DE102005009927B4

DE102005009927B4 - Mantelthermoelement mit Ausgleichsleitung

Info

Publication number: DE102005009927B4
Application number: DE102005009927A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schlipf
Original assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Current assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2025-03-05
Also published as: DE102005009927A1

Abstract

Mantelthermoelement mit Ausgleichsleitungen, die an aus einer Schutzhülse herausgeführte Thermoschenkel angeschlossen sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Thermoschenkel (2, 3) zusammen mit dem Drahtende (4, 5) einer Ausgleichsleitung (6, 7) in sich gegenseitig übergreifender Lage jeweils in einer exzentrischen Axialbohrung (8, 9) eines von einer längeren Metallhülse (12, 12') umschlossenen Isolierstoffkörpers (10) positioniert und radial kontaktierend unter Querschnittsverformung verpresst ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mantelthermoelement mit Ausgleichsleitungen, die an aus einer Schutzhülse herausgeführte Thermoschenkel angeschlossen sind.
Bei Mantelthermoelementen der gattungsgemäßen Art, die einen kleinen Durchmesser (1 mm bis 2 mm) aufweisen, ist es erforderlich, mit den aus der Schutzhülse herausgeführten Endabschnitten der Thermoschenkel jeweils eine Ausgleichsleitung elektrisch leitend zu verbinden. Dabei ist sicherzustellen, dass diese Verbindungen stabil sind und dass durch äußere Einwirkungen auf die freien Teile der Ausgleichsleitungen keine Unterbrechungen oder Kurzschlüsse entstehen können.

Aus DE 1 987 404 U ist bereits ein Thermoelement-Einschraubpyrometer für die Abgastemperaturmessung von Diesel- und Gasmaschinen bekannt, bei dem in einem Schutzrohr aus hochtemperaturfestem Material ein Pyrometereinsatz untergebracht ist, dessen Elektroden mit den Ausgleichsleitungen verlötet und zur Verbesserung des Vibrationsschutzes in eine Hülse aus rostfreiem Stahl einzementiert sind.

Bei einem anderen bekannten Thermoelement (Patent Abstracts of Japan JP 2003270053 A) sind die Verbindungsstellen zwischen den Elektroden des Thermoelements und den Ausgleichsleitungen in einer umhüllenden, abgedichteten Muffe untergebracht. Die Art und Weise, wie die Elektroden des Thermoelements mit den Ausgleichsleitungen verbunden sind, ist diesem Dokument nicht zu entnehmen.

Das Gleiche gilt für den aus WO 97/32 188 A1 bekannten Thermofühler, bei dem die Ausgleichsleitungen in einem gegossenen Isolierkörper verlaufen, deren sensorseitige Enden mit den Elektroden des Thermoelements verbunden und in einem Teflon-Strumpf untergebracht sind.

Bei einem anderen bekannten Temperaturfühler ( US 6 286 995 B1 ) sind die Elektroden des Temperaturfühlerelements durch Schweißverbindungen mit Verbindungsdrähten verbunden, die ihrerseits durch Schweißverbindungen mit Ausgleichsleitungen in Verbindung stehen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, für ein Mantelthermoelement der eingangs genannten Art eine Ver bindung zwischen den Schenkeln des Thermopaares und den Ausgleichsleitungen zu schaffen, die bei Bewegungen der Ausgleichsleitungen Unterbrechungen oder Kurzschlüsse mit Sicherheit ausschließt.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass jeder Thermoschenkel zusammen mit dem Drahtende einer Ausgleichsleitung in sich gegenseitig übergreifender Lage jeweils in einer Axialbohrung eines von einer längeren Metallhülse umschlossenen Isolierstoffrohres positioniert und radial kontaktierend unter Querschnittsverformung verpresst ist.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung und die Verbindung der etwa 0,3 mm dicken Thermoschenkel mit den etwa 0,5 mm dicken Drahtenden der Ausgleichsleitungen wird nicht nur ein guter elektrischer Kontakt zwischen den miteinander zu verbindenden Teilen hergestellt, sondern es sind die jeweils miteinander verbundenen Teile des einen Leiterstranges auch gegenüber den miteinander verbundenen Teilen des anderen Leiterstranges elektrisch zuverlässig isoliert. Durch das Verpressen wird auch eine hohe Stabilität und zugleich auch ein wirksamer Schutz gegen äußere Einflüsse, die zu Unterbrechungen oder Kurzschlüssen führen könnten, erzielt.

Durch die weitere Ausgestaltung nach Anspruch 2 kann eine Verbesserung des elektrischen Kontaktes zwischen den miteinander zu verbindenden Teilen, nämlich den Thermoschenkeln einerseits und den Drahtenden der Ausgleichsleitungen andererseits, erzielt werden.

Der Isolierstoffkörper kann entweder gemäß Anspruch 3 aus einem imprägnierten Keramikwerkstoff oder gemäß Anspruch 4 aus einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff bestehen, sofern sich diese Stoffe durch Pressen querschnittsmäßig verformen lassen.

Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 5 wird die Montage, d.h. das Zusammenfügen der zu verbindenden Teile innerhalb der Metallhülse erleichtert.

Die gemäß Anspruch 6 vorgesehene Form der Metallhülse hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 7 verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit in die Metallhülse und somit auch in den Isolierstoffkörper, wobei ihre Ausgestaltung nach Anspruch 8 sich als vorteilhaft erwiesen hat.

Fertigungstechnisch vorteilhaft kann es auch sein, die Metallhülse gemäß Anspruch 9 aus zwei sich gegenseitig zentrierenden, axial zusammengefügten Hülsenteilen herzustellen.

Anhand der Zeichnung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
1 die Verbindungselemente für ein Mantelthermoelement mit Ausgleichsleitungen in noch nicht verpresstem Zustand im Schnitt;
2 eine Stirnansicht II aus 1;
3 in koaxialer Anordnung das Mantelthermoelement mit seinen beiden Thermoschenkeln und zwei Ausgleichsleitungen mit ihren Drahtenden, die mit den Thermoschenkeln zu verbinden sind;
4 die Metallhülse als Einzelteil im Schnitt;
5 den Isolierstoffkörper als Einzelteil im Schnitt;
6 eine Stirnansicht des Isolierstoffkörpers der 5;
7 die aus Kunststoff bestehende Einlage im Schnitt;
8 eine Stirnansicht der in 7 dargestellten Einlage;
9 eine zweiteilige Ausführungsform der Metallhülse im Schnitt.
Da sich das Thermoelement in einer Schutzhülse 1 befindet, wird es Mantelthermoelement genannt. Es besitzt zwei aus dieser Schutzhülse 1 stirnseitig herausgeführte, etwa 0,3 mm dicke Thermoschenkel 2 und 3, die elektrisch leitend, d.h. gut kontaktierend, mit den etwa 0,5 mm dicken Drahtenden 4 und 5 zweier Ausgleichsleitungen 6 und 7 zu verbinden sind.
Um eine stabile und gegen äußere Einflüsse unempfindliche, mechanische Verbindung zwischen den Thermoschenkeln 2 und 3 einerseits und den Drahtenden 4 und 5 andererseits zu erzielen, wird jeder Thermoschenkel 2 und 3 zusammen mit dem jeweils zugehörigen Drahtende 4 bzw. 5 der Ausgleichsleitungen 6 und 7 in sich gegenseitig übergreifender Lage in einer exzentrischen Axialbohrung 8 und 9 eines Isolierstoffkörpers 10 positioniert. Dieser Isolierstoffkörper 10 kann aus einem imprägnierten Keramikwerkstoff oder aus einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff, insbesondere aus Peek, bestehen. Dabei ist der Isolierstoffkörper 10 im zylindrischen Hohlraum 11 einer Metallhülse 12 positioniert. Dieser Hohlraum 11 schließt sich an eine koaxiale Axialbohrung 14 an, die in einem, im Durchmesser verjüngten Abschnitt 13 der Metallhülse 12 angeordnet ist. Diese Axialbohrung 14 ist auf den Durchmesser der Schutzhülse 1 abgestimmt und nimmt die Schutzhülse 1 des Mantelthermoelements zentrierend auf.
Dabei ragt die Schutzhülse 1 durch die Axialbohrung 14 hindurch annähernd bis in den Bereich des zylindrischen Hohlraumes 11, in dem sich der zylindrische, mit den zwei exzentrisch angeordneten, achsparallelen Axialbohrungen 8 und 9 versehene Isolierstoffkörper 10 befindet.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ragen dabei die Thermoschenkel 2 und 3 von der einen Stirnseite 15 her in die Axialbohrungen 8 und 9 und die Ausgleichsleitungen 6 und 7 mit ihren beiden Drahtenden 4 und 5 von der gegenüberliegenden Stirnseite 16 her in diese Axialbohrungen 8 und 9, so dass sich eine übergreifende Lage zwischen den Thermoschenkeln 2 und 3 einerseits und jeweils einem Drahtende 4 bzw. 5 andererseits ergibt. Dabei ist die axiale Länge a des Kunststoffkörpers 10 so gewählt, dass auch die Isolierungsenden 17 und 18 der Ausgleichsleitungen 6 und 7 noch in die Axialbohrungen 8 und 9 von der Stirnseite 16 her hineinragen können, damit sie beim axialen Verpressen, das anschließend erfolgt, vom Isolierstoffkörper 10 erfaßt und in diesem befestigt werden.
Um das Eindringen von Feuchtigkeit durch das offene Ende des Hohlraums 11 in den Bereich des Kunststoffkörpers 10 zu verhindern, ist unmittelbar anschließend an den Kunststoffkörper 10 in den Hohlraum 11 eine aus elastischem Kunststoff bestehende zylindrische Einlage 20 vorgesehen, welche zwei exzentrische, achsparallele Bohrungen 21 und 22 zum Hindurchführen der Ausgleichsleitungen 6 und 7 aufweist.
In der in 1 dargestellten Vormontageposition werden sämtliche, die Verbindungseinheit bildenden Teile, in radialer Richtung so stark verpresst, dass durch die dabei entstehende Querschnittverminderung bzw. Querschnittsveränderungen, eine stabile unlösbare Verbindung auch zwischen den Thermoschenkeln 2 und 3 einerseits und den Drahtenden 4 und 5 andererseits aber auch zwischen der Schutzhülse 1 und den Ausgleichsleitungen 6 und 7 zustande kommt, die gegen äußere Krafteinwirkungen in hohem Maße unempfindlich ist. Durch den zwischen den beiden Axialbohrungen 8 und 9 bestehenden Steg 10' des Isolierstoffkörpers 10, der bis an die Stirnseite der Schutzhülse 1 heranreicht, werden die beiden Thermoschenkel 2, 3 und die Drahtenden 4, 5 voneinander getrennt gehalten, d.h. elektrisch isoliert.
Um eine zusätzliche Verbesserung der Kontaktierung zwischen den Thermoschenkeln 2 und 3 einerseits und den Drahtenden 4 und 5 andererseits zu erzielen, besteht auch die Möglichkeit, diese jeweils miteinander zu verschweißen, bevor sie in die Axialbohrungen 8 und 9 des Isolierstoffkörpers 10 eingeführt werden.
Anstelle der in den 1 und 4 dargestellten einstückigen Metallhülse 12, kann auch eine aus einem zylindrischen Rohrstück 12' und einem Drehteil 13' axial zusammengefügte, also zweiteilige, Metallhülse vorgesehen sein. Dabei ist es zweckmäßig, das mit der Axialbohrung 14 versehene Drehteil 13' mit einem Zentrieransatz 24 zu versehen, der zentrierend in das Rohrstück 12' hineinragt.

Claims

Mantelthermoelement mit Ausgleichsleitungen, die an aus einer Schutzhülse herausgeführte Thermoschenkel angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Thermoschenkel (2, 3) zusammen mit dem Drahtende (4, 5) einer Ausgleichsleitung (6, 7) in sich gegenseitig übergreifender Lage jeweils in einer exzentrischen Axialbohrung (8, 9) eines von einer längeren Metallhülse (12, 12') umschlossenen Isolierstoffkörpers (10) positioniert und radial kontaktierend unter Querschnittsverformung verpresst ist.
Mantelthermoelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoschenkel (2, 3) und die Drahtenden (4, 5) der Ausgleichsleitung (6, 7) miteinander verschweißt sind.
Mantelthermoelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoffkörper (10) aus einem imprägnierten Keramikwerkstoff besteht.
Mantelthermoelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoffkörper (10) aus einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff, insbesondere Peek, besteht.
Mantelthermoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endabschnitt seiner Schutzhülse (1) in einer zentralen Axialbohrung (14) der Metallhülse (12) zentrierend aufgenommen ist.
Mantelthermoelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Axialbohrung (14) in einem Endabschnitt (13) der Metallhülse (12) befindet, der einen kleineren Außendurchmesser aufweist als der übrige Teil der Metallhülse und dass sich an diese Axialbohrung (14) koaxial ein radial erweiterter, zylindrischer Hohlraum (11) anschließt, in dem der Isolierstoffkörper (10) angeordnet ist.
Mantelthermoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das der Axialbohrung (14) gegenüberliegende Ende der Metallhülse (12, 12') mittels einer aus hochtemperaturbeständigem, elastischem Kunststoff bestehenden Einlage (20) feuchtigkeitsdicht verschlossen ist.
Mantelthermoelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage (20) aus einem zylindrischen Körper mit zwei exzentrischen Axialbohrungen (21, 22) besteht.
Mantelthermoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallhülse (12) aus zwei sich gegenseitig zentrierenden, axial zusammengefügten Hülsenteilen (12', 13') besteht.