Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schutzkappe für einen Hochtemperatursensor mit einem Sensorelement, einer Schutzhülle, die das Sensorelement zumindest teilweise umgibt, und einer Schutzkappe, die an der Schutzhülle befestigt ist, sowie einen Hochtemperatursensor mit einem Sensorelement, einer Schutzhülle, insbesondere einem Schutzrohr, die das Sensorelement zumindest teilweise umgibt und einer Schutzkappe, die an der Schutzhülle befestigt ist.

Hochtemperatursensoren kommen zum Beispiel zur Messung der Temperatur in Abgasrohren von Benzinmotoren oder in Öfen zum Einsatz. Sie können dazu geeignet sein, Temperatu ren von größer 500 °C zu messen. Insbesondere beim Einsatz im Kfz-Bereich, zum Beispiel in Abgas-Reinigungssystemen, sind derartige Hochtemperatursensoren sowohl therm isch als auch mechanisch (bedingt durch die Vibrationen des Motors) hohen Belastungen ausgesetzt. Das Sensorelement zur Messung der Temperatur wird deswegen typischerweise durch eine Schutzhülle, insbesondere ein Schutzrohr, zum Beispiel aus Metall, geschützt.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Hochtemperatursensoren, insbesondere auch für den Einsatz im Kfz-Bereich bekannt.

Die DE 10 2008 060 033 A 1 offenbart einen Temperaturfühler mit einem Thermoelement, der eine hitzebeständige Mantelleitung aufweist, an dessen dem Messmedium zugewandten Ende ein Sensorelement angeordnet ist und bei dem durch ein Mantelrohr der Mantelleitung elektrische Anschlussleitungen für den Anschluss des Sensorelementes an eine elektronische Auswerteeinheit geführt sind. Dabei wird vorgeschlagen, dass eine Schutzhülse vorgesehen wird, die ein einteiliges Vorderteil ohne Schweißstellen aufweist. Zudem wird vorgeschlagen, dass die Schutzhülse an ihrer vorderen, dem Messmedium zugewandten Seite mit einer Rundung versehen ist.

Aus der WO 2010/063682 AI ist ein Temperaturfühler mit einem Thermo- Element vorbekannt, der eine hitzebeständige Mantelleitung aufweist, an dessen dem Messmedium zugewandten Ende ein Sensorelement angeordnet ist. Durch ein Metallrohr der Mantelleitung sind elektrische Anschl ussleitungen für den Anschluss des Sensorelements an eine elektronische Auswerteeinheit geführt. Der gezeigte Temperaturfühler soll bis zu Temperaturen von 1200°C einsatzfähig sein und schnelle Temperaturänderungen erfassen können . Hierfür besteht das Sensorelement aus einer Thermo- drahtperle, die aus der Mantelleitung herausragt und von einer Schutzhülle aufgenommen ist, welche auf dem dem Messmedium zugewa ndten Ende der Mantelleitung befestigt ist. Die Schutzhülle weist ein einteiliges Vorderteil ohne Schweißstellen auf und die Mantelleitung ist ein flexibles, dünnwandiges Metallrohr mit einem geringen Außendurchmesser, an dessen dem Messmedi um abgewandten Bereich Anschlussdrähte herausgeführt sind, die die gewünschte Verbindung zur Bordelektronik herstellen . Die Befestigung des Tem peraturfühlers an der Messstelle erfolgt dabei mit einem speziellen Ringbund und einer Überwurfmutter.

Aus der EP 2 196 787 A2 ist ein Hochtem peratursensor mit einem Sensorelement vorbekannt, das in einem Schutzrohr gelagert ist. Um auch im Umfeld hoher Temperaturen, z.B. im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs zuverlässige Messungen durchzuführen, ist das Schutzrohr von einem Versteifungsrohr umgeben, wobei das Versteifungsrohr aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient höher ist als der des Materials, aus dem das Schutzrohr besteht. Das Versteifungsrohr ist einem ersten Bereich des Schutzrohrs mit dem Schutzrohr fest verbunden und in einem zweiten Bereich des Schutzrohrs befindet sich ein Anschlagelement, das ebenfalls fest mit dem Schutzrohr verbunden ist. Das Versteifungsrohr tritt aufgrund seiner höheren Wärmedehnung ab einer vorgegebenen Temperatur in mechanischen Kontakt mit dem Anschlagelement, wodurch der Hochtemperatursensor ab dieser Temperatur mechanisch stabilisierbar ist. Der Raum zwischen dem Sensorelement und der Schutzrohrkappe ist nach EP 2 196 787 A2 mit einem gut wärmeleitenden Material gefüllt.

Hierfür kann feines Siliziumpulver zur Anwendung kommen . Das stabilisierende, mechanische Inkontaktkommen des Schutzrohrs mit dem Anschlagelement erfordert eine Mindesttemperatur, so dass insbesondere unmittelbar in der Startphase bzw. im Nicht-Hochleistungsbetrieb die Gesamtanordnung zu Schwingungen neigt, die die Zuverlässigkeit der Messanordnung gefährden . Mit einem Befestigungssockel kann der Hochtemperatursensor dabei im Abgasstrang befestigt werden .

Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiterentwickeltes Verfahren zur Herstellung einer Schutzkappe für einen Hochtemperatursensor sowie einen Hochtemperatursensor mit einer derartigen Schutzkappe anzugeben, derart dass das Sensorelement auch bei hoher thermischer, chemischer und/oder mechanischer Belastung geschützt wird und mit geringem Herstellungsaufwand kostengünstig gefertigt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit der Lehre nach Anspruch 1. Insbesondere ist das Verfahren dadurch

gekennzeichnet, dass

die Schutzkappe durch ein Tiefziehverfahren bei der gleichen

Technik hergestellt wird und/ oder

die Schutzkappe durch Wärmeeintrag mit anschließenden Verschmelzen zumindest einer Seite hergestellt wird und/oder die Schutzkappe durch Verschluss der Schutzhü l le mittels eines Bodenstopfens, insbesondere durch Verpressen und/oder Verschweißen, hergestellt wird und/oder

die Schutzkappe durch Verschluss einer Seite durch ein Umformverfahren, insbesondere Taumeln, und/oder einen Schweißprozess hergestellt wird.

Somit ist es möglich, die Schutzkappe auf einfache Weise sicher an der Schutzhülle zu befestigen. Insbesondere kann es erfindungsgemäß möglich sein, die Schutzkappe auf einfache Weise gasdicht an der Schutzhülle zu befestigen, so dass das Sensorelement von chemischen und sonstigen Einflüssen geschützt ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Herstellung der Schutzkappe i m Tiefziehverfahren die Schutzhülle als Ziehstempel für das Tiefziehverfahren dient, wobei insbesondere die Schutzhülle als Schutzrohr aus einem hochfesten Material, insbesondere Keramik, Glaskeramik und/oder Polymerkeramik, gebildet ist.

Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung muss die Schutzhülle eine ausreichende Stabilität aufweisen . Insbesondere kann das Verfahren vorteilhaft durchgeführt werden, wenn die Schutzhülle als stabiles Schutzrohr ausgestaltet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schutzkappe aus einem Werkstück aus Feinblech hergestellt wird .

Mit einem Werkstück als Feinblech kann das Tiefziehverfahren besonders effizient und kostengünstig durchgeführt werden . In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Werkstück vor und/oder während der Durchführung des Tiefziehverfahrens thermisch konditioniert wird, insbesondere mittels eines Gasbrenners, elektromagnetischer Strahlung, Laserlicht und/oder induktiver Erwärmung.

Eine thermische Konditionierung, insbesondere eine ausreichende Erwärmung, erleichtert die Bearbeitung des Werkstücks, aus dem die Schutzkappe gebildet wird. Gasbrenner, elektromagnetische Strahlung, Laserlicht und/oder induktiver Erwärmung ermöglichen dabei eine berührungslose Konditionierung des Werkstücks.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Herstellung durch Wärmeeintrag mit anschließendem Verschmelzen zuerst ein Schutzkappen-Rohelement auf die Schutzhülle aufgesetzt wird und dann das Schutzkappen-Rohelement durch Wärmeeintrag verschmolzen und somit an der Schutzhülle befestigt wird .

Das Verschmelzen des Schutzkappen- Rohelements ermöglicht eine besonders dichte und beständige Befestigung der Schutzkappe an der Sch utzhülle.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmeeintrag durch einen Gasbrenner, elektromagnetischer Strahlung, Laserlicht und/oder induktiver Erwärmung erfolgt. Somit kann der Schmelzpunkt des Schutzkappen- Rohelements besonders schnell und genau erreicht werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zuerst der Wärmeeintrag a uf ein Schutzkappen-Rohelement erfolgt und dann das Schutzkappen-Rohelement im Tiefziehverfahren auf die Schutzhülle aufgezogen wird . In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Herstellung der Schutzkappe durch Verschluss der Schutzhülle mittels Bodenstopfen dieser aus Metall gebildet ist.

Die Verwendung von Metall ermöglicht eine besonders hohe Stabilität bei gleichzeitig sehr guter Wärmeleitfähigkeit.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bodenstopfen aus einem zylindrischen Mantel-Element und einer Abdeck-Scheibe zusammengesetzt ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Herstellung der Schutzkappe durch Verschluss einer Seite durch ein Umformverfahren ein Schutzkappen-Rohelement zuerst auf die Schutzhülle, insbesondere das Schutzrohr, aufgebracht wird und dann das Schutzkappen-Rohelement durch Aufbringen einer Umformungs-Kraft an die Kontur der Schutzhülle oder des Sensorelements angenähert wird.

Die Umformungs-Kraft kann hierbei gleichförmig radial von allen Seiten aufgebracht werden oder nur von bestimmten Seiten. Je nach Art der aufgebrachten Umformungs-Kraft kann es dabei auch zu einer Verformung des Schutzrohrs kommen .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die umgeformte Schutzkappe anschließend mit der Schutzhülle unlösbar verbunden, insbesondere verschweißt wird .

Durch das anschließende Verschweißen wird sichergestellt, dass sich die Schutzkappe auch bei starker Belastung nicht von der Schutzhülle löst. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schutzkappe am Hochtemperatursensor beabstandet zum Sensorelement angebracht wird,

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen;

Figur 1a eine Querschnittsansicht eines ersten erfindungsgemäßen Hochtemperatursensors;

Figur 1b eine zweite Querschnittsansicht des Hochtemperatursensors aus Figur 1a;

Figur 1c eine erste Längsansicht des Hochtemperatursensors aus

Figur 1a;

Figur 1d eine zweite Längsansicht des Hochtemperatursensors aus Figur 1a;

Figur 1e eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts aus Figur 1c;

Figur 2a eine Querschnittsansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Hochtemperatursensors;

Figur 2b eine zweite Querschnittsansicht des Hochtemperatursensors aus Figur 2a;

Figur 2c eine erste Längsansicht des Hochtemperatursensors aus

Figur 2a;

Figur 2d eine zweite Längsansicht des Hochtemperatursensors aus Figur 2a;

Figur 2e eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts aus Figur 2c; Figur 3a eine Querschnittsansicht eines dritten erfindungsgemäßen Hochtemperatursensors; Figur 3b eine zweite Querschnittsansicht des Hochtemperatursensors aus Figur 3a; Figur 3c eine erste Längsansicht des Hochtemperatursensors aus

Figur 3a; Figur 3d eine zweite Längsansicht des Hochtemperatursensors aus Figur 3a; Figur 3e eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts aus Figur 3c; Figur 4a eine Querschnittsansicht eines vierten erfindungsgemäßen Hochtemperatursensors; Figur 4b eine zweite Querschnittsansicht des Hochtemperatursensors aus Figur 4a; Figur 4c eine erste Längsansicht des Hochtemperatursensors aus

Figur 4a; Figur 4d eine zweite Längsansicht des Hochtemperatursensors aus Figur 4a; Figur 4e eine vergröSerte Ansicht eines Ausschnitts aus Figur 4c; Figur 5a eine Querschnittsansicht eines fünften erfindungsgemäßen Hochtemperatursensors; Figur 5b eine zweite Querschnittsansicht des Hochtemperatursensors aus Figur 5a; Figur 5c eine erste Längsansicht des Hochtemperatursensors aus

Figur 5a; Figur 5d eine zweite Längsansicht des Hochtemperatursensors aus Figur 5a und

Figur 5e eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts aus Figur 5c,

Die Figuren 1a bis 1d zeigen einen ersten erfindungsgemäßen Hochtemperatursensor 10, dessen Schutzkappe 11 durch ein Tiefziehverfahren hergestellt wurde. Der Hochtemperatursensor 10 umfasst ein längliches Sensorelement 2 mit einem auf der heißen Seite des Hochtemperatursensors 10 angeordneten Messabschnitt 3. Auf der kalten Seite befinden sich zwei elektrische Anschlüsse 2a, 2b.

Das Sensorelement 2 ist eingebettet in ein Füllmaterial 9a und zudem von einer stabilen Schutzhülle 4 umgeben. Der Messabschnitt 3 des Sensorelements 2 ragt aber auf der heißen Seite aus der Schutzhülle 4 hervor. Der Messabschnitt 3 ist dabei in ein gut wirmeleitendes Material 9b eingebettet und wird von der Schutzkappe 11 abgedeckt. Die Schutzkappe 11 greift dabei in einem abgedeckten Abschnitt 12 über die Schutzhülle 4.

Elemente, die bei den in Figur 2a bis Figur 5e gezeigten Hochtemperatursensoren mit den gleichen Bezugszeichen wie in Figur la bis le gekennzeichnet sind, erfüllen im Wesentlichen die gleiche Funktion wie bei dem Hochtemperatursensor gemäß Figur la bis le.

Die Figuren 2a bis 2e zeigen Quer- bzw. Längsansichten des Hochtemperatursensors 20, dessen Schutzkappe 21 du rch Wärmeeintrag mit anschließendem Verschmelzen zumindest einer Seite hergestellt wurde. Durch das Verschmelzen der Schutzkappe 21 ergibt sich dabei ein besonders stabiler, gasdichter Verschluss zwischen Schutzkappe 21 und Schutzhülle 4.

Die Figuren 3a bis 3e zeigen Quer- bzw. Längsansichten eines Hochtemperatursensors 30, dessen Schutzkappe 31 durch Verschluss der Schutzhülle mittels eines Bodenstopfens 31, insbesondere durch Verpressen und/oder Verschweißen, hergestellt wurde. Der Bodenstopfen 31 umfasst dabei einen hohlzylindrischen Abschnitt 31b, der in einem Abschnitt 32 mit der Schutzhülle 4 verpresst und anschließend verschweißt wurde. In anderen

Ausführungsformen kann hierbei nur ein Verpressen oder nur ein Verschweißen erfolgen. Der Bodenstopfen 31 umfasst weiterhin eine Scheibe 31a, die sich auf der heißen Seite des Hochtemperatursensors 30 befindet.

Die Figuren 4a bis 4e zeigen Quer- bzw. Längsansichten eines Hochtemperatursensors 40, dessen Schutzkappe 41 durch Taumeln und Schweißen an der Schutzhülse 4 befestigt wurde. Das Verschweißen erfolgte dabei in dem Verschweißbereich 42.

Die Figuren 5a bis 5e zeigen Quer- bzw. Längsansichten eines Hochtemperatursensors 50, dessen Schutzkappe 51 in einem ersten Abschnitt 51a verpresst und in einem zweiten Abschn itt 51b mit der Schutzhülle 4 verschweißt wurde.