 has a measuring section 13 on the hot side. On the cold side there are electrical connections 12a, 12b.
  • the sensor element 12 essentially consists of two parallel bars and the measuring section 13 arranged at the hot end of these bars.
  • mounting collar 20 and fastening element 22 are around sensor element 12 and Protective cover 14 is arranged.
  • the mounting collar 20 is welded to the protective cover 14.
  • the decoupling element 26 is z. B. configured as a ceramic ring and acts as a heat barrier, thus enabling effective thermal decoupling between fastening ungsbund 20 and
  • FIG. 1 b shows a second longitudinal view of the high-temperature sensor from FIG. 1.
  • the sectional plane is orthogonal to that in FIG. la shown
  • Fig. 2a shows a top view of the hot side of the high-temperature sensor 10 of FIG. 1.
  • the measuring section 13 can be seen, surrounded by the protective cover 14. Farther outward, the fastening collar 20 and the screw 22 with the hexagonal head are visible.
  • FIG. 2 b shows a top view of the cold side of the high-temperature sensor 10 from FIG. 1
  • FIGS. 3a to 3e show a further high-temperature sensor 30 according to a further aspect of the present invention.
  • the high temperature sensor 30 in this case comprises an elliptical, d. H .
  • rotationally symmetrical jacket thermocouple comprising an elliptical protective cover 14 and a likewise ellipsoidal sensor element 12.
  • the high temperature sensor 30 is attached via the fastener 32 to a receptacle.
  • the attachment should be made so that » the longer axis of the ellipse shape of the protective cover 14 or of the sensor element 12 is aligned along the flow direction of the medium to be measured.
  • Such positioning is made possible by the recess 32a, which attaches to a corresponding counterpart in a receptacle for the high-temperature sensor 30.
  • FIG. 3b shows a longitudinal section through the longer axis of the elliptical shape.
  • the medium to be measured flows according to the invention as in the
  • the high temperature sensor 30 is shown from the hot side, wherein also the angular recess 32a can be seen.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hochtemperatursensor mit einem Sensorelement mit einem zur heißen Seite orientierten Messabschnitt und einer um das Sensorelement herum angeordneten Befestigungsvorrichtung, wobei die Befestigungsvorrichtung aufweist, ein Befestigungselement zur Befestigung des Hochtemperatursensors in einer Aufnahme, insbesondere eine Schraube oder eine Mutter, und einen Befestigungsbund, der relativ zum Befestigungselement auf der heißen Seite des Hochtemperatursensors angeordnet und der zum Befestigungselement thermisch entkoppelt ist.

Description

Thermische Entkopplung der Befestigung eines Hochtemperatursensors in einer Aufnahme
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hochtemperatursensor mit einem Sensorelement mit einem zur heißen Seite orientierten Messabschnitt und einer um das Sensorelement herum angeordneten Befestigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1.
Aus der WO 2010/063682 AI ist ein Temperaturfühler mit einem Thermo- Element vorbekannt, der eine hitzebeständige Mantelleitung aufweist, an dessen dem Messmedium zugewandten Ende ein Sensorelement angeordnet ist. Durch ein Metallrohr der Mantelleitung sind elektrische Anschlussleitungen für den Anschluss des Sensorelements an eine elektronische Auswerteeinheit geführt, Der gezeigte Temperaturfühler soll bis zu Temperaturen von 1200°C einsatzfähig sein und schnelle Temperaturinderungen erfassen können. Hierfür besteht das Sensorelement aus einer Thermo- drahtperle, die aus der Mantelleitung herausragt und von einer Schutzhülle aufgenommen ist, welche auf dem dem Messmedium zugewandten Ende der Mantelleitung befestigt ist. Die Schutzhülle weist ein einteiliges Vorderteil ohne Schweißstellen auf und die Mantelleitung ist ein flexibles, dünnwandiges Metallrohr mit einem geringen Außendurchmesser, an dessen dem Messmedium abgewandten Bereich Anschlussdrähte herausgeführt sind, die die gewünschte Verbindung zur Bordelektronik herstellen. Die Befestigung des Temperaturfühlers an der Messstelle erfolgt dabei mit einem speziellen Ringbund und einer Überwurfmutter. Aus der EP 2 196 787 A2 ist ein Hochtemperatursensor mit einem Sensorelement vorbekannt, das in einem Schutzrohr gelagert ist. Um auch im Umfeld hoher Temperaturen, z, B. im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs zuverlässige Messungen durchzuführen» ist das Schutzrohr von einem Versteifungsrohr umgeben, wobei das Versteifungsrohr aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient höher ist als der des Materials, aus dem das Schutzrohr besteht. Das Versteifungsrohr ist einem ersten Bereich des Schutzrohrs mit dem Schutzrohr fest verbunden und in einem zweiten Bereich des Schutzrohrs befindet sich ein Anschlagelement, das ebenfalls fest mit dem Schutzrohr verbunden ist. Das Versteifungsrohr tritt aufgrund seiner höheren Wirmedehnung ab einer vorgegebenen Temperatur in mechanischen Kontakt mit dem Anschlagelement, wodurch der Hochtemperatursensor ab dieser Temperatur mechanisch stabilisierbar ist. Der Raum zwischen dem Sensorelement und der Schutzrohrkappe ist nach EP 2 196 787 A2 mit einem gut wärmeleitenden Material gefüllt. Hierfür kann feines Siliziumpulver zur Anwendung kommen. Das stabilisierende, mechanische Inkontaktkommen des Schutzrohrs mit dem Anschlagelement erfordert eine Mindesttemperatur, so dass insbesondere unmittelbar in der Startphase bzw. im Nicht-Hochleistungsbetrieb die Gesamtanordnung zu Schwingungen neigt, die die Zuverlässigkeit der Messanordnung gefährden, Mit einem iefestigungssockef 4 kann der Hochtemperatursensor dabei im Abgasstrang befestigt werden.
Die Aufnahme eines Hochtemperatursensors kann z, B. am Krümmer oder am Einschweißstutzen der Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs erfolgen,
Experimente haben gezeigt, dass es bei bekannten Hochtemperatursensoren zu einer an sich unerwünschten Übertragung der Wirme am Messabschnitt auf die Aufnahme des Hochtemperatursensors bekommt. Ebenso kann die niedrigere Temperatur der Befestigung zu einer Absenkung der Temperatur am Messabschnitt und somit zu einer Verfälschung des Messergebnisses durch diese Wärmesenke führen. Weiterhin kann es problematisch sein, dass die hohe Temperatur am Messabschnitt sich auf die Befestigung übertragt und somit zu einer unerwünschten Erwärm u ng eines Bereichs führt» der nicht für so hohe Temperaturen ausgelegt ist. Insbesondere kann es hierbei zu einer unerwünschten Materialverformung und Instabilität der Anordnung aus Hochtemperatursensor und Befestigung kommen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Hochtemperatursensor für
Temperaturen größer 500 °C bereitzustellen, bei dem eines oder mehrere der vorgenannten Probleme vermieden oder in ihren Auswirkungen reduziert werden können.
Erfi nd ungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Hochtemperatursensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Insbesondere weist dabei die Befestigungsvorrichtung auf: ein Befestigungselement zur Befestigung des Hochtemperatursensors in einer Aufnahme, insbesondere eine Schraube oder eine Mutter, und einen Befestigungsbund, der relativ zu m Befestigungselement der hei ßen Seite zugewandt ist und der zum Befestigungselement thermisch entkoppelt ist.
Der Befestigungsbund kann als Flansch oder Druckbund ausgestaltet sein. Der Befestigungsbund kann auch als thermische Blende ausgestaltet sein. Somit ergibt sich eine Abschirmung des Befestigungselements gegen thermische Belastungen.
Es besteht auch die Möglichkeit, am Befestigungsbund oder am Befestigungselement zusätzliche, stra h l u ngsschi rmende Elemente anzuordnen, um nachgeordnete, insbesondere elektronische Baugruppen oder Anschlussteile vor einer unnötigen thermischen Einwirkung zu schützen. Zwischen der Befestigungsvorrichtung und Sensorelement kann eine Schutzhülle vorgesehen sei n, die das Sensorelement stabilisiert und vor mechanischen Belastungen schützt.
Es kann vorgesehen sein, dass der Befestigungsbund an der Schutzhülle bzw. dem Sensorelement anliegt» Das Befestigungselement kann demgegenüber so ausgestaltet sein, dass es nicht am Sensorelement bzw. dessen Schutzhülle anliegt und nur von dem Befestigungsbund stabilisiert wird. Somit lisst sich eine weitere thermische Entkopplung zwischen dem sich aufwärmenden Sensorelement und dem Befestigungselement bzw, der Aufnahme des Hochtemperatursensors erreichen,
In anderen Ausgestaltungen kann das Befestigungselement durch ein weiteres Element, z. B. eine Stabilisierungs-Hülse, gegenüber dem Sensorelement abgestützt und/oder stabilisiert sein.
Der Befestigungsbund kann unbeweglich mit dem Sensorelement verbunden sein, z, B, durch eine VerschweiSung mit der zwischen Sensorelement und Befestigungsvorrichtung angebrachten Schutzhülle,
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmewiderstand zwischen Befestigungselement und Befestigungsbund mehr als 100 K/W, insbesondere mehr als 1000 K/W beträgt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Befestig ungselement und der Befestigungsbund aneinander anliegen, wobei die Anlagefläche auf ein Minimum reduziert ist, insbesondere weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 2% der maximalen Quersch nittsfläche des Befestigungselements aufweist.
Die maximale Querschnittsfläche kann dabei definiert sein als die maximale Fläche des Befestigungselements in einer Ebene, die orthogonal zur Achse des Sensorelements ist, um das das Befestigungselement angeordnet ist.
Durch eine geringe Anlagefläche zwischen Befestigungselement und Befestigungsbund kommt es zu einer thermischen Entkopplung, d. h . einer sehr geringen Wirmeleitfähigkeit, Somit können die erfindungsgemäßen
Vorteile erzielt werden, ohne dass ein besonderes thermisches Entkopplungselement zwischen Befestigungsbund und Befestigungselement nötig wäre.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Befestigungsbund am Sensorelement befestigt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen Befestigungselement und Befestigungsbund ein Entkopplungs-Element aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, insbesondere mit einer Wärmeleitfähigkeit von weniger als 20 W/m K bei 1000°C, vorzugsweise geringer als 5 W/mK bei 1000°C, angeordnet ist.
Mit einem Entkopplungs-Element zwischen Befestigungsbund und Befestigungselement kann eine besonders gute thermische Entkopplung erzielt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Entkopplungs-Element aus Keramik ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Entkopplungs-Element scheibenförmig ist, insbesondere dass das Entkopplungs-Element eine Unterlegscheibe ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Entkopplungs-Element eine Druckschraube oder eine Überwurfmutter ist. Mit einem scheibenförmigen Entkopplungs-Element kann eine besonders gute thermische Entkopplung bei gleichzeitig ausreichender mechanischer Stabilität zwischen Befestigungsbund und Befestigungselement erreicht werden.
Das Entkopplungs-Element kann zwischen Befestigungsbund und Befestigungselement befestigt werden, z, B. durch Verschweißen, oder es kann z. B. im Fall einer Unterlegscheibe entfernbar zwischen Befestigungsbund und Befestigungselement angeordnet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hochtemperatursensor eine Schutzhülle aufweist, die das Sensorelement zumindest teilweise umgibt.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass eine Stabilisierungs- und Befestigungshülse um das Steuerelement und/oder um die Schutzhülle herum angeordnet ist und an dem Befestig ungselement befestigt, insbesondere verschweißt, ist.
Hierdurch profitiert die Stabilisierungs- und Befestigungshülse von der thermischen Entkopplung des Steuerelements. Die Stabilisierungs- und Befestigungshülse wird somit geringeren Temperaturbelastungen ausgesetzt und kann aus Materialien hergestellt werden, die eine geringere Temperaturbeständigkeit aufweisen .
In anderen Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die Stabilisierungs- und Befestigungshülse an dem Befestigungsbund und/oder an der Anlagefläche zwischen Befestigungsbund und Befestigungselement befestigt wird, z. B. durch Verschweißen . Hierdurch profitiert die Stabilisierungs- und Befestigungshülse zwar nicht im gleichen Maße von der ther- mischen Entkopplung, es kann aber eine erhöhte mechanische Stabilität erzielt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Hochtemperatursensor mit einem Befestigungselement zur Befestigung an einer Aufnahme angegeben, wobei das Befestigungselement eine Aussparung für eine exakte, vorgebbare Positionsausrichtung aufweist. Somit kann die richtige Lage des Hochtemperatursensors sichergestellt werden, z, B. für den Fall, dass das Sensorelement und/oder die Schutzhülle um das Sensorelement nicht rotationssymmetrisch ausgestaltet sind, sondern eine bevorzugte Ausrichtung aufweisen.
Insbesondere kann es sich bei der Aussparung um eine Ausformung aus einer ansonsten kreisrunden Ausführung des Befestigungselements handeln.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
Fig. la eine erste Längsansicht eines erfindungsgemäßen
Hochtem peratu rsensors;
Fig. 1b eine zweite Längsansicht des Hochtemperatursensors aus Fig. 1;
Fig. 2a eine Vorderansicht des Hochtemperatursensor gemäß
Fig» 1 von der heißen Seite des Sensors;
Fig. 2b eine Rückansicht des Hochtemperatursensor gemäß
Fig. 1 von der kalten Seite des Sensors; Fig. 3a eine seitliche Ansicht eines weiteren erfindurtgsgemäßen
Hochtemperatursensors;
Fig, 3b eine Längsansicht des Hochtemperatursensors aus Fig.
3a;
Fig. 3c eine Draufsicht auf den Hochtemperatursensor aus Fig,
3a;
Flg. 3d eine Querschnittsa nsicht des Hochtemperatursensors aus Fig. 3a und
Fig, 3e eine perspektivische Ansicht des Hochtemperatursensors aus Fig. 3a.
Fig, la zeigt einen Hochtemperatursensor 10 mit einer erfindungsgemlBen Befestigungsvorrichtung umfassend ein Befestigungsbund 20 und ein Befestigungselement 22, Das Befestigungselement 22 ist dabei ausgestaltet als eine Schraube 22 mit einem Außengewinde 23, Die Schraube 22 weist dabei einen Hohlraum 25 auf, so dass das Sensorelement 12 mit der darum angeordneten Schutzhülle 14 durch die Schraube 22 geführt werden kann.
Das Sensorelement 12 weist auf der heißen Seite einen Messabschnitt 13 auf. Auf der kalten Seite befinden sich elektrische Anschlüsse 12a, 12b. Das Sensorelement 12 besteht im Wesentlichen aus zwei parallelen Stäben und dem am heißen Ende dieser Stäbe angeordneten Messabschnitt 13.
Beispielsweise in der Mitte des Hochtemperatursensors 10 sind Befestigungsbund 20 und Befestig u ngselement 22 um Sensorelement 12 und Schutzhülle 14 angeordnet. Der Befestigungsbund 20 ist dabei mit der Schutzhülle 14 verschweißt.
Zwischen Befestig ungsbu nd 20 und Schraube 22 ist ein Entkopplungs- Element 26 angeordnet. Das Entkopplungs-Element 26 ist dabei z. B. als keramischer Ring ausgestaltet und agiert als Wärmesperre, ermöglicht also eine effektive thermische Entkopplung zwischen Befestig ungsbund 20 und
Schraube 22.
Fig. 1b zeigt eine zweite Längsansicht des Hochtemperatursensors aus Fig. 1. Die Schnittebene ist dabei orthogonal zu der in Fig . la gezeigten
Schnittebene. Die beiden Ansch luss-Elemente sind daher in Fig. 1b nicht einzeln sichtbar.
Fig . 2a zeigt eine Draufsicht von der heilen Seite des Hochtemperatursensors 10 aus Fig. 1. In der Mitte ist der Messabschnitt 13 zu sehen, umgeben von der Schutzhülle 14. Weiter nach außen ist der Befestigungsbund 20 und die Schraube 22 mit dem Sechskantkopf sichtbar.
Fig. 2b zeigt eine Draufsicht von der kalten Seite des Hochtemperatursensors 10 aus Fig. 1
Die Figuren 3a bis 3e zeigen einen weiteren Hochtemperatursensor 30 gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung. Der Hochtemperatursensor 30 umfasst hierbei ein ellipsenförmiges, d. h . nicht
rotationssymmetrisches Mantelthermoelement, das eine ellipsenförmige Schutzhülle 14 und ein ebenfalls ellipsenförmiges Sensorelement 12 umfasst.
Der Hochtemperatursensor 30 wird über das Befestigungselement 32 an einer Aufnahme befestigt. Vorzugsweise soll die Befestigung dabei so erfolgen» dass die längere Achse der Ellipsenform der Schutzhülle 14 bzw. des Sensoreiements 12 entlang der Strömungsrichtung des zu messenden Mediums ausgerichtet ist. Eine derartige Positionierung wird ermöglicht durch die Aussparung 32a, die sich an ein entsprechendes Gegenstück in einer Aufnahme für den Hochtemperatursensor 30 anfügt.
Figur 3b zeigt einen Längsschnitt durch die längere Achse der Ellipsenform . Das zu messende Medium strömt erfindungsgemäß als in der
Zeichenebene bzw. parallel dazu um das Mantelthermoelement 12, 14 herum.
In der Draufsicht 3c von der kalten Seite sind die elektrischen Anschlüsse sowie die doppelt kreisrunde Ausgestaltung und die Aussparung für die Positionsausrichtung zu sehen.
In der perspektivischen Ansicht in Figur 3e ist der Hochtemperatursensor 30 von der heißen Seite gezeigt, wobei ebenfalls die eckige Aussparung 32a zu sehen ist.

Claims

Ansprüche
1. Hochtemperatursensor (10) mit
- einem Sensorelement (12) mit einem zur heißen Seite ( 10a) orientierten Messabschnitt und
- einer um das Sensorelement ( 12) herum angeordneten Befestigu ngsvorrichtung,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Befestigungsvorrichtung aufweist:
- ein Befestigungselement (22) zur Befestigung des Hochtemperatursensors ( 10) in einer Aufnahme, insbesondere eine Schraube oder eine Mutter, und
- einen Befestigungsbund (20), der relativ zum Befestigungselement (22) auf der hei ßen Seite des Hochtemperatursensors (10) angeordnet und der zum Befestigungselement (22) thermisch entkoppelt ist.
2. Hochtemperatursensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wirmewiderstand zwischen Befestigu ngselement (22) und
Befestigungsbund (20) mehr als 100 K/W, insbesondere mehr als 1000 K/W beträgt.
3. Hochtemperatursensor nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (22) und der Befestigungsbund (20) aneinander anliegen, wobei die Anlagefläche auf ein Minimum reduziert ist, insbesondere weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 2% der maximalen Querschnittsfläche des Befestig ungselements (22) aufweist. , Hochtemperatursensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Befestigungsbund (20) am Sensorelement (12) befestigt ist, , Hochtemperatursensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen Befestigu ngselement (22) und ßefestigungsbund (20) ein Entkopplungs-Element (26) mit geringem Wirmeleitkoeffizient, insbesondere mit einer Wirmeieitfihigkeit von weniger als 20 W/mK bei 1000°C, vorzugsweise geringer als 5 W/mK bei 1000°C, angeordnet ist, , Hochtemperatursensor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Entkopptungs- Element (26) aus Keramik besteht. , Hochtemperatursensor nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Entkopplungs-Element (26) scheibenförmig ist, insbesondere dass das Entkoppl u ngs-Element (26) eine Unterlegscheibe ist, , Hochtemperatursensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch geken nzeich net, dass
das Entkoppl ungs-Element (26) ei ne Druckschraube oder eine Überwurfm utter ist.
9. Hochtemperatursensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Hochtemperatursensor (10) eine Schutzhülle (14) aufweist, die das Sensorelement (12) zumindest teilweise umgibt.
10. Hochtemperatursensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Stabilisierungs- und Befestigungshülse um das Sensorelement (12) und/oder um die Schutzhülle (14) angeordnet und an dem Befestigungselement befestigt, insbesondere verschweißt, ist.
EP13763239.4A 2012-09-17 2013-09-16 Thermische entkopplung der befestigung eines hochtemperatursensors in einer aufnahme Withdrawn EP2895831A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202012103536 2012-09-17
PCT/EP2013/069157 WO2014041169A2 (de) 2012-09-17 2013-09-16 Thermische entkopplung der befestigung eines hochtemperatursensors in einer aufnahme

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Publication Number Publication Date
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