DE19939493A1 - Temperature probe for motor vehicle exhaust gas system; has heat conductor encased in metal cap and cylindrical ceramic unit for thermal and electrical insulation - Google Patents
Temperature probe for motor vehicle exhaust gas system; has heat conductor encased in metal cap and cylindrical ceramic unit for thermal and electrical insulationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Temperaturfühler mit einem Heißleiterelement, der zur Temperaturerfassung verwendet wird, und auf ein Verfahren zu dessen Herstel lung, wobei der Fühler insbesondere zur Verwendung als ein Temperaturfühler, der eine Wärmebeständigkeit in der Größenordnung von 1000°C erfordert, oder als ein Abgas temperaturfühler geeignet ist, der beispielsweise in einem Kraftfahrzeugabgassystem an einem Katalysator zur Erfassung einer anormalen Temperatur, zur Erfassung einer Katalysatorschädigung usw. angebaut ist.The invention relates to a temperature sensor a thermistor element for temperature detection is used, and to a process for its manufacture lung, the sensor in particular for use as a temperature sensor that has a heat resistance in the Order of magnitude of 1000 ° C, or as an exhaust gas temperature sensor is suitable, for example in a motor vehicle exhaust system on a catalyst Detection of an abnormal temperature, for detection of a Damage to the catalytic converter etc. is attached.
Ein bekanntes Beispiel für einen derartigen Temperatur fühler ist in der JP-A-9-189618 beschrieben. Dieser Temperaturfühler weist einen Aufbau auf, bei dem ein Heißleiterelement (Temperaturerfassungselement) an der Spitze eines Verdrahtungsbauteils (Doppelkernrohr) bereitgestellt ist, das dazu dient, ein Signal des Heißleiters nach außen zu führen. Der Spitzenabschnitt ist dabei derart von einem zylindrischen wärmebeständigen Metallgehäuse mit geschlossenem Ende (Metallkappe) bedeckt, daß das Heißleiterelement in dem von dem Metall gehäuse und dem Spitzenabschnitt des Verdrahtungsbauteils ausgebildeten Raum untergebracht ist.A well-known example of such a temperature sensor is described in JP-A-9-189618. This Temperature sensor has a structure in which a Thermistor element (temperature detection element) on the Tip of a wiring component (double core tube) is provided, which serves to transmit a signal from the Lead thermistor to the outside. The top section is so of a cylindrical heat resistant Metal housing with closed end (metal cap) covered that the thermistor element in that of the metal housing and the tip portion of the wiring member trained room is housed.
Bei diesem herkömmlichen Temperaturfühler, bei dem das Heißleiterelement in einem Metallgehäuse untergebracht ist, unterliegt das wärmebeständige Metall des Metall gehäuses jedoch bei hohen Temperaturen (von beispiels weise 700°C und mehr) einer Oxidation. Abhängig von dem Oxidationsfortschritt unterscheidet sich demnach bei der Anfangsbenutzung (Dauer zur Überprüfung des Hochtempe raturverhaltens nach Fertigstellung des Erzeugnisses oder Dauer der tatsächlichen Anfangsbenutzung, während das Metallgehäuse noch nicht vollständig oxidiert ist) die Emissionszahl auf der Innen- oder Außenseite des Metall gehäuses, wobei sich eine deutliche Wirkung in Hinblick auf die Wärmeübertragung zu dem darin untergebrachten Heißleiterelement ergibt.In this conventional temperature sensor, in which the Thermistor element housed in a metal housing is subject to the heat-resistant metal of the metal housing at high temperatures (from example 700 ° C and more) of an oxidation. Depending on that Oxidation progress therefore differs in the Initial use (duration to check the high temperature behavior after completion of the product or Duration of actual initial use during that Metal housing is not yet completely oxidized) Emission number on the inside or outside of the metal housing, with a clear effect in terms on the heat transfer to the housed therein Thermistor element results.
Auch wenn der Temperaturfühler ohne Unterbrechung bei hoher Temperatur genutzt wird, zeigt auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben eine Ablösung des Oxidfilms von dem Metallgehäuse eine leichte Wirkung in Hinblick auf die Wärmeübertragung zu dem Heißleiter element, wodurch dessen Kennlinie verändert wird.Even if the temperature sensor without interruption high temperature is used, points to the same Way as described above a detachment of the Oxide film from the metal case has a slight effect With regard to the heat transfer to the thermistor element, which changes its characteristic.
In der JP-A-54-150181 wird ferner ein Temperaturfühler vorgeschlagen, bei dem zwischen ein Heißleiterelement und ein Metallgehäuse (rostfreies Stahlgehäuse) ein anorgani sches Pulver wie etwa MgC gepackt ist, wobei durch das zwischen dem Element und dem Gehäuse vorhandene anorgani sche Pulver eine Wärmeabschirmung erzielt wird, die die durch eine Oxidation der Innenseite des Metallgehäuses bedingte Auswirkung der Emissionszahländerungen auf die Elementkennlinie verringern soll.JP-A-54-150181 also discloses a temperature sensor proposed in which between a thermistor element and a metal case (stainless steel case) an inorganic packaged powder such as MgC, where by the existing inorganic between the element and the housing thermal powder is achieved that the by oxidation of the inside of the metal housing conditional impact of changes in emissions figures on the Element characteristic curve should decrease.
Aus Untersuchungen der Erfinder ergab sich jedoch, daß es zum einen schwierig ist, das Heißleiterelement einzu führen, wenn das anorganische Pulver bereits in das Metallgehäuse eingefüllt ist, und daß es zum anderen nicht einfach ist, das anorganische Pulver lückenlos zwischen das Heißleiterelement und das Metallgehäuse zu packen, da zusätzliche Anstrengungen erforderlich sind, um das Pulver nach Aufsetzen des Metallgehäuses einzu schütten. Bei der Ausbildung einer Wärmeabschirm konstruktion für den Temperaturfühler ergaben sich somit hinsichtlich der Montage Probleme.However, investigations by the inventors showed that it on the one hand, it is difficult to insert the thermistor element lead if the inorganic powder is already in the Metal case is filled, and that it is another is not easy, the inorganic powder without gaps between the thermistor element and the metal housing pack as additional effort is required to put the powder in after placing the metal housing pour. When forming a heat shield construction for the temperature sensor thus resulted assembly problems.
Angesichts dessen ist liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Temperaturfühler mit einem in einem Metallgehäuse untergebrachten Heißleiterelement bereit zustellen, der eine leicht zusammensetzbare Wärme abschirmkonstruktion aufweist, die Schwankungen der Kennlinie des Heißleiterelements infolge einer Oxidation des Metallgehäuses minimiert.In view of this, the object of the invention based on a temperature sensor with one in one Metal housing housed thermistor element ready to deliver a heat that is easy to assemble has shielding construction, the fluctuations of Characteristic curve of the thermistor element due to oxidation of the metal housing minimized.
Die Aufgabe wird durch einen Temperaturfühler gemäß Patentanspruch 1 gelöst, dessen wesentliches Merkmal darin besteht, daß ein Keramikformkörper vorhanden ist, der das Heißleiterelement bedeckt, um das Gehäuse und das Heißleiterelement vor Wärme abzuschirmen und elektrisch zu isolieren.The task is carried out by a temperature sensor Claim 1 solved, the essential feature is that there is a ceramic molded body, which covers the thermistor element, around the housing and the Shield thermistor element from heat and electrically isolate.
Der genannte Keramikformkörper besitzt eine wärme abschirmende Eigenschaft, die eine Emission von dem Gehäuse zu dem Heißleiterelement hemmt, wobei der Keramikformkörper dadurch, daß der Oberflächenzustand des zwischen dem Gehäuse und dem Heißleiterelement gelegenen Keramikformköpers unabhängig von dem Vorhandensein oder der Abwesenheit einer Gehäuseoxidation keiner Änderung unterliegt, Veränderungen der Kennlinie des Heißleiter elements selbst dann hemmen kann, wenn durch eine Oxidation des Gehäuses die Emissionszahl des Gehäuses verändert wird.The ceramic molded body mentioned has a heat shielding property that an emission of that Inhibits housing to the thermistor element, the Ceramic molded body in that the surface condition of the located between the housing and the thermistor element Ceramic molded body regardless of the presence or the absence of housing oxidation no change subject to changes in the characteristic of the thermistor can inhibit elements even if through a Oxidation of the housing the emission number of the housing is changed.
Es findet ein Keramikformkörper Verwendung, der einfacher als Pulver zu handhaben ist. Dadurch läßt sich der Zusammenbau durchführen, indem das Heißleiterelement mit dem Keramikformkörper bedeckt wird, was insgesamt eine leichtere Montage erlaubt.A ceramic molded body is used that is simpler is to be handled as a powder. This allows the Carry out assembly by using the thermistor element the ceramic molded body is covered, which is a total easier assembly allowed.
Als Keramikformkörper kann ein zylindrische Form verwendet werden, die leicht zu montieren ist. A cylindrical shape can be used as the shaped ceramic body be used, which is easy to assemble.
Untersuchungen der Erfinder ergaben, daß die Dicke des Keramikformkörpers vorzugsweise mindestens 0,1 mm betragen sollte, damit sich eine Wärmeabschirmwirkung einstellt. Als Material für den Keramikformkörper kann Aluminiumoxid, Mullit, Zirkoniumoxid oder dergleichen verwendet werden, um für Wärmeabschirmung und elektrische Isolation zu sorgen.Investigations by the inventors showed that the thickness of the Ceramic molded body preferably at least 0.1 mm should be so that there is a heat shielding effect sets. Can be used as material for the ceramic molded body Alumina, mullite, zirconia or the like used to be used for heat shielding and electrical To provide isolation.
Wenn der Keramikformkörper zwischen dem Gehäuse und dem Heißleiterelement gelegen ist, kann während der Verwen dung durch Schwingungen (Fahrzeugschwingungen usw.) eine Bewegung des Keramikformkörpers erzeugt werden, so daß er in Kontakt mit dem Heißleiterelement kommt und es schädigt. Indem jedoch der Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Keramikformkörper schmaler als der Zwischenraum zwischen dem Keramikformkörper und dem Heißleiterelement gestaltet wird, kann der Keramikform körper dazu gebracht werden, anstatt mit dem Heißleiter element zuerst mit dem Gehäuse in Kontakt zu treten, wodurch eine Schädigung des Heißleiterelements verhindert wird.If the ceramic molded body between the housing and the Thermistor element is located during use by vibrations (vehicle vibrations, etc.) Movement of the ceramic molded body are generated so that it comes into contact with the thermistor element and it harms. However, by the space between the Housing and the ceramic molded body narrower than that Gap between the ceramic molded body and the Thermistor element is designed, the ceramic shape body are brought to it instead of with the thermistor element to contact the housing first, thereby preventing damage to the thermistor element becomes.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungs beispiele, die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erfolgt. Es zeigen:Further details of the invention emerge from the the following description of preferred embodiment examples with reference to the attached Drawing is done. Show it:
Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Querschnittansicht eines Ausführungsbeispiels des Temperaturfühlers; Figure 1 is a partially broken cross-sectional view of an embodiment of the temperature sensor.
Fig. 2 ein Diagramm eines Beispiels der hemmenden Wirkung gegenüber Veränderungen der Heißleiterkennlinie; Fig. 2 is a diagram of an example of the inhibitory effects to variations in thermistor characteristics;
Fig. 3 zwei Darstellungen, die einen Zwischenraum x zwischen dem Keramikkörper und dem Heißleiterelement zum Zeitpunkt ihrer größten Annäherung zeigen; FIG. 3 shows two diagrams showing a gap x between the ceramic body and the thermistor element at the time of closest approach;
Fig. 4 einen Satz Darstellungen, der die Abmessungen der Teile eines Temperaturfühlers zeigt; und Fig. 4 is a set of diagrams showing the dimensions of the parts of a temperature sensor; and
Fig. 5 eine teilweise aufgebrochene Querschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels. Fig. 5 is a partially broken cross-sectional view of another embodiment.
Die Ausführungsbeispiele werden bezüglich des Falls erläutert, daß der Temperaturfühler an einer Kraftfahr zeugabgasreinigungsvorrichtung wie etwa einem Katalysator angebracht ist und als Abgastemperaturfühler (Abgastemperaturfühler einer Heißleiterbauart) zur Erfassung einer anormalen Temperatur oder zur Erfassung einer Katalysatorschädigung eingesetzt wird. Fig. 1 zeigt eine teilweise aufgebrochene Querschnittansicht eines Temperaturfühlers 100 gemäß einem dieser Ausführungs beispiele.The embodiments are explained with respect to the case that the temperature sensor is attached to an automotive exhaust gas purification device such as a catalyst and is used as an exhaust gas temperature sensor (exhaust gas temperature sensor of a thermistor type) for detecting an abnormal temperature or for detecting catalyst damage. Fig. 1 shows a partially broken cross-sectional view of a temperature sensor 100 according to one of these embodiments.
Die Bezugsziffer 10 bezeichnet einen Hochtemperatur- Heißleiter (ein Heißleiterelement), der einer Verwendung bei Abgastemperaturen (von beispielsweise 1000°C oder höher) widerstehen kann und der ein zylinderförmiges Element 11, das aus einem keramischen Halbleiter auf Chrom-Mangan-Yttrium-Basis (Cr-Mn-Y-Basis) hergestellt ist, und ein Paar Elektrodendrähte 12 umfaßt, die ein auf der Widerstand-Temperatur-Kennlinie (R-T-Kennlinie) des Elements 11 beruhendes Ausgangssignal (einen Widerstands wert) von dem Element 11 nach außen führen.Reference numeral 10 denotes a high-temperature thermistor (a thermistor element) that can withstand use at exhaust gas temperatures (e.g., 1000 ° C or higher) and a cylindrical element 11 that is made of a ceramic semiconductor based on chrome-manganese-yttrium ( Cr-Mn-Y base), and includes a pair of electrode wires 12 which conduct an output signal (a resistance value) based on the resistance-temperature characteristic (RT characteristic) of the element 11 from the element 11 to the outside.
Das Elektrodendrahtpaar 12 stellt ein Paar Platindrähte (Pt-Drähte) dar (mit beispielsweise einem Maß von 0,3 mm), die mit einem vorgeschriebenen Zwischenraum (dem Elektrodenabstand) parallel zu der Axialrichtung des Zylinderelements 11 eingebettet und dann gebrannt und zur Schrumpfeinpassung einer Brennschwindung unterzogen wurden. Jeder der Elektrodendrähte 12 führt von dem Element 11 aus in dieselbe Richtung nach außen und ist durch Schweißen usw. (Abschnitt M1 in Fig. 1) an einem Ende eines Mantelstifts (Verdrahtungsbauteils) 20 elektrisch mit einem Paar Kerndrähte 21 verbunden.The electrode wire pair 12 constitutes a pair of platinum wires (Pt wires) (for example, 0.3 mm in size) that are embedded with a prescribed gap (the electrode pitch) parallel to the axial direction of the cylinder member 11 and then fired and for shrink fitting a shrinkage have undergone. Each of the electrode wires 12 leads outward from the member 11 in the same direction and is electrically connected to a pair of core wires 21 by welding, etc. (section M1 in FIG. 1) at one end of a sheath pin (wiring member) 20 .
Der Mantelstift 20 umfaßt ein Paar Kerndrähte 21 aus wärmebeständigem Metall (rostfreiem Stahl usw.), isolie rendes Pulver 22 wie etwa MgO usw. und einen Außenzylin der 23 aus Metall (rostfreiem Stahl usw.).The sheath pin 20 includes a pair of core wires 21 made of heat-resistant metal (stainless steel, etc.), insulating powder 22 such as MgO, etc., and an outer cylinder 23 made of metal (stainless steel, etc.).
Da der Mantelstift 20 während eines Glühvorgangs unter sich wiederholenden Bearbeitungsschritten zur Verkleine rung des Außendurchmessers des Außenzylinders ausgebildet wird, ist der Kerndraht 21 fest in dem Isolierpulver 22 fixiert, so daß die Isolierung beibehalten wird. Der Kerndraht 21 ist von dem (nicht gezeigten) anderen Ende des Mantelstifts 20 aus mit einem Leitungsdraht usw. verbunden, der zu einer (nicht gezeigten) Steuerungs schaltung des Fahrzeugs wie etwa beispielsweise einer ECU führt, wobei das Ausgangssignal von dem Heißleiter 10 zu dieser Steuerungsschaltung geführt wird.Since the sheath pin 20 is formed during repetitive machining steps to reduce the outer diameter of the outer cylinder, the core wire 21 is fixed in the insulating powder 22 so that the insulation is maintained. The core wire 21 is connected from the other end of the sheath pin 20 (not shown) to a lead wire, etc., which leads to a control circuit (not shown) of the vehicle such as an ECU, for example, the output signal from the thermistor 10 thereto Control circuit is performed.
Außerdem ist der Heißeiter 10 mit einer Metallkappe (einem Gehäuse) 30 aus wärmebeständigem Metall (rostfreiem Stahl usw.) bedeckt. Die Metallkappe 30 hat eine zylindrische Form mit geschlossenem Ende, d. h. mit einem offenem Ende und einem geschlossenen Ende, und ist an dem den äußeren Rand des Außenzylinders 23 überlappen den Abschnitt durch Laserschweißen oder dergleichen um den Umfang herum angeschweißt (Abschnitte M2 in Fig. 1). Bei dem Temperaturfühler 100 umfaßt der temperatur empfindliche Abschnitt die Metallkappe 30 und den Heiß leiter 10, wobei der temperaturempfindliche Abschnitt in dem Abgaskanal gelegen ist.In addition, the thermistor 10 is covered with a metal cap (housing) 30 made of heat-resistant metal (stainless steel, etc.). The metal cap 30 has a cylindrical shape with a closed end, ie with an open end and a closed end, and is welded around the circumference by laser welding or the like at the overlap of the outer edge of the outer cylinder 23 (sections M2 in Fig. 1 ). In the temperature sensor 100, the temperature-sensitive section comprises the metal cap 30 and the hot conductor 10 , the temperature-sensitive section being located in the exhaust duct.
Da die Umfangverschweißung einen Eintritt von Abgas in die Metallkappe 30 verhindert, ist der darin unterge brachte Heißleiter 10 nicht direkt dem Abgas ausgesetzt, wodurch eine anormale Korrosion und ein Bruch durch schädigende Stoffe (Schwefel usw.) in dem Abgas verhindert werden.Since the perimeter welding prevents exhaust gas from entering the metal cap 30 , the thermistor 10 housed therein is not directly exposed to the exhaust gas, thereby preventing abnormal corrosion and breakage by harmful substances (sulfur, etc.) in the exhaust gas.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Heiß leiter 10 und der Metallkappe 30 ein Keramikformkörper 40 gelegen, der den Heißleiter 10 bedeckt, um für eine Wärmeabschirmung und Isolation zwischen der Metallkappe 30 und dem Heißleiter 10 zu sorgen.In this embodiment, between the thermistor 10 and the metal cap 30 is located a ceramic formed body 40 to provide the the thermistor 10 covered with a heat shielding and insulation between the metal cap 30 and the thermistor 10 degrees.
Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Keramikformkörper 40 ebenfalls eine Zylinderform (eine Ringform in diesem Ausführungsbeispiel) und umfaßt zumindest einen der Stoffe Aluminiumoxid (Al2O3), Mullit, Zirkoniumoxid und dergleichen (Aluminiumoxid in diesem Ausführungs beispiel), um für die erforderlichen Wärmeabschirm- und Isoliereigenschaften (Hochtemperatur-Isoliereigenschaft) zu sorgen. Die Wärmeabschirmwirkung des Keramikform körpers 40 minimiert auch dann Änderungen der Kennlinie (R-T Kennlinie) des Heißleiters 10, wenn sich die Emissionszahl der Metallkappe 30 infolge einer Oxidation der Metallkappe 30 verändert.In this exemplary embodiment, the ceramic molded body 40 also has a cylindrical shape (a ring shape in this exemplary embodiment) and comprises at least one of the materials aluminum oxide (Al 2 O 3 ), mullite, zirconium oxide and the like (aluminum oxide in this exemplary embodiment) in order to provide the required heat shielding and to provide insulating properties (high-temperature insulating property). The thermal shielding effect of the ceramic molded body 40 also minimizes then changes of the characteristic curve (characteristic curve RT) of the thermistor 10, when the emissivity of the metal cap 30 changed as a result of oxidation of the metal cap 30th
Mit anderen Worten wird bei einem wie in Fig. 1 gezeigten Fühler, der keinen Keramikformkörper 40 aufweist (und somit einem herkömmlichen Temperaturfühler entspricht), eine hohe Temperatur (von beispielsweise 700°C oder mehr) die Oxidation des wärmebeständigen Metalls der Metall kappe beschleunigen. Die Emissionszahl wird sich daher abhängig von dem Oxidationsfortschritt auf der Innenseite oder Außenseite der Metallkappe bei ihrer Anfangsbenut zung (Dauer zur Überprüfung des Hochtemperaturverhaltens nach Fertigstellung des Erzeugnisses oder Dauer der tatsächlichen Anfangsbenutzung, während das Metallgehäuse noch nicht vollständig oxidiert ist) ändern, wobei sich eine deutliche Wirkung in Hinblick auf die Wärmeüber tragung zu dem darin untergebrachten Heißleiterelement ergibt.In other words, in a sensor as shown in FIG. 1, which does not have a ceramic molded body 40 (and thus corresponds to a conventional temperature sensor), a high temperature (of, for example, 700 ° C. or more) will accelerate the oxidation of the heat-resistant metal of the metal cap. The emission number will therefore change depending on the progress of oxidation on the inside or outside of the metal cap when it is first used (duration for checking the high-temperature behavior after completion of the product or duration of the actual initial use while the metal housing is not yet fully oxidized), one of which changes significant effect in terms of heat transfer to the thermistor element housed therein.
Auch wenn der Temperaturfühler ohne Unterbrechung bei hoher Temperatur genutzt wird, zeigt auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben eine Ablösung des Oxidfilms von dem Metallgehäuse eine leichte Wirkung in Hinblick auf die Wärmeübertragung zu dem Heißleiter element, wodurch dessen Kennlinie verändert wird.Even if the temperature sensor without interruption high temperature is used, points to the same Way as described above a detachment of the Oxide film from the metal case has a slight effect With regard to the heat transfer to the thermistor element, which changes its characteristic.
Im Gegensatz dazu tritt bei dem Ausführungsbeispiel mit dem darin befindlichen Keramikformkörper 40 unabhängig von dem Vorhandensein oder der Abwesenheit einer Oxida tion auf der Innenseite oder Außenseite der Metallkappe 30 keine Änderung des Oberflächenzustands des sich dem Heißleiter 10 nähernden Keramikformkörpers 40 statt, was gegenüber der Wärmeübertragung von der Metallkappe 30 zu einer geringeren Wirkung führt. Eine Veränderung der Kennlinie des Heißleiters 10 wird somit gehemmt.In contrast, regardless of the presence or absence of an oxidation on the inside or outside of the metal cap 30, there is no change in the surface state of the ceramic molded body 40 approaching the thermistor 10 , which in contrast to the heat transfer in the embodiment with the ceramic molded body 40 therein the metal cap 30 leads to less effect. A change in the characteristic of the thermistor 10 is thus inhibited.
In Fig. 2 ist ein Beispiel der Wärmeabschirmwirkung eines Keramikformkörpers 40 gemäß diesem Ausführungsbeispiel gezeigt. Fig. 2 zeigt Daten bezüglich der Änderung der Heißleiterkennlinie, die mittels eines Hochtemperatur- Standversuchs bei 900°C erhalten wurden, wobei ein gerade hergestellter (neu angefertigter) Temperaturfühler 100 mit einem Keramikformkörper 40 und ein Fühler ohne Keramikformkörper 40 verwendet wurden, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind.An example of the heat shielding effect of a ceramic molded body 40 according to this exemplary embodiment is shown in FIG. 2. Fig. 2 shows data relating to the change in the thermistor characteristic curve, which was obtained by means of a high-temperature standing test at 900 ° C., using a newly manufactured (newly manufactured) temperature sensor 100 with a ceramic molded body 40 and a sensor without ceramic molded body 40 , as shown in FIG Fig. 1 are shown.
In Fig. 2 ist auf der horizontalen Achse die Standzeit (Einheit: Std.) und auf der vertikalen Achse die Tempe raturabweichung (°C) gezeigt. Die Temperaturabweichung wurde auf dem Widerstandswert des Heißleiters 10 nach einer Standzeit von 100 Std. beruhend mittels einer Temperaturberechnung der Widerstandswertabweichung bestimmt.In Fig. 2 on the horizontal axis, the tool life (unit: hours) and on the vertical axis, the temperature deviation (° C) is shown. The temperature deviation was determined based on the resistance value of the thermistor 10 after a standing time of 100 hours by means of a temperature calculation of the resistance value deviation.
Wie aus Fig. 2 deutlich hervorgeht, weist der Temperatur fühler 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel aufgrund der Wärmeabschirmwirkung des Keramikformkörpers 40, die Änderungen der Heißleiterkennlinie minimiert, einen stabileren Kennwert als das Vergleichsbeispiel auf.As is clear from FIG. 2, the temperature sensor 100 according to this exemplary embodiment has a more stable characteristic value than the comparative example due to the heat-shielding effect of the ceramic molded body 40 , which minimizes changes in the thermistor characteristic.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Achse der Metall kappe 30 derart in dem Abgaskanal gelegen, daß sie ungefähr senkrecht zu der Richtung des Abgasstroms ist, wobei der Keramikformkörper 40 deswegen, weil der Emissionszahleffekt von den Seiten des Zylinders der Metallkappe 30 größer als der an dem Boden der Metall kappe 30 ist, keine Bedeckung an dem Abschnitt des Heißleiters 10 vorsieht, der dem Boden der Metallkappe 30 zugewandt ist.In this embodiment, the axis of the metal cap 30 is located in the exhaust passage so that it is approximately perpendicular to the direction of the exhaust gas flow, the ceramic molded body 40 because the emission number effect from the side of the cylinder of the metal cap 30 is larger than that on the bottom the metal cap 30 is, does not provide coverage at the portion of the thermistor 10 which faces the bottom of the metal cap 30 .
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch die Tatsache, daß der Emissionszahleffekt auch von dem Boden der Metallkappe 30 ausgeht, dadurch berücksichtigt, daß zwischen dem Boden der Metallkappe 30 und dem Element 11 für eine Trennung gesorgt ist, um diesen Emissionszahl effekt zu vermeiden. Wenn beispielsweise B der Innen durchmesser des Keramikformkörpers 40 ist, beträgt der Abstand L zwischen dem Boden der Metallkappe 30 und dem Element 11 L ≧ B × 1/2.In this exemplary embodiment, however, the fact that the emission number effect also originates from the bottom of the metal cap 30 is taken into account in that a separation is provided between the bottom of the metal cap 30 and the element 11 in order to effectively avoid this emission number. For example, if B is the inner diameter of the ceramic molded body 40 , the distance L between the bottom of the metal cap 30 and the element 11 is L ≧ B × 1/2.
Da der Keramikformkörper 40 eingebaut ist, ohne fixiert zu sein, bewegt er sich aufgrund von Fahrzeugschwingungen usw. zwischen der Metallkappe 30 und dem Heißleiter element 10, wenn der Aufbau an einem Fahrzeug befestigt ist. Das Element 11 kommt daher mit dem Keramikformkörper 40 in Kontakt und erleidet, während die Innenseite des Keramikformkörpers 40 auch den Heißleiter 10 bewegt, einen Schaden, so daß in Fällen, bei denen die Verbindung zwischen dem Elektrodendraht 12 und dem Kerndraht 21 schwach ist, der Heißleiter 10 einer Schädigung wie etwa einem Bruch seiner Drähte unterliegen kann.Since the ceramic molded body 40 is installed without being fixed, it moves due to vehicle vibrations, etc. between the metal cap 30 and the thermistor element 10 when the structure is attached to a vehicle. The element 11 therefore comes into contact with the ceramic molding 40 and suffers damage while the inside of the ceramic molding 40 is also moving the thermistor 10 , so that in cases where the connection between the electrode wire 12 and the core wire 21 is weak, the Thermistor 10 may be subject to damage such as breakage of its wires.
Angesichts einer derartigen Möglichkeit ist dieses Ausführungsbeispiel so konstruiert, daß der Zwischenraum zwischen dem Keramikformkörper 40 und dem Element 11 breiter als der Zwischenraum zwischen der Metallkappe 30 und dem Keramikformkörper 40 ist. Dadurch läßt sich ein Schaden des Heißleiters 10 verhindern, da der Keramik formkörper 40 auch dann, wenn er sich bewegt, immer zuerst mit der Metallkappe 30 in Kontakt kommt, ohne mit dem Heißleiter 10 in Kontakt zu treten.In view of such a possibility, this embodiment is constructed so that the space between the ceramic molded body 40 and the element 11 is wider than the space between the metal cap 30 and the ceramic molded body 40 . This can prevent damage to the thermistor 10 , since the ceramic molded body 40 always comes into contact with the metal cap 30 even when it is moving, without coming into contact with the thermistor 10 .
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, können beide Zwischenräume auf der Grundlage des Zwischenraums x zwischen der Innenseite des Keramikformkörpers 40 und der Außenseite des Elements 11 zum Zeitpunkt ihrer größten Annäherung bestimmt werden. Wie rechter Hand in Fig. 3 gezeigt ist, entspricht der Zwischenraum x dem minimalen Zwischenraum zu dem Zeitpunkt, wenn sich der Keramikformkörper 40 mit der Innenseite der Metallkappe 30 in Kontakt kommend in Anlage befindet. Da ein Kontakt entsteht, wenn der Zwischenraum x null ist, ist es unter Berücksichtigung einer Exzentrizität usw. vorzuziehen, daß er bei der Montage mindestens 0,05 mm beträgt.As shown in FIG. 3, both spaces can be determined based on the space x between the inside of the ceramic molded body 40 and the outside of the element 11 at the time of their closest approximation. As shown on the right in FIG. 3, the gap x corresponds to the minimum gap at the time when the ceramic molded body 40 is in contact with the inside of the metal cap 30 . Since contact occurs when the gap x is zero, considering eccentricity, etc., it is preferable that it be at least 0.05 mm when assembled.
Um sicherzustellen, daß der Zwischenraum x so groß wie möglich ist, ist es besser, das Spiel zwischen der Metallkappe 30 und dem Keramikformkörper 40 zu verringern und die Dicke des Keramikformkörpers 40 zu verkleinern. Eine Vorgehensweise, wie sich der Zwischenraum x fest legen läßt, wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert, die eine Gestaltung mit festgelegtem Zwischen raum x zeigt. In Fig. 4 bezeichnet A den Außendurchmesser des Elements 11, B und C jeweils den Innen- und Außen durchmesser des Keramikkörpers 40 und D den Innendurch messer der Metallkappe 30.In order to ensure that the gap x is as large as possible, it is better to reduce the clearance between the metal cap 30 and the ceramic molded body 40 and to decrease the thickness of the ceramic molded body 40 . A procedure for how to set the space x will now be explained with reference to Fig. 4, which shows a design with a fixed space x. In Fig. 4, A denotes the outer diameter of the element 11 , B and C each the inner and outer diameter of the ceramic body 40 and D the inner diameter of the metal cap 30 .
Der Zwischenraum x (xmin) wird durch die in Fig. 4 gezeigte Gleichung bestimmt. Falls A zum Beispiel einen Durchmesser von 1,5 mm ± 0,02 mm, B einen Durchmesser von 1,8 mm (Toleranz: +0,05 mm bis 0 mm), C einen Durchmesser von 2,25 mm (Toleranz: 0 mm bis -0,05 mm) und D einen Durchmesser von 2,5 mm (Toleranz: +0,05 mm bis 0 mm) aufweist, ist xmin mit 0,09 mm festgelegt. Bei diesem Gestaltungsbeispiel führte ein Schwingungsbeständigkeits versuch (30 G Beschleunigung, 240 Hz Schwingungsfrequenz, 107 Schwingungsrotationen) zu keiner Schädigung des Heißleiters 10.The space x (x min ) is determined by the equation shown in FIG. 4. For example, if A has a diameter of 1.5 mm ± 0.02 mm, B a diameter of 1.8 mm (tolerance: +0.05 mm to 0 mm), C a diameter of 2.25 mm (tolerance: 0 mm to -0.05 mm) and D has a diameter of 2.5 mm (tolerance: +0.05 mm to 0 mm), x min is set at 0.09 mm. In this design example, an oscillation resistance test (30 G acceleration, 240 Hz oscillation frequency, 10 7 oscillation rotations) did not damage the thermistor 10 .
Im Fall dieses Konstruktionsbeispiels beträgt die Dicke t des Keramikformkörpers 40 0,175-0,225 mm, was eine geeignete Dicke darstellt, um eine wärmeabschirmende Wirkung zu erzielen, die bei der Metallkappe 30 die Auswirkung einer Emissionszahländerung hemmt.In the case of this construction example, the thickness t of the ceramic molded body 40 is 0.175-0.225 mm, which is a suitable thickness in order to achieve a heat-shielding effect which inhibits the effect of a change in the emission number in the metal cap 30 .
Untersuchungen der Erfinder ließen darauf schließen, daß als Dicke t des Keramikformkörpers 40, mit der eine ausreichende Wirkung erzielt wird, um den Einfluß der Emissionszahl zu hemmen, insbesondere mindestens 0,10 mm geeignet ist.Investigations by the inventors indicated that the thickness t of the ceramic molded body 40 , with which a sufficient effect is achieved to inhibit the influence of the emission number, is particularly suitable at least 0.10 mm.
Falls die Dicke t zu groß ist, wird der temperatur empfindliche Abschnitt zu dick, wobei dies unerwünscht ist, wenn ein schnelles Ansprechen des Fühlers realisiert werden soll, indem der Temperaturfühler schmaler gemacht wird (mit beispielsweise einem Außendurchmesser von nicht mehr als 3 mm für die Metallkappe 30). Umgekehrt ist eine Dicke t, die zu klein ist, in Hinblick auf die Herstellung, die Festigkeit usw. nicht wünschenswert. Vom Standpunkt der Teilebereitstellung und Kosten sollte die Dicke t vorzugsweise 0,15 mm-0,4 mm betragen, wobei die Dicke t im untersuchten Fall etwa 0,175 mm-0,225 mm betrug.If the thickness t is too large, the temperature-sensitive section becomes too thick, which is undesirable if a quick response of the sensor is to be realized by making the temperature sensor narrower (for example with an outer diameter of not more than 3 mm for that Metal cap 30 ). Conversely, a thickness t that is too small is undesirable in terms of manufacture, strength, etc. From the point of view of parts supply and cost, the thickness t should preferably be 0.15 mm-0.4 mm, the thickness t being about 0.175 mm-0.225 mm in the case examined.
Auf der Grundlage des vorstehend beschriebenen Konstruk tionsaufbaus wird nun ein Verfahren zur Herstellung des Temperaturfühlers 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel erläutert.Based on the construction described above, a method of manufacturing the temperature sensor 100 according to this embodiment will now be explained.
Nachdem zunächst in einem aus einem keramischen Halb leiter auf Cr-Mn-Y-Basis hergestellten Zylinderkörper ein Paar Elektrodendrähte 12 eingebettet worden sind, werden diese einem Brennvorgang und einer Brennschwindung unterzogen, um einen Heißleiter 10 auszubilden, bei dem sich die Elektrodendrähte 12 in dem Element 11 in Schrumpfpassung befinden. Als nächstes wird das Paar Elektrodendrähte 12 des Heißleiters 10 durch Laser schweißen, Widerstandsschweißen oder dergleichen mit einem Paar Kerndrähte 21 eines Mantelstifts 20 verschweißt, um diese jeweils elektrisch zu verbinden. After a pair of electrode wires 12 are first embedded in a cylinder body made of a ceramic semiconductor based on Cr-Mn-Y, they are subjected to a burning process and a burning shrinkage to form a thermistor 10 in which the electrode wires 12 are in the Element 11 are in shrink fit. Next, the pair of electrode wires 12 of the thermistor 10 are laser welded, resistance welded, or the like welded to a pair of core wires 21 of a sheath pin 20 to electrically connect them respectively.
Dann wird Pulver wie etwa Aluminiumoxid sintergeformt, um einen ringförmigen Keramikformkörper 40 auszubilden, in den der Heißleiter 10 von dem Ende des Elements 11 aus eingesetzt wird, so daß der Heißleiter 10 innerhalb des Keramikformkörpers 40 gelegen ist. Über dem Mantelstift 20 wird dann eine Metallkappe 30 gesetzt, so daß sie die äußere Begrenzung des Keramikformkörpers 40 bedeckt, und an dem den äußeren Rand des Außenzylinders 23 überlappen den Abschnitt durch Laserschweißen oder dergleichen um den Umfang herum verschweißt.Then, powder such as alumina is sintered to form an annular ceramic molded body 40 in which the thermistor 10 is inserted from the end of the member 11 so that the thermistor 10 is located within the ceramic molded body 40 . A metal cap 30 is then placed over the jacket pin 20 so that it covers the outer boundary of the ceramic molded body 40 , and at the outer edge of the outer cylinder 23 the section overlaps is welded around the circumference by laser welding or the like.
Der Keramikformkörper 40 kann auch schon vorher in die Metallkappe 30 eingesetzt sein und der Mantelstift 20 von dem Ende des Heißleiters 10 aus in die Metallkappe 30 eingesetzt werden.The ceramic formed body 40 may be inserted into the metal cap 30 even before and the sheath pin 20 are inserted from the end of the thermistor 10 of the metal cap 30th
Auf diese Weise wird der in Fig. 1 gezeigte Temperatur fühler 100 fertiggestellt. Der Temperaturfühler 100 wird dann wie vorstehend erläutert von dem anderen Ende des Mantelstifts 20 aus mit einem Leitungsdraht usw. verbunden, der zu einer Steuerungsschaltung für das Fahrzeug wie beispielsweise einer ECU führt.In this way, the temperature sensor 100 shown in FIG. 1 is completed. The temperature sensor 100 is then connected from the other end of the sheath pin 20 to a lead wire, etc., as explained above, which leads to a control circuit for the vehicle such as an ECU.
Der Keramikformkörper 40 besitzt im übrigen gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine wärmeabschirmende Eigenschaft, die eine Emission von der Metallkappe 30 zu dem Heiß leiterelement 10 hemmt, wobei sich deswegen, weil der Oberflächenzustand des Keramikformkörpers 40 unabhängig von dem Vorhandensein oder der Abwesenheit einer Oxidation der Metallkappe 30 keiner Änderung unterliegt, Änderungen der Kennlinie des Heißleiterelements 10 auch dann minimieren lassen, falls sich die Emissionszahl der Metallkappe 30 durch Oxidation verändert, so daß eine hochpräzise Temperaturerfassung erlaubt wird. The ceramic molding 40 has, moreover, according to this embodiment, a heat-shielding property that inhibits emission from the metal cap 30 to the thermistor element 10 , because, because of the surface condition of the ceramic molding 40 regardless of the presence or absence of oxidation of the metal cap 30 none Changes are subject to changes in the characteristic of the thermistor element 10 can also be minimized if the emission number of the metal cap 30 changes due to oxidation, so that a highly precise temperature detection is permitted.
Der Keramikformkörper 40 besitzt eine elektrisch isolie rende Eigenschaft, um einen Kurzschluß des Heißleiters 10 zu verhindern.The ceramic molded body 40 has an electrically insulating property to prevent a short circuit of the thermistor 10 .
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel findet ein Keramikform körper 40 Verwendung, der einfacher als Pulver zu hand haben ist, wobei der Keramikformkörper daher montiert werden kann, indem er, wie bei dem vorstehend beschrie benen Herstellungsverfahren erläutert ist, einfach über den Heißleiter 10 gesetzt wird, was eine einfachere Montage erlaubt.According to this exemplary embodiment, a ceramic molded body 40 is used which is easier to handle than powder, and the ceramic molded body can therefore be assembled by simply placing it over the thermistor 10 , as explained in the manufacturing method described above, which is a easier assembly allowed.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Zwischenraum zwischen der Metallkappe 30 und dem Keramikformkörper 40 schmaler als der Zwischenraum zwischen den Keramikform körper 40 und dem Heißleiterelement 10 gestaltet, so daß der Keramikformkörper 40, wenn er sich durch Fahrzeug schwingungen usw. bewegt, immer zuerst mit der Metall kappe 30 in Kontakt kommt, anstatt mit dem Heißleiter element 10 in Kontakt zu treten, wodurch eine Schädigung des Heißleiterelements 10 verhindert wird.According to this embodiment, the space between the metal cap 30 and the ceramic molded body 40 is narrower than the space between the ceramic molded body 40 and the thermistor element 10 , so that the ceramic molded body 40 , when it moves through vehicle vibrations, etc., always first with the metal cap 30 comes into contact, rather than with the thermistor element to contact 10, thereby damage to the thermistor element 10 is prevented.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann der Keramikformkörper 40 eine Zylinderform mit geschlossenem Ende aufweisen und zwischen dem Heißleiter 10 und dem Innenboden der Metall kappe (des Gehäuses) 30 gelegen sein. Darüber hinaus ist die Form des Keramikformkörpers 40 nicht auf eine Zylinderform beschränkt, solange es sich um eine Form handelt, die über den Heißleiter 10 gesetzt werden kann.As shown in Fig. 5, the ceramic molded body 40 may have a cylindrical shape with a closed end and between the thermistor 10 and the inner bottom of the metal cap (the housing) 30 may be located. In addition, the shape of the ceramic molded body 40 is not limited to a cylindrical shape, as long as it is a shape that can be placed over the thermistor 10 .
Um den Einfluß der Emissionszahl zu minimieren, kann auf der Oberfläche der Metallkappe 30 eine Plattierschicht oder eine Edelmetallschicht vorgesehen sein. In order to minimize the influence of the emission number, a plating layer or a noble metal layer can be provided on the surface of the metal cap 30 .
Bei den obengenannten Ausführungsbeispielen stellt der Heißleiter 10 einen Heißleiter der "Radialbauart" dar, bei dem das Paar Elektrodendrähte 12 von dem Element 11 aus in dieselbe Richtung nach außen geführt wird, doch kann die Erfindung auch bei Heißleitern der "Axialbauart" Anwendung finden, bei denen Drahtelektrodenpaare in entgegengesetzten Richtungen nach außen geführt werden, wobei die eine Verbindung mit einem Verdrahtungsbauteil und die andere Verbindung zu einer Metallkappe besteht. Mit anderen Worten kann eine beliebige Anzahl von Elektrodendrähten verwendet werden, wobei die Anzahl an Kerndrähten des Verdrahtungsbauteils der Anzahl an Elektrodendrähten entspricht.In the above embodiments, the thermistor 10 is a "radial type" thermistor in which the pair of electrode wires 12 are led outward from the member 11 in the same direction, but the invention can also be applied to "axial type" thermistors which wire electrode pairs are guided in opposite directions to the outside, one connection to a wiring component and the other connection to a metal cap. In other words, any number of electrode wires can be used, the number of core wires of the wiring component corresponding to the number of electrode wires.
Neben Abgastemperaturfühlern kann die Erfindung auch in anderen Bereichen Anwendung finden. Sie ist insbesondere für Temperaturfühler geeignet, die in Temperaturbereichen von bis zu etwa 1000°C verwendet werden, bei denen Metallkappen zur Oxidation neigen.In addition to exhaust gas temperature sensors, the invention can also be used in other areas. It is special suitable for temperature sensors in temperature ranges of up to about 1000 ° C can be used at which Metal caps tend to oxidize.
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Legal Events
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