WO2019154603A1 - Temperatursensor - Google Patents

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WO2019154603A1
WO2019154603A1 PCT/EP2019/051160 EP2019051160W WO2019154603A1 WO 2019154603 A1 WO2019154603 A1 WO 2019154603A1 EP 2019051160 W EP2019051160 W EP 2019051160W WO 2019154603 A1 WO2019154603 A1 WO 2019154603A1
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WO
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temperature sensor
ring
sensor
sensor element
housing
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/051160
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English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Bard
Wolfgang Grundmann
Wolfgang Schatz
Abraham Kho
Original Assignee
Tdk Electronics Ag
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Publication date
Application filed by Tdk Electronics Ag filed Critical Tdk Electronics Ag
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Priority to US16/967,010 priority patent/US20210033473A1/en
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    • 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
    • G01K1/16—Special arrangements for conducting heat from the object to the sensitive element
    • 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
    • G01K1/16—Special arrangements for conducting heat from the object to the sensitive element
    • G01K1/18—Special arrangements for conducting heat from the object to the sensitive element for reducing thermal inertia
    • 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
    • G01K1/08—Protective devices, e.g. casings
    • G01K1/12—Protective devices, e.g. casings for preventing damage due to heat overloading

Definitions

  • the present invention relates to a temperature sensor.
  • temperature sensors which have a wired NTC resistor, which is connected via a heat-conductive casting or a thermal grease to a housing.
  • the material of the encapsulation or the thermal compound must be chosen such that it is not electrically conductive.
  • the potting materials available on the market have a limited thermal conductivity. Due to the limited thermal conductivity are one
  • Temperature sensor also limited.
  • the response of the temperature sensor can be characterized in particular by its reaction time, i. the time that passes until one
  • Temperature change or a change in resistance is measured by the sensor can be determined.
  • the object of the present invention is to provide an improved temperature sensor. For example, it should be possible to be able to influence a response of the temperature sensor in the desired manner.
  • the temperature sensor further comprises a ring which surrounds the sensor element and which is covered by the sheath.
  • the sensor element may be a wired NTC element.
  • the sensor element may have a sensor head, consisting of an NTC material and supply lines, which are connected to the sensor head and via which an electrical voltage can be applied to the sensor head.
  • the material of the enclosure may be chosen such that it is not electrically conductive to avoid a short circuit of the sensor element.
  • a thermal conductivity of the material of the envelope influences the reaction rate of the temperature sensor.
  • the enclosure may have been made of a potting material or a thermal grease.
  • the ring surrounds the sensor element and is covered by the enclosure.
  • the ring may have a thermal conductivity that differs from the thermal conductivity of the envelope. This allows the thermal conductivity of the elements that make up the
  • Surrounded sensor element - ie the envelope, the ring and optionally a housing - are adapted by a suitable choice of the material of the ring to requirements of a system environment.
  • a suitable choice of the material of the ring it may be possible by a suitable choice of the material of the ring, a
  • reaction rate and thus the response of the temperature sensor can be adjusted by the ring.
  • the above-described design-related limitations of the reaction speed of the temperature sensor can be at least softened by the ring disposed within the enclosure.
  • the ring can form an additional mechanical protection for the sensor element.
  • the Ring a contact point where the leads to the
  • Sensor head are attached, mechanically protect. As a result, the ring can prevent the leads from being damaged during installation of the sensor element in a housing.
  • Damage to the supply lines could, for example, be caused by kinking or compression of the supply lines during installation.
  • the sensor element, the ring and the sheath can be any sensor element, the ring and the sheath.
  • the housing may be sleeve-shaped.
  • the housing may be made of a metallic material.
  • the housing may provide mechanical protection for the sensor element.
  • the material of the housing may have a high thermal conductivity to quickly change the ambient temperature to the sensor element
  • the sensor element can be connected to the housing via an enclosure.
  • the envelope and the sensor element can be arranged inside the housing.
  • Sensor element can by the enclosure to the housing
  • the ring can have a higher thermal conductivity than that
  • a Christsgeschwin speed of the temperature sensor can be increased compared to a temperature sensor having no such ring.
  • a faster reaction speed can improve the measurement accuracy improve the temperature sensor.
  • Temperature sensor with a fast reaction speed to be well suited to be combined with a control unit, which also has a fast reaction speed and therefore a short response.
  • the ring may comprise a ceramic material or consist of the ceramic material. Ceramic materials have a high thermal conductivity and accordingly can contribute to a short reaction rate of the
  • the ceramic material may be, for example, alumina or zirconia.
  • the ring has a lower thermal conductivity than the cladding. This may allow the elements of the sensor surrounding the sensor element, ie the housing, the cladding and the ring, to have an overall thermal conductivity which is lower than would be the case with a temperature sensor which does not have a corresponding ring. As a result, the reaction speed of the temperature sensor can be slowed down since temperature changes of an ambient temperature can be forwarded to the sensor element less quickly.
  • Temperature sensor is advantageous in applications in which the temperature sensor is combined with a control unit, which also has a slow reaction rate
  • reaction rates of the temperature sensor and the control unit should be as good as possible
  • the material of the ring may for example comprise a plastic or consist of the plastic.
  • Plastic has a low thermal conductivity compared to conventional potting materials. Accordingly, the response of the temperature sensor can be slowed by the ring having a plastic or made of plastic.
  • the ring may be secured by the enclosure to the sensor element.
  • the ring and the sensor element can be secured by the ring and the sensor element.
  • the ring can be plugged in a mounting of the temperature sensor on the sensor element. Only by forming the envelope, for example from a potting or a thermal paste, the ring is finally attached to the sensor element.
  • the ring and the sensor element can be two separate components, during assembly of the
  • Temperature sensor is selected in each case a suitable ring whose material adjusts the reaction rate of the temperature sensor in the desired manner. It is possible to construct two temperature sensors using the same housing, an identical enclosure, and identical sensor elements, which are only used in the
  • the ring may partially cover a lead of the sensor element.
  • the ring may in particular cover a contact point of the sensor element with the supply line.
  • Sensor element may be a wired NTC resistor.
  • the sensor element may have thin long wires as leads, the risk of damage to these leads during the manufacturing process consists. Through the ring, the leads can be additionally protected against mechanical damage, for example by buckling or compression.
  • the enclosure may be made of a thermal grease.
  • the enclosure may have a heat conductive potting.
  • the temperature sensor may be a
  • Temperature sensor for use in small appliances in household technology, in the automotive sector or in the
  • Heating technology is.
  • the present invention relates
  • Invention an arrangement comprising a temperature sensor and a control unit which is connected to the temperature sensor.
  • the temperature sensor may in particular be the temperature sensor described above.
  • the control unit can control, for example, a control loop.
  • the temperature determined by the temperature sensor can be taken into account as input by the control unit.
  • the control unit can send out control signals that depend on the temperature determined by the temperature sensor. If a size of the control loop is changed by the control unit, this can change a temperature. This temperature change can in turn be determined by the temperature sensor and transmitted to the control unit. In this way, the control unit can be configured to permanently regulate a temperature and adjust it in the desired manner. It is for an optimal
  • Control unit required that the temperature sensor and the control unit have as identical as possible response. Therefore, since the response of the temperature sensor can be adapted to the response of the control unit. An adaptation of the response of the temperature sensor can in particular by a suitable choice of
  • FIG. 1 shows a cross section through a temperature sensor.
  • FIG. 2 shows a temperature sensor in a perspective view.
  • FIG. 1 shows a cross section through a temperature sensor 1.
  • the temperature sensor 1 has a sensor element 2.
  • the sensor element 2 is an NTC element.
  • the sensor element 2 is a wired NTC element.
  • the sensor element 2 has a sensor head 2a, which consists of an NTC material, and feed lines 2b, 2c.
  • the leads 2b, 2c are thin long wires.
  • the sensor head 2a is connected to two supply lines 2b, 2c, via an electrical voltage can be applied to the sensor head 2a.
  • the sensor element 2 is arranged in a housing 3.
  • the housing 3 is sleeve-shaped.
  • the housing 3 has a
  • Housing 3 has a high thermal conductivity and is therefore well suited for use in a temperature sensor 1.
  • the material of the housing 3 also has an electrical conductivity, so that a contact between the sensor element 2 and the housing 3 must be prevented in order to enable a high dielectric strength of the sensor element 2 and to avoid a short circuit.
  • the housing 3 has a front end 3a and a rear end 3b opposite to the front end 3a.
  • the housing 3 is closed at its front end 3a.
  • the sensor head 2a is disposed inside the housing 3 and near the front end 3a of the housing 3.
  • the leads 2b, 2c extend out of the rear end 3b of the housing.
  • the temperature sensor 1 also has an enclosure 4, which surrounds the sensor element 2.
  • the envelope 4 is arranged inside the housing 3.
  • the enclosure 4 surrounds the sensor head 2a and a part of the supply lines 2b, 2c, which is fastened directly to the sensor head 2a.
  • a rear part of the supply lines 2b, 2c facing away from the sensor head 2a is not surrounded by the casing 4.
  • the sheath 4 may be a potting compound or a thermal compound.
  • the sensor element 2 and the enclosure 4 are arranged within the housing 3.
  • the sensor element 2 is connected via the enclosure 4 with the housing 3 and secured within the housing 3.
  • the material of the sheath 4 is not electrically conductive to a short circuit of the sensor
  • the material of the sheath 4 should have a high thermal conductivity to
  • the temperature sensor 1 has a ring 5, which surrounds the sensor element 2.
  • the ring encloses 5 contact points 6, to which the leads 2b, 2c are attached to the sensor head 2a.
  • the ring 5 partially overlaps with the sensor head 2a.
  • the material of the ring 5 influences the thermal conductivity of the temperature sensor 1. From the thermal conductivity of the
  • the unit comprising housing 3, enclosure 4 and ring 5 has a low overall thermal conductivity, then this results a slow reaction rate of the temperature sensor 1, since temperature changes can not be passed quickly to the sensor element 2.
  • the reaction speed of the temperature sensor 1 it is thus possible to set the reaction speed of the temperature sensor 1 in a desired manner.
  • the ring 5 may for example consist of a ceramic material whose thermal conductivity is greater than that
  • Reaction rate of the temperature sensor 1 are increased compared to a temperature sensor, the no
  • ceramic material may for example be in a range between 3 W / mK to 40 W / mK.
  • Material may be, for example, alumina
  • the ring 5 may be made of a material whose thermal conductivity is lower than the heat conductivity of the sheath 4.
  • the material of the ring 5 may for example comprise a plastic.
  • Material of the ring 5 may for example be between 0.15 W / mK and 0.5 W / mK.
  • the ring 5 can also improve the dielectric strength of the temperature sensor 1.
  • Enclosure 4 there is a risk that the sensor element 2 is damaged.
  • the supply lines 2b, 2c may be compressed or kinked if the sensor element 2 is inserted too deeply into the sleeve-shaped housing 3 filled with the material for the casing 4.
  • the load capacity of the leads 2b, 2c can be limited when a high voltage is applied. If the leads 2b, 2c are bent or compressed during assembly in such a way that they come into contact with an inner side of the housing 3, a short circuit may occur.
  • the ring 5 can be plugged onto the sensor element 2 before the sensor element 2 is installed in the housing.
  • the ring 5 covers the contact points 6 of the supply lines 2b, 2c with the sensor head 2a. Accordingly, the ring 5 protects a mechanical weak point of the
  • the ring can prevent kinking or compression of the leads 2b, 2c during installation of the sensor element 2 in the housing 3 filled with the material of the enclosure 4. As a result, the ring 5 can ensure that the sensor element 2 can be subjected to a high voltage and thus improve the electrical strength of the temperature sensor 1.
  • the wrapper 4 may be in the form of a liquid or paste
  • the ring 5 is held by friction forces on the sensor element 2.
  • the ring 5 is not permanently attached to the sensor element 2 at this time.
  • the sensor element 2 is inserted so far into the housing 3, that at least the sensor head 2a and the ring 5 are completely covered by the material of the enclosure 4. Then the material of the envelope 4 is cured.
  • FIG. 2 shows the temperature sensor 1 in a perspective view.
  • the temperature sensor 1 is a temperature sensor.
  • a plug 7 is arranged, via which the temperature sensor 1 can be connected, for example, with a control unit.
  • Temperature sensor 1 can be used in small household appliances, in the automotive sector or in heating technology.
  • the reaction speed of the temperature sensor 1 can be desired
  • the control unit may be the control of a control loop.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Temperatursensor (1), aufweisend ein Sensorelement (2) und eine Umhüllung (4), die das Sensorelement (2) umgibt, wobei der Temperatursensor (1) ferner einen Ring (5) aufweist, der das Sensorelement (2) umgibt und der von der Umhüllung (4) bedeckt ist.

Description

Beschreibung
TEMPERATURSENSOR
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Temperatursensor.
Üblich sind Temperatursensoren, die eine bedrahteten NTC- Widerstand aufweisen, der über einen wärmeleitenden Verguss oder eine Wärmeleitpaste mit einem Gehäuse verbunden ist. Das Material des Vergusses beziehungsweise der Wärmeleitpaste muss derart gewählt sein, dass es nicht elektrisch leitfähig ist. Die auf dem Markt erhältlichen derartigen Verguss materialien weisen eine begrenzte Wärmeleitfähigkeit auf. Aufgrund der begrenzten Wärmeleitfähigkeit sind eine
Reaktionszeit und damit das Ansprechverhalten des
Temperatursensors ebenfalls beschränkt. Das Ansprechverhalten des Temperatursensors kann dabei insbesondere durch seine Reaktionszeit, d.h. die Zeit die vergeht, bis eine
Temperaturänderung bzw. eine Widerstandsänderung von dem Sensor gemessen wird, bestimmt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen verbesserten Temperatursensor bereitzustellen. Beispielsweise soll es ermöglicht werden, ein Ansprechverhalten des Temperatur sensors in gewünschter Weise beeinflussen zu können.
Es wird ein Temperatursensor vorgeschlagen, der ein
Sensorelement und eine Umhüllung, die das Sensorelement umgibt, aufweist, wobei der Temperatursensor ferner einen Ring aufweist, der das Sensorelement umgibt und der von der Umhüllung bedeckt ist. Bei dem Sensorelement kann es sich um ein bedrahtetes NTC- Element handeln. Das Sensorelement kann einen Sensorkopf, bestehend aus einem NTC-Material und Zuleitungen aufweisen, die mit dem Sensorkopf verbunden sind und über die eine elektrische Spannung an dem Sensorkopf angelegt werden kann.
Das Material der Umhüllung kann derart gewählt sein, dass es nicht elektrisch leitfähig ist, um einen Kurzschluss des Sensorelements zu vermeiden. Eine Wärmeleitfähigkeit des Materials der Umhüllung beeinflusst die Reaktionsgeschwin digkeit des Temperatursensors. Die Umhüllung kann aus einem Vergussmaterial oder einer Wärmeleitpaste gefertigt worden sein .
Der Ring umgibt das Sensorelement und ist von der Umhüllung bedeckt. Der Ring kann eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die von der Wärmeleitfähigkeit der Umhüllung abweicht. Dadurch kann die Wärmeleitfähigkeit der Elemente, die das
Sensorelement umgeben - also der Umhüllung, des Rings und gegebenenfalls eines Gehäuses - durch eine geeignete Wahl des Materials des Rings an Anforderungen einer Systemumgebung angepasst werden. Insbesondere kann es durch eine geeignete Wahl des Materials des Rings ermöglicht werden, eine
Wärmeleitfähigkeit dieser Materialien zu erhöhen oder zu verringern. Dadurch kann die Reaktionsgeschwindigkeit und somit das Ansprechverhalten des Temperatursensors durch den Ring angepasst werden. Die oben beschriebenen konstruktions bedingten Beschränkungen der Reaktionsgeschwindigkeit des Temperatursensors können durch den innerhalb der Umhüllung angeordneten Ring zumindest aufgeweicht werden.
Darüber hinaus kann der Ring einen zusätzlichen mechanischen Schutz für das Sensorelement ausbilden. Insbesondere kann der Ring eine Kontaktstelle, an der die Zuleitungen an dem
Sensorkopf befestigt sind, mechanisch schützen. Dadurch kann der Ring verhindern, dass die Zuleitungen beim Einbau des Sensorelementes in ein Gehäuse beschädigt werden.
Beschädigungen der Zuleitungen könnten beispielsweise durch ein Abknicken oder Stauchen der Zuleitungen beim Einbau entstehen. Dadurch, dass der Ring die Zuleitungen mechanisch schützen kann, kann der Ring die elektrische Spannungs festigkeit des Temperatursensors verbessern. Zuleitungen, die keine Stauchung oder Knickung erfahren haben, können mit höheren elektrischen Spannungen beaufschlagt werden.
Das Sensorelement, der Ring und die Umhüllung können
innerhalb eines Gehäuses angeordnet sein. Das Gehäuse kann hülsenförmig sein. Das Gehäuse kann aus einem metallischen Material bestehen. Das Gehäuse kann einen mechanischen Schutz für das Sensorelement darstellen. Das Material des Gehäuses kann eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um eine Änderung der Umgebungstemperatur schnell an das Sensorelement
weitergeben zu können.
Das Sensorelement kann über eine Umhüllung mit dem Gehäuse verbunden sein. Die Umhüllung und das Sensorelement können dabei innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Das
Sensorelement kann durch die Umhüllung an dem Gehäuse
befestigt werden.
Der Ring kann eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die
Umhüllung aufweisen. Dementsprechend kann durch die Anordnung des Rings innerhalb der Umhüllung eine Reaktionsgeschwin digkeit des Temperatursensors erhöht werden gegenüber einem Temperatursensor, der keinen derartigen Ring aufweist. Eine schnellere Reaktionsgeschwindigkeit kann die Messgenauigkeit des Temperatursensors verbessern. Insbesondere kann ein
Temperatursensor mit einer schnellen Reaktionsgeschwindigkeit gut geeignet sein, um mit einer Steuereinheit kombiniert zu werden, die ebenfalls eine schnelle Reaktionsgeschwindigkeit und dementsprechend ein kurzes Ansprechverhalten aufweist.
Der Ring kann ein keramisches Material aufweisen oder aus dem keramischen Material bestehen. Keramische Materialien weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und können dementsprechend dazu beitragen eine kurze Reaktionsgeschwindigkeit des
Sensors zu ermöglichen. Bei dem keramischen Material kann es sich beispielsweise um Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid handeln .
In einem alternativen Ausführungsbeispiel weist der Ring eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die Umhüllung auf. Dadurch kann es ermöglicht werden, dass die Elemente des Sensors, die das Sensorelement umgeben, also das Gehäuse, die Umhüllung und der Ring eine Gesamtwärmeleitfähigkeit aufweisen, die geringer ist als dies bei einem Temperatursensor der Fall wäre, der keinen entsprechend Ring aufweist. Dadurch kann die Reaktionsgeschwindigkeit des Temperatursensors verlangsamt werden, da Temperaturänderungen einer Umgebungstemperatur weniger schnell an das Sensorelement weitergeleitet werden können .
Eine Verlangsamung der Reaktionsgeschwindigkeit des
Temperatursensors ist bei Anwendungen vorteilhaft, bei denen der Temperatursensor mit einer Steuereinheit kombiniert wird, die ebenfalls eine langsame Reaktionsgeschwindigkeit
aufweist. Die Reaktionsgeschwindigkeiten des Temperatur sensors und der Steuereinheit sollten möglichst gut
aneinander angeglichen sein. Das Material des Rings kann beispielsweise einen Kunststoff aufweisen oder aus dem Kunststoff bestehen. Kunststoff weist im Vergleich zu üblichen Vergussmaterialien eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Dementsprechend kann durch den Ring, der einen Kunststoff aufweist oder aus Kunststoff besteht, das Ansprechverhalten des Temperatursensors verlangsamt werden .
Der Ring kann durch die Umhüllung an dem Sensorelement befestigt sein. Der Ring und das Sensorelement können
insbesondere separat Bauelemente sein. Der Ring kann bei einer Montage des Temperatursensors auf das Sensorelement aufgesteckt werden. Erst durch das Bilden der Umhüllung, beispielsweise aus einem Verguss oder einer Wärmeleitpaste, wird der Ring endgültig an dem Sensorelement befestigt.
Da der Ring und das Sensorelement zwei voneinander getrennte Bauelemente sein können, kann bei der Montage des
Temperatursensors jeweils ein geeigneter Ring ausgewählt werden, dessen Material die Reaktionsgeschwindigkeit des Temperatursensors in gewünschter Weise einstellt. Es ist möglich, zwei Temperatursensoren zu konstruieren, bei denen das gleiche Gehäuse, eine identische Umhüllung und identische Sensorelemente verwendet werden und die sich nur in dem
Material der Ringe voneinander unterscheiden. Zwei derartige Temperatursensoren weisen ein unterschiedliches
Ansprechverhalten auf. Dementsprechend lassen sich
voneinander unterschiedliche Temperatursensoren derart hersteilen, dass sehr viele Fertigungsschritte
übereinstimmen. Auf diese Weise kann die Herstellung der Temperatursensoren in sehr effizienter Weise durchgeführt werden . Der Ring kann eine Zuleitung des Sensorelements teilweise bedecken. Der Ring kann insbesondere eine Kontaktstelle des Sensorelements mit der Zuleitung bedecken. Bei dem
Sensorelement kann es sich um einen bedrahteten NTC- Widerstand handeln. Dabei kann das Sensorelement dünne lange Drähte als Zuleitungen aufweisen, wobei die Gefahr einer Beschädigung dieser Zuleitungen während des Herstellungs prozesses besteht. Durch den Ring können die Zuleitungen zusätzlich vor mechanischer Beschädigung, beispielsweise durch Knicken oder Stauchen, geschützt werden.
Die Umhüllung kann aus einer Wärmeleitpaste gefertigt sein. Alternativ kann die Umhüllung einen wärmeleitenden Verguss aufweist .
Bei dem Temperatursensor kann es sich um einen
Temperaturfühler für den Einsatz in Kleingeräten in der Haushaltstechnik, im Automobilbereich oder in der
Heizungstechnik handelt.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende
Erfindung eine Anordnung die einen Temperatursensor und eine Steuereinheit aufweist, die mit dem Temperatursensor verbunden ist. Bei dem Temperatursensor kann es sich dabei insbesondere um den oben beschriebenen Temperatursensor handeln .
Die Steuereinheit kann beispielsweise einen Regelkreis steuern. Die von dem Temperatursensor ermittelte Temperatur kann als Eingangsgröße von der Steuereinheit berücksichtigt werden. Insbesondere kann die Steuereinheit Steuersignale aussenden, die von der von dem Temperatursensor ermittelten Temperatur abhängt. Wird von der Steuereinheit eine Größe des Regelkreises verändert, kann sich dadurch eine Temperatur ändern. Diese Temperaturänderung kann wiederum von dem Temperatursensor ermittelt werden und an die Steuereinheit übermittelt werden. Auf diese Weise kann die Steuereinheit dazu ausgestaltet sein, eine Temperatur dauerhaft zu regeln und in gewünschter Weise einzustellen. Dabei ist es für eine optimale
Zusammenarbeit zwischen dem Temperatursensor und der
Steuereinheit erforderlich, dass der Temperatursensor und die Steuereinheit ein möglichst identisches Ansprechverhalten aufweisen. Daher kann da Ansprechverhalten des Temperatur sensors an das Ansprechverhalten der Steuereinheit angepasst sein. Eine Anpassung des Ansprechverhaltens des Temperatur sensors kann insbesondere durch eine geeignete Wahl des
Materials des Rings erreicht werden.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren beschrieben.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Temperatursensor.
Figur 2 zeigt einen Temperatursensor in einer perspektivi schen Ansicht.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Temperatursensor 1. Der Temperatursensor 1 weist ein Sensorelement 2 auf. Bei dem Sensorelement 2 handelt es sich um ein NTC-Element.
Insbesondere handelt es sich um ein bedrahtetes NTC-Element. Das Sensorelement 2 weist einen Sensorkopf 2a, der aus einem NTC-Material besteht, und Zuleitungen 2b, 2c auf. Bei den Zuleitungen 2b, 2c handelt es sich um dünne lange Drähte. Der Sensorkopf 2a ist mit zwei Zuleitungen 2b, 2c verbunden, über die eine elektrische Spannung an den Sensorkopf 2a angelegt werden kann.
Das Sensorelement 2 ist in einem Gehäuse 3 angeordnet. Das Gehäuse 3 ist hülsenförmig. Das Gehäuse 3 weist ein
metallisches Material auf. Das metallische Material des
Gehäuses 3 weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und ist dementsprechend gut für den Einsatz in einem Temperatursensor 1 geeignet. Allerdings weist das Material des Gehäuses 3 auch eine elektrische Leitfähigkeit auf, sodass ein Kontakt zwischen dem Sensorelement 2 und dem Gehäuse 3 verhindert werden muss, um eine hohe elektrische Spannungsfestigkeit des Sensorelementes 2 zu ermöglichen und einen Kurzschluss zu vermeiden .
Das Gehäuse 3 weist ein vorderes Ende 3a und ein hinteres Ende 3b, das dem vorderen Ende 3a gegenüberliegt auf. Das Gehäuse 3 ist an seinem vorderen Ende 3a geschlossen. Der Sensorkopf 2a ist innerhalb des Gehäuses 3 und nahe dem vorderen Ende 3a des Gehäuses 3 angeordnet. Die Zuleitungen 2b, 2c erstrecken sich aus dem hinteren Ende 3b des Gehäuses heraus .
Der Temperatursensor 1 weist ferner eine Umhüllung 4 auf, die das Sensorelement 2 umgibt. Die Umhüllung 4 ist innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet. Insbesondere umgibt die Umhüllung 4 den Sensorkopf 2a und einen Teil der Zuleitungen 2b, 2c, der unmittelbar am Sensorkopf 2a befestigt ist. Ein hinterer Teil der Zuleitungen 2b, 2c, der vom Sensorkopf 2a weg weist, ist von der Umhüllung 4 nicht umgeben.
Bei der Umhüllung 4 kann es sich um einen Verguss oder um eine Wärmeleitpaste handeln. Das Sensorelement 2 und die Umhüllung 4 sind innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet. Das Sensorelement 2 wird dabei über die Umhüllung 4 mit dem Gehäuse 3 verbunden und innerhalb des Gehäuses 3 befestigt. Das Material der Umhüllung 4 ist nicht elektrisch leitfähig, um einen Kurzschluss des Sensor
elementes 2 zu verhindern. Das Material der Umhüllung 4 sollte eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um
Temperaturänderungen gut an das Sensorelement 2 weitergeben zu können.
Ferner weist der Temperatursensor 1 einen Ring 5 auf, der das Sensorelement 2 umschließt. Insbesondere umschließt der Ring 5 Kontaktstellen 6, an denen die Zuleitungen 2b, 2c an dem Sensorkopf 2a befestigt sind. Der Ring 5 überlappt teilweise mit dem Sensorkopf 2a.
Das Material des Rings 5 beeinflusst die Wärmeleitfähigkeit des Temperatursensors 1. Von der Wärmeleitfähigkeit des
Temperatursensors 1 ist die Reaktionsgeschwindigkeit des Temperatursensors 1 unmittelbar abhängig. Weisen das Gehäuse 3, die Umhüllung 4 und der Ring 5 eine hohe Gesamtwärmeleit fähigkeit auf, so können Temperaturänderungen sehr schnell an das Sensorelement 2 weitergegeben werden und es ergibt sich eine kurze Reaktionsgeschwindigkeit des Temperatursensors 1. Als „Gesamtwärmeleitfähigkeit" wird hierbei die Wärmeleit fähigkeit bezeichnet, die sich für die Einheit bestehend aus dem Gehäuse 3, der Umhüllung 4 und dem Ring 5 ergibt, wobei die Gesamtwärmeleitfähigkeit bestimmt wird durch die
Wärmeleitfähigkeiten und die Materialmengen des Gehäuses 3, der Umhüllung 4 und des Rings 5.
Weist dagegen die Einheit aus Gehäuse 3, Umhüllung 4 und Ring 5 eine geringe Gesamtwärmeleitfähigkeit auf, so ergibt sich eine langsame Reaktionsgeschwindigkeit des Temperatursensors 1, da Temperaturänderungen nicht schnell an das Sensorelement 2 weitergegeben werden können. Durch eine geeignete Wahl des Materials des Ringes ist es somit möglich, die Reaktions geschwindigkeit des Temperatursensors 1 in einer gewünschten Weise einzustellen.
Der Ring 5 kann beispielsweise aus einem keramischen Material bestehen, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als die
Wärmeleitfähigkeit der Umhüllung 4. Dadurch kann die
Reaktionsgeschwindigkeit des Temperatursensors 1 erhöht werden gegenüber einem Temperatursensor, der keinen
derartigen Ring aufweist. Die Wärmeleitfähigkeit des
keramischen Materials kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 3 W/mK bis 40 W/mK liegen. Bei dem keramischen
Material kann es sich beispielsweise um Aluminiumoxid,
Zirkoniumoxid oder andere keramische Materialien handeln.
Alternativ kann der Ring 5 aus einem Material bestehen, dessen Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die Wärmeleit fähigkeit der Umhüllung 4. Dadurch kann die Reaktionsge schwindigkeit des Temperatursensors 1 verlangsamt werden gegenüber einem Temperatursensor, der keinen derartigen Ring 5 aufweist. Das Material des Rings 5 kann beispielsweise einen Kunststoff aufweisen. Die Wärmeleitfähigkeit des
Materials des Rings 5 kann beispielsweise zwischen 0,15 W/mK und 0,5 W/mK liegen.
Neben der Anpassung der Reaktionsgeschwindigkeit des
Temperatursensors 1 in einer gewünschten Weise, kann der Ring 5 auch die Spannungsfestigkeit des Temperatursensors 1 verbessern. Bei dem Einbau des Sensorelementes 2 in die
Umhüllung 4 besteht die Gefahr, dass das Sensorelement 2 beschädigt wird. Insbesondere können die Zuleitungen 2b, 2c gestaucht oder geknickt werden, falls das Sensorelement 2 zu tief in das mit dem Material für die Umhüllung 4 befüllte hülsenförmige Gehäuse 3 eingeführt wird. Dadurch kann die Belastbarkeit der Zuleitungen 2b, 2c bei Anlegen einer hohen Spannung eingeschränkt werden. Wenn die Zuleitungen 2b, 2c bei der Montage derart abgeknickt oder gestaucht werden, dass sie mit einer Innenseite des Gehäuses 3 in Kontakt treten, kann es zu einem Kurzschluss kommen.
Um ein mechanisches Beschädigen der Zuleitungen 2b, 2c beim Einbau des Sensorelementes 2 in das Gehäuse 3 zu verhindern, kann der Ring 5 auf das Sensorelement 2 aufgesteckt werden, bevor das Sensorelement 2 in das Gehäuse eingebaut wird.
Dabei bedeckt der Ring 5 insbesondere die Kontaktstellen 6 der Zuleitungen 2b, 2c mit dem Sensorkopf 2a. Dementsprechend schützt der Ring 5 eine mechanische Schwachstelle des
Sensorelements 2. Der Ring kann das Abknicken oder Stauchen der Zuleitungen 2b, 2c beim Einbau des Sensorelements 2 in das mit dem Material der Umhüllung 4 gefüllte Gehäuse 3 verhindern. Dadurch kann der Ring 5 sicherstellen, dass das Sensorelement 2 mit einer hohen Spannung beaufschlagt werden kann und auf diese Weise die elektrische Spannungsfestigkeit des Temperatursensors 1 verbessern.
Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren des Temperatur sensors 1 beschrieben:
Die Umhüllung 4 kann als flüssiges oder pastenförmiges
Material in das Gehäuse 3 eingefüllt werden. Anschließend wird das Sensorelement 2, auf das der Ring 5 bereits
aufgesteckt ist, in das Gehäuse 3 eingeführt. Der Ring 5 wird dabei durch Reibungskräfte an dem Sensorelement 2 gehalten. Der Ring 5 ist zu diesem Zeitpunkt nicht unlösbar an dem Sensorelement 2 befestigt.
Das Sensorelement 2 wird soweit in das Gehäuse 3 eingeführt, dass zumindest der Sensorkopf 2a und der Ring 5 vollständig von dem Material der Umhüllung 4 bedeckt sind. Dann wird das Material der Umhüllung 4 ausgehärtet.
Figur 2 zeigt den Temperatursensor 1 in einer perspektivi schen Ansicht. Bei dem Temperatursensor 1 handelt es sich um einen Temperaturmessfühler. An einem von dem Sensorkopf 2a abgewandten Ende der Zuleitungen 2b, 2c ist ein Stecker 7 angeordnet, über den der Temperatursensor 1 beispielsweise mit einer Steuereinheit verbunden werden kann. Der
Temperatursensor 1 kann in Kleingeräten der Haushaltstechnik, im Automobilbereich oder in der Heizungstechnik eingesetzt werden .
Durch die Verwendung des Rings 5, der das Sensorelement 2 umgibt, kann wie oben beschrieben die Reaktionsgeschwin digkeit des Temperatursensors 1 in gewünschter Weise
eingestellt werden. Insbesondere kann die Reaktionsge
schwindigkeit derart eingestellt werden, dass sie an die Reaktionsgeschwindigkeit der Steuerungseinheit angepasst ist. Bei der Steuerungseinheit kann es sich um die Steuerung eines Regelkreises handeln. BezugsZeichen
1 Temperatursensor
2 Sensorelement 2a Sensorkopf 2b Zuleitung
2c Zuleitung
3 Gehäuse
3a vorderes Ende 3b hinteres Ende
4 Umhüllung
5 Ring
6 Kontaktstelle 7 Stecker

Claims

Patentansprüche
1. Temperatursensor (1), aufweisend
ein Sensorelement (2) und eine Umhüllung (4), die das Sensorelement (2) umgibt,
wobei der Temperatursensor (1) ferner einen Ring (5) aufweist, der das Sensorelement (2) umgibt und der von der Umhüllung (4) bedeckt ist.
2. Temperatursensor (1) gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei der Temperatursensor (1) ferner ein Gehäuse (3) aufweist, und
wobei das Sensorelement (2), der Ring (5) und die
Umhüllung (4) innerhalb des Gehäuses (3) angeordnet sind .
3. Temperatursensor (1) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche,
wobei der Ring (5) eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die Umhüllung (4) .
4. Temperatursensor (1) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche,
wobei der Ring (5) ein keramisches Material aufweist.
5. Temperatursensor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Ring (5) eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die Umhüllung (4) .
6. Temperatursensor (1) gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder
5,
wobei ein Material des Rings (5) einen Kunststoff aufweist .
7. Temperatursensor (1) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche,
wobei der Ring (5) durch die Umhüllung (4) an dem
Sensorelement (2) befestigt ist.
8. Temperatursensor (1) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche,
wobei der Ring (5) und das Sensorelement (2) separate Bauelemente sind.
9. Temperatursensor (1) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche,
wobei der Ring (5) auf das Sensorelement (2) aufgesteckt ist .
10. Temperatursensor (1) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche,
wobei der Ring (5) eine Zuleitung (2b, 2c) des
Sensorelements (2) teilweise bedeckt.
11. Temperatursensor (1) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche,
wobei das Sensorelement (2) einen Sensorkopf (2a) bestehend aus einem NTC-Material aufweist, und
wobei der Ring (5) eine Kontaktstelle (6) des
Sensorkopfs (2a) mit der Zuleitung (2b, 2c) bedeckt.
12. Temperatursensor (1) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche,
wobei die Umhüllung (4) aus einer Wärmeleitpaste
gefertigt ist, oder
wobei die Umhüllung (4) einen wärmeleitenden Verguss aufweist .
13. Temperatursensor (1) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche,
wobei es sich bei dem Temperatursensor (1) um einen Temperaturfühler für den Einsatz in Kleingeräten in der
Haushaltstechnik, im Automobilbereich oder in der Heizungstechnik handelt.
14. Anordnung aufweisend einen Temperatursensor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche und eine Steuereinheit, die mit dem Temperatursensor (1) verbunden ist.
15. Anordnung gemäß dem vorherigen Anspruch,
wobei ein Ansprechverhalten des Temperatursensors (1) an das Ansprechverhalten der Steuereinheit angepasst ist.
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