DE10000350A1

DE10000350A1 - Sensormodul für ein elektrisches Steckergehäuse

Info

Publication number: DE10000350A1
Application number: DE2000100350
Authority: DE
Inventors: Klaus Buhle; Klaus Kind; Kersten Rimke
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2001-07-12
Also published as: DE20020805U1

Abstract

Ein Sensormodul für ein elektrisches Steckergehäuse 16 umfassend ein Sensorelement 3, ein Trägerelement 2 zum Halten des Sensorelements 1 und Kontaktmittel 4, 5 zum Erstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Sensorelement 3 und innerhalb des Steckergehäuses 2 befindlichen elektrischen Leitern, ist dadurch bestimmt, daß das Trägerelement 2 gegenüber dem Steckergehäuse 16 eine eigene zum Einsetzen in das Steckergehäuse 16 ausgelegte gegenständliche Einheit bildet und Mittel 6 aufweist, durch die das Sensorelement 3 in einer Ebene im wesentlichen parallel zur angrenzenden äußeren Oberfläche 15 des Steckergehäuses 16 gehalten ist, und daß als Kontaktmittel von dem Trägerelement 2 gehaltene Kontaktelemente 4, 5 eingesetzt sind, die das Sensorelement 3 zu seiner Kontaktierung mit zumindest einer Kontaktklammer 11 hintergreifen bezogen auf die Einsteckrichtung des Trägerelementes 2 in das Steckergehäuse 16.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensormodul, welches an einem elektrischen Steckermodul angeordnet ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Sen sormodul für ein elektrisches Steckergehäuse umfassend ein Sensorele ment, ein Trägerelement zum Halten des Sensorelements und Kontakt mittel zum Erstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Senso relement und innerhalb des Steckergehäuses befindlichen elektrischen Leitern.

Derartige Sensormodule werden beispielsweise bei elektrischen Stecker gehäusen eingesetzt, die zum Kontaktieren einer den Sauerstoffpar tialdruck in dem Abgasstrom eines Kraftfahrzeugs messenden Lambda- Sonde. Als Sensormodul ist ein als Hybridbaustein ausgebildetes Wider standselement eingesetzt, durch welches ein Abgleich des durch die Lambda-Sonde festgestellten Sauerstoffpartialdruckes mit dem aktuellen Betriebszustand erfolgen soll. Zu diesem Zweck ist bei einer vorbekannten Konzeption an das Steckergehäuse ein abragender Fortsatz angeformt, in dem zwei Blechstreifen als Leiterbahnen eingespritzt gehalten sind. An ihrem aus dem Fortsatz herausragenden Ende münden die Kontaktele mente in eine kreisförmige Ausnehmung, die zur Aufnahme des Hybrid bausteins dient. Eine elektrische Kontaktierung zwischen den Kontakte lementen und dem Hybridbaustein erfolgt durch eine Lötverbindung.

Die eingesetzten Hybridbausteine bestehen im Allgemeinen aus einer ke ramischen Grundmasse, so daß die mechanische Stabilität der durchge führten Verlötung keinen hohen Beanspruchungen ausgesetzt werden darf. Zu diesem Zweck sind die Kontaktelemente in einem Abschnitt vor ihrer Kontaktierung mit dem Hydridbaustein eine U-förmige Pufferzone ausbildend gestaltet. Durch die Materialelastizität der Pufferzone selbst soll eine ausreichende Spannungsentkopplung bei auftretenden, auf die Lötstellen wirkende Zug- oder Schubkräfte erfolgen. Bei dieser vorbe kannten Anordnung ist der Hybridbaustein in einer Ebene rechtwinklig zur Längserstreckung der in das Steckergehäuse hineinreichenden Kontak telemente angeordnet. Auftretende Zug- oder Schubkräfte, beispielsweise verursacht durch thermische Beeinflussung infolge der Materialunter schiedlichkeit zwischen den Kontaktelementen und dem umgebenden Kunststoffgehäuse, machen sich an den Lötstellen zwischen den Kontak telementen und dem Hybridbaustein als Scherkräfte bemerkbar. Die bei dieser vorbekannten Anordnung eingesetzten Spannungsentlastungsmit tel - die U-förmigen Pufferstellen - reichen jedoch nicht aus, um eine voll ständige oder weitestgehend vollständige Spannungsentkopplung herbei zuführen. Infolge dessen kann es vorkommen, daß die an den Lötstellen angreifenden Scherkräfte zu einer Zerstörung der Lötverbindung führen.

Darüber hinaus ist festzustellen, daß eine Montage der vorbekannten An ordnung, insbesondere des Sensorelementes in dem als Trägerelement dienenden Fortsatz des Steckergehäuses nicht unproblematisch ist, da der empfindliche Hybridbaustein in die kreisrunde Ausnehmung in dem Trägerelement eingedrückt werden muß und in aller Regel ein Einsetzen des Hybridbausteines bei der Bestückung des Steckergehäuses vorge nommen wird. Naturgemäß bedarf die Montage und Bestückung eines Steckergehäuses einer geringeren Sorgfalt als der Umgang mit den emp findlichen Hybridbausteinen, so daß diese beiden Montageschritte bezüg lich ihren Anforderungen an das Personal nicht unerheblich sind.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes gattungsgemäßes Sensormodul dergestalt weiterzubilden, daß nicht nur ein Umgang mit dem Sensorelement bei einer Montage vereinfacht ist, sondern bei dem eine wirkungsvollere Spannungsentkopplung der Lötstellen realisiert ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Trägerelement gegenüber dem Steckergehäuse eine eigene zum Einsetzten in das Steckergehäuse ausgelegte gegenständliche Einheit bildet und Mittel aufweist, durch die das Sensorelement in einer Ebene im wesentlichen parallel zur angrenzenden äußeren Oberfläche des Steckergehäuses ge halten ist, und daß als Kontaktmittel von dem Trägerelement gehaltene Kontaktelemente eingesetzt sind, die das Sensorelement zu seiner Kon taktierung mit zumindest einer Kontaktklammer hintergreifen bezogen auf die Einsteckrichtung des Trägerelements in das Steckergehäuse.

Bei dem erfindungsgemäßen Sensormodul ist das Trägerelement zum Halten des Sensorelementes, beispielsweise eines Hybridbausteines aus Keramik gegenüber dem Steckergehäuse als eigene gegenständliche Einheit ausgebildet. Dies ermöglicht, daß das Sensorelement bereits in das Trägerelement montiert werden kann, bevor das durch das Träger element geschützte Sensorelement tatsächlich in das Steckergehäuse eingesetzt wird. Das Trägerelement dient ebenfalls zum Tragen der als Kontaktmittel eingesetzten Kontaktelemente, die zum Kontaktieren des Sensorelementes mit dem in dem Steckergehäuse angeordneten elektri schen Leitern dienen. Eine Montage des Sensormoduls, bestehend aus dem Trägerelement, dem Sensorelement und den Kontaktelementen in das Steckergehäuse reduziert sich somit alleinig auf ein Einführen des Trägerelementes in einen entsprechend konfektionierten Montageschacht, so daß die Kontaktelemente in der jeweils vorbestimmten Art und Weise die in dem Steckergehäuse befindlichen elektrischen Leiter kontaktieren können.

Durch das Trägerelement ist das plattig ausgebildete Sensorelement in einer Ebene gehalten, die parallel bzw. im wesentlichen parallel zur äuße ren Oberfläche des Steckergehäuses verläuft. In dieser Anordnung befin det sich das Sensorelement mit seiner Flachseite etwa rechtwinklig zur Einsteckrichtung des Sensormoduls. Die durch die Kontaktelemente zu kontaktierende Oberfläche des Sensorelementes befindet sich an der von dem Steckergehäuse wegweisenden Seite des Sensorelementes. Die Kontaktelemente zum Kontaktieren der Kontaktflächen des Sensorele mentes umfassen eine Kontaktklammer, die das Sensorelement hinter greifen. Dies hat zum einen den Vorteil, daß die Kontaktklammern von außen ohne weiteres zugänglich und auch mit der Kontaktfläche des Sen sorelementes verlötet werden können. Vorteilhaft ist insbesondere jedoch, daß eine auf die Kontaktelemente in Einsteckrichtung oder entgegen die ser wirkende Längenänderung nicht zu einer Scherbeanspruchung der Lötstellen sondern zu einer Beanspruchung, die rechtwinklig zur Ebene des Sensorelementes ausgerichtet ist, führt. In dieser Richtung ist jedoch die Belastbarkeit der Lötstelle weitaus höher als gegenüber Scherkräften. Durch Ausbildung der das Sensorelement hintergreifenden Klammer er folgt eine Belastung der Lötstelle bei einer relativen Verkürzung der Kon taktelemente nicht, da dann die das Sensorelement hintergreifende Klammer zum Sensorelement hingezogen wird.

Zusätzliche Spannungsentkopplungsmittel können die Kontaktelemente kennzeichnen, wie beispielsweise U-förmige Pufferstellen oder etwa eine rechtwinklige die Pufferstelle mit der Kontaktklammer verbindende Ab winklung, an deren freiem Ende die Kontaktklammer angeordnet ist.

Es ist zweckmäßig, die Kontaktelemente mit Kontaktzungen auszustatten, die parallel zur äußeren Oberfläche des Steckergehäuses verlaufen und somit in ein in dem Steckergehäuse befindliches Buchsengehäuse ein steckbar sind. Ist vorgesehen, daß eine Kontaktierung in beide Richtun gen innerhalb des Steckergehäuses erfolgen soll, können die Kontaktele mente zwei diametral einander gegenüberliegende Kontaktzungen auf weisen. Eine Montage eines Trägerelementes mit derartigen Kontaktele menten erfolgt durch Einschwenken desselben durch eine in dem Stec kergehäuse befindliche Montageöffnung. Diese ist zweckmäßigerweise als Schacht ausgebildet und durch einen Deckel verschließbar.

Das erfindungsgemäße Sensormodul eignet sich insbesondere für die Aufnahme eines als Widerstandselement ausgebildeten Hybridbausteins, mit dem ein Abgleich eines durch eine Lambda-Sonde ermittelten Sauer stoffpartialdruckes innerhalb des Abgasstroms eines Kraftfahrzeuges er folgt.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind Bestandteil weiterer Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1: Eine schematisierte dreidimensionale Darstellung nach Art einer Explosionsansicht eines Sensormoduls für ein Steckergehäuse,

Fig. 2: Eine vergrößerte Darstellung eines Kontaktelementes des Sen sormoduls,

Fig. 3a: Eine dreidimensionale Ansicht des Sensormoduls mit einem ein gesetzten Sensorelement und den Kontaktelementen,

Fig. 3b: Eine Vorderansicht des Sensormoduls der Fig. 3a,

Fig. 4a: Ein Längsschnitt durch die Anordnung der Fig. 1 mit dem Sen sormodul bei seinem Einsetzen in das Steckergehäuse,

Fig. 4b: Das in das Steckergehäuse eingesetzte Sensormodul der Fig. 4a und

Fig. 5: Das in das Steckergehäuse eingesetzte und mit einem Deckel verschlossene Sensormodul der Fig. 1.

Ein Sensormodul 1 besteht aus einem Trägerelement 2, einem Sensor element, hier: einem als Widerstandselement ausgebildeten Hybridbau stein 3 und zwei Kontaktelementen 4, 5. Das Trägerelement 2 dient zum Halten des Hybridbausteines 3 und umfaßt zu diesem Zweck eine in das Trägerelement 2 eingebrachte Aufnahme 6, die unterseitig eine Öffnung zum Einschieben des Hybridbausteines 3 in die Aufnahme 6 aufweist. Das Trägerelement 2 dient ferner zum Halten der beiden Kontaktelemente 4, 5, die mittels Mäusezähnchen M in dem aus Kunststoff hergestellten Trägerelement 2 gehalten sind.

Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten Darstellung das Kontaktelement 4. Mit den Mäusezähnchen M ist das Kontaktelement 4 in dem Trägerelement 2 gehalten. Ausgehend von dieser Befestigung umfaßt das Kontaktelement 4 zwei einander gegenüber liegend angeordnete Kontaktzungen 7, 8, die zum Anschließen des Hybridbausteines 3 an einen elektrischen Leiter dienen. Den Kontaktzungen 7, 8 bezüglich der Befestigung des Kontak telementes 4 in dem Trägerelement 2 gegenüber liegend ist an die An ordnung der Mäusezähnchen M eine U-förmig ausgebildete Pufferstelle 9 angeordnet, die in eine rechtwinklige Abwinklung 10 übergeht. Das freie Ende der rechtwinkligen Abwinklung 10 trägt eine beidseitig wirkende Kontaktklammer 11, die aus einzelnen Kontaktarmen K₁ bis K₃ besteht. In die Kontaktklammer 11 eingeführt wird zum Kontaktieren des Hybridbau steins 3 die obere Seitenfläche 12 des Hybridbausteins 3, so daß die bei den Kontaktarme K₂, K₃ auf einer Kontaktfläche des Hybridbausteins 3 zu seiner elektrischen Kontaktierung aufliegen. Das Kontaktelement 4 weist durch die dargestellte Ausgestaltung mehrerer Elemente auf, die einer Spannungsentlastung dienen. Zunächst ist die Kontaktklammer 11 auf grund seiner Materialelastizität nachgiebig ausgebildet. Ferner ist durch die Anordnung der Kontaktklammer 11 am freien Ende der Abwinklung 10 materialelastisch nachgiebig ebenso wie die zu diesem Zweck vorgese hene Pufferstelle 9.

Das Kontaktelement 5 ist entsprechend ausgebildet wie das Kontaktele ment 4, weist jedoch im Unterschied zu dem Kontaktelement 4 lediglich eine Kontaktzunge auf.

Nach einer Montage der Kontaktelemente 4, 5 in dem Trägerelement 2 wird der Hybridbaustein 3 von unten in die Aufnahme 6 des Trägerele mentes 2 eingeschoben, bis die obere Stirnseite 12 des Hybridbausteins 3 in die Kontaktklammern 11 eingeschoben sind. Die elektrischen Kontakt felder des Hybridbausteines 3 sind mit den Bezugszeichen 13, 14 ge kennzeichnet.

Der Hybridbaustein 3 ist bezüglich seiner Ebene in dem Trägerelement 2 in einer Ebene parallel zur Ebene der angrenzenden Oberfläche 15 des Steckergehäuses 16 angeordnet. Somit befindet sich der Hybridbaustein 3 auch in einer Ebene rechtwinklig zur Richtung der Wirkung der einge setzten Zugentlastungsmittel 9, 10, 11. Insbesondere hintergreifen die Kontaktarme K₂, K₃ zur Kontaktierung des Hybridbausteines 3 diesen, so daß eine Spannungsbelastung der verlöteten Kontaktstellen 13, 14 allen falls im Zuge einer thermischen Ausdehnung der Kontaktelemente 4, 5 unterliegt, wenn die thermische Längenänderung zu einer relativen Län genvergrößerung führt. Um auch einer solchen Spannungskomponente zu begegnen, kann eine Konfektionierung zwischen den Kontaktelementen 4, 5 und dem Trägerelement 2 bzw. der Anordnung der Aufnahme 6 im Be reich der maximal auftretenden Temperaturen erfolgen, so daß sich anschließend eine thermische Spannungsbelastung nur noch in einer Län genreduzierung äußern kann, bei der die Kontaktarme K₂, K₃ einen auf die Kontaktfelder 13, 14 gerichteten Druck ausüben.

Die Fig. 3a und 3b zeigen den in das Trägerelement 2 eingesetzten Hybridbaustein 3 sowie die von dem Trägerelement 2 gehaltenen Kon taktelemente 4, 5.

Das fertig montierte Sensormodul 1 wird, wie aus Fig. 4a ersichtlich in einen Montageschacht 17 des Steckergehäuses 16 durch Einschwenken eingesetzt. Fig. 4b zeigt das in dem Montageschacht 17 eingesetzte Sensormodul 1, dessen Kontaktelemente 4, 5 nunmehr durch Einsetzen entsprechender Buchsengehäuse kontaktiert werden können. Durch die einzusetzenden Buchsengehäuse wird das Sensormodul in dem Stecker gehäuse 16 gehalten. Außenseitig abgeschlossen ist das Sensormodul durch einen Deckel 18 (vgl. auch Fig. 5), in dem ein Druckausgleichsele ment, eine PTFE-Pille 19 gehalten ist. Innenseitig ist an dem Deckel 18 ein Verriegelungsstift 18a angeformt, mit dem ein in dem Steckergehäuse 16 gehaltener Kontakteinsatz, beispielsweise ein Buchsengehäuse, durch das Aufsetzen des Deckels 18 auf den Montageschacht 17 verriegelt wird. Ferner ist vorgesehen, daß zwischen dem Deckel 18 und der vorderen Stirnseite des Montageschachtes ein Dichtring 20 angeordnet ist. In dem Deckel ist eine Lufteintrittsöffnung 21 vorgesehen.

Zusammenstellung der Bezugszeichen

1

Sensormodul

2

Trägerelement

3

Hybridbaustein

4

Kontaktelement

5

Kontaktelement

6

Aufnahme

7

Kontaktzunge

8

Kontaktzunge

9

Pufferstelle

10

Abwinklung

11

Kontaktklammer

12

obere Stirnseite

13

Kontaktfeld

14

Kontaktfeld

15

Oberfläche

16

Steckergehäuse

17

Montageschacht

18

Deckel

18

a Verriegelungsstift

19

PTFE-Pille
K₁

-K₃

Kontaktarm
M Mäusezähnchen

Claims

1. Sensormodul für ein elektrisches Steckergehäuse (16) umfassend ein Sensorelement (3), ein Trägerelement (2) zum Halten des Sen sorelements (1) und Kontaktmittel (4, 5) zum Erstellen einer elektri schen Verbindung zwischen dem Sensorelement (3) und innerhalb des Steckergehäuses (2) befindlichen elektrischen Leitern, da durch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (2) gegenüber dem Steckergehäuse (16) eine eigene zum Einsetzten in das Stec kergehäuse (16) ausgelegte gegenständliche Einheit bildet und Mittel (6) aufweist, durch die das Sensorelement (3) in einer Ebene im wesentlichen parallel zur angrenzenden äußeren Oberfläche (15) des Steckergehäuses (16) gehalten ist, und daß als Kontakt mittel von dem Trägerelement (2) gehaltene Kontaktelemente (4, 5) eingesetzt sind, die das Sensorelement (3) zu seiner Kontaktierung mit zumindest einer Kontaktklammer (11) hintergreifen bezogen auf die Einsteckrichtung des Trägerelements (2) in das Steckergehäu se (16).

2. Sensormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kontaktelement (4, 5) zum Kontaktieren eines in dem Stec kergehäuse aufgenommenen Steckverbindungteils zumindest eine Kontaktzunge (7, 8) aufweist, deren Längserstreckung im wesentli chen parallel zur äußeren Oberfläche (15) des Steckergehäuses (16) verlaufend angeordnet ist.

3. Sensormodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (4, 5) zwischen ihrer Kontaktzunge (7, 8) und ih rer Kontaktklammer (11) zusätzliche Mittel (9, 10) zur Spannungs entlastung aufweisen.

4. Sensormodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsentlastungsmittel eine U-förmige Pufferstelle (9) sowie eine etwa rechtwinklige, die Pufferstelle (9) mit der Kontaktklammer (11) verbindende Abwinklung (10), an deren freiem Ende die Kon taktklammer (11) angeordnet ist, umfassen.

5. Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß zumindest ein Kontaktelement (4) zum Kontak tieren elektrischer Leiter in gegenüberliegenden Richtungen zwei einander gegenüberliegende Kontaktzungen (7, 8) aufweist.

6. Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Sensormodul (1) in dem Steckergehäuse in einem durch einen Deckel (18) verschließbaren Montageschacht (17) gehalten ist.

7. Sensormodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Deckel (18) ein Verriegelungsstift (18a) zum Verriegeln eines Kontakteinsatzes in dem Steckergehäuse (16) angeformt ist.

8. Sensormodul nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (18) Träger eines Druckausgleichelements (19) für das Sensorelement (3) ist.

9. Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß das Sensorelement ein als Widerstandsele ment ausgebildeter Hybridbaustein (3) eingesetzt zum Abgleich ei nes ermittelten Sauerstoffpartialdruckwertes innerhalb des Ab gasstrom eines Kraftfahrzeuges ist und durch das Steckergehäuse (16) eine Kontaktierung einer zur Messung des Sauerstoffpar tialdruckes eingesetzten Lambda-Sonde erfolgt.