DE10132828A1

DE10132828A1 - Gasmessfühler

Info

Publication number: DE10132828A1
Application number: DE10132828A
Authority: DE
Inventors: Helmut Weyl; Juergen Wilde
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2003-01-16
Also published as: US20030019751A1; JP2003075398A; US6878252B2

Abstract

Es wird ein Gasmeßfühler (10), insbesondere ein Meßfühler zur Bestimmung der Konzentration oder der Temperatur einer Gaskomponente, mit einem Gehäuse (30) vorgeschlagen, in dem ein Sensorelement (21) mit mindestens einer Kontaktfläche (22) angeordnet ist. Die Kontaktfläche (22) steht in leitender Verbindung mit einem Leiterelement (23). Das Sensorelement (21) mit der Kontaktfläche (22) sowie dem Leiterelement (23) ist zwischen zwei einander gegenüberliegend angeordneten Kontakthaltern (24a, 24b, 124) angeordnet. Das Leiterelement (23) wird mittels eines am Kontakthalter (24a, 24b, 124) angreifenden Federelements (25, 125) auf die Kontaktfläche (22) gedrückt. Die Kontakthalter (24a, 24b, 124) weisen auf den einander zugewandten Seiten jeweils mindestens eine Aussparung (62a, 62b, 172) und eine Erhebung (61a, 61b, 174) auf. Die Erhebung (61a, 61b, 174) des einen Kontakthalters (24a, 24b, 124) greift in die Aussparung (62a, 62b, 172) des anderen Kontakthalters (24a, 24b, 124) und umgekehrt ein.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Gasmeßfühler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Gasmeßfühler ist beispielsweise aus der EP 0 506 897 B1 zum Einsatz in der Abgasanalyse von Verbrennungsmotoren bekannt. Derartige Gasmeßfühler weisen ein metallisches Gehäuse auf, in dem elektrisch isoliert ein längliches, planares Sensorelement mit einem meßseitigen und einem anschlußseitigem Bereich angeordnet ist. Das Sensorelemente weist im anschlußseitigen Bereich Kontaktflächen auf, die mit einer im meßseitigen Bereich befindlichen Meßstelle elektrisch verbunden sind. Der Gasmeßfühler weist weiterhin eine Kontaktiervorrichtung auf, die Leiterelemente enthält, die in leitender Verbindung mit den Kontaktflächen des Sensorelementes stehen und aus dem Gehäuse herausgeführt sind. Die Leiterelemente werden durch ein an zwei einander gegenüberliegenden Kontakthaltern angreifendes Federelement auf die Kontaktflächen gedrückt.
Hierbei ist nachteilig, daß die Kontakthalter sich insbesondere bei der Montage gegeneinander verdrehen können. Dadurch kann es zu einer fehlerhaften Kontaktierung des Sensorelements kommen.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Gasmeßfühler mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil einer sicher fixierten Kontaktiervorrichtung. Hierzu ist vorgesehen, daß die Kontaktiereinrichtung mindestens zwei Kontakthalter aufweist, wobei der eine Kontakthalter auf der dem anderen Kontakthalter zugewandten Seite mindestens eine Erhebung aufweist, die jeweils in eine entsprechende Aussparung des anderen Kontakthalters eingreift.
Hierdurch wird erreicht, daß die Kontakthalter sicher gegeneinander fixiert sind, so daß ein Verrutschen oder Verdrehen der Kontakthalter gegeneinander, beispielsweise bei der Montage oder im in den Gasmeßfühler eingebauten Zustand, verhindert wird.
Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Gasmeßfühlers möglich.
Eine sichere Fixierung ist gewährleistet, wenn die Erhebungen und/oder Aussparungen der Kontakthalter halbkugelförmig, pyramidenförmig oder halbzylinderförmig sind, und wenn die Erhebung des einen Kontakthalters die entsprechende Aussparung des anderen Kontakthalters wenigstens näherungsweise vollständig ausfüllt.
Sind auf jedem Kontakthalter zwei Erhebungen beziehungsweise eine Erhebung und eine Aussparung beziehungsweise zwei Aussparungen vorgesehen, die in die entsprechenden Erhebungen und/oder Aussparungen des gegenüberliegenden Kontakthalters eingreifen, so wird auch bei halbkugelförmigen Erhebungen und Aussparungen ein Verdrehen der Kontakthalter gegeneinander wirkungsvoll verhindert.
Eine fertigungstechnischer Vereinfachung ergibt sich weiterhin, wenn die einander gegenüberliegenden Kontakthalter formgleich sind. Hierzu kann vorgesehen sein, daß Erhebung und Aussparung eines Kontakthalters in einer Ebene angeordnet sind, die senkrecht auf der Längsachse des Sensorelements steht. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Erhebungen und/oder Aussparungen können die Kontakthalter bei der Montage eine definierte Kippbewegung ausführen, die den Montageprozeß vereinfacht. Bei dieser Kippbewegung dienen die Erhebungen beziehungsweise Aussparungen als Gelenke.

Zeichnung

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Gasmeßfühler nach dem Stand der Technik mit einer Kontaktiervorrichtung, Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kontaktiervorrichtung nach der Linie II-II in Fig. 3, Fig. 3 eine Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Kontaktiervorrichtung nach der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 bis 9 verschiedene Ansichten eines Kontakthalters eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gasmeßfühlers und
Fig. 10 ein Federelement des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gasmeßfühlers.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt einen Gasmeßfühler 10 nach dem Stand der Technik mit einem metallischen Gehäuse 30, in dem ein anschlußseitiges und ein meßgasseitiges Keramikformteil 35, 37 angeordnet sind. Die beiden Keramikformteile 35, 37 weisen jeweils einen zueinander fluchtend verlaufenden Durchbruch 43 auf, in dem sich ein plättchenförmiges Sensorelement 21 mit einem meßgasseitigen Endabschnitt 41 und einem anschlußseitigen Endabschnitt 42 befindet.
Zwischen dem anschlußseitigen und dem meßgasseitigen Keramikformteil 35, 37 ist ein Dichtelement 36 angeordnet. Der meßgasseitige Endabschnitt 41 des Sensorelements 21 ragt aus dem Gehäuse 30 heraus und ist von einem Schutzrohr 32 umgeben, das am Gehäuse 30 festgelegt ist. Der Gasmeßfühler 10 ist mittels eines Kragens 34 in einer nicht dargestellten Meßöffnung eines Meßgasraumes, beispielsweise einer Abgasleitung eines Verbrennungsmotors, befestigt. Das zu messende Gas erreicht durch Ein- und Austrittsöffnungen 33 des Schutzrohres 32 eine auf dem meßgasseitigen Endabschnitt 41 des Sensorelements 21 befindliche Meßstelle 40.
Der anschlußseitige Endabschnitt 42 des Sensorelements 21 weist Kontaktflächen 22 auf, für die eine Kontaktiervorrichtung 20 mit Leiterelementen 23, Kontakthaltern 24 und einem Federelement 25 vorgesehen ist. Die Leiterelemente 23 führen aus dem Gehäuse 30 heraus in eine nicht dargestellte Anschlußleitung, die mit einer ebenfalls nicht dargestellten Auswerteelektronik verbunden ist. Das Gehäuse 30 ist anschlußseitig durch eine Scheibe 29 abgeschlossen, die Durchbrüche für die Leiterelemente 23 aufweist.
Die Fig. 2 bis 10 zeigen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gasmeßfühlers, die sich von den in Fig. 1 dargestellten Gasmeßfühler nach dem Stand der Technik in der Ausgestaltung der Kontaktiervorrichtung unterscheiden.
Die Fig. 2 und 3 zeigen den Bereich der Kontaktiervorrichtung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dabei wurden einander entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. Der anschlußseitige Endabschnitt 42 des Sensorelements 21 weist vier Kontaktflächen 22 auf, von denen jeweils zwei auf den beiden außen liegenden Großflächen des Sensorelements 21 angeordnet sind. Auf der dem Sensorelement 21 zugewandten Seite zweier Kontakthalter 24a, 24b der Kontaktiervorrichtung 20 sind je zwei Vertiefungen 26 vorgesehen, in denen die Leiterelemente 23 angeordnet sind. Mit dem aus den Vertiefungen 26 herausragenden Teil stehen die Leiterelemente 23 in Kontakt zu den jeweiligen Kontaktflächen 22 des Sensorelements 21. Die Leiterelemente 23 werden durch das an den Kontakthaltern 24a, 24b angreifende Federelement 25 auf die Kontaktflächen 22 gepreßt.
Die Vertiefung 26 des Kontakthalters 24a, 24b ist nicht nur auf der den Kontaktflächen 22 des Sensorelements 21 zugewandten Seite vorgesehen, sondern umläuft den Kontakthalter 24a, 24b auch auf der dem Messgasraum zugewandten Seite und zumindest bereichsweise auf der den Kontaktflächen 22 des Sensorelements 21 abgewandten Seite. Das Leiterelement 23 verläuft in dieser Vertiefung 26 und ist durch seine entsprechende hakenartige Formung an dem Kontakthalter 24a, 24b festgelegt.
Das Federelement 25 liegt in einer Raststufe 27 der beiden Kontakthalter 24a, 24b und drückt über die Kontakthalter 24a, 24b die Leiterelemente 23 auf die jeweiligen Kontaktflächen 22 des Sensorelements 21. Die Raststufe 27 ist in Höhe der Kontaktflächen 22 angeordnet, das heißt, die Kontaktflächen 22 liegen zumindest bereichsweise im Inneren des in der Raststufe 27 befindlichen ringförmigen Federelements 25. Die Kontakthalter 24a, 24b weisen eine weitere Raststufe 28 auf, in der das Federelement 25 ohne Vorspannung oder mit geringerer Vorspannung als in der Raststufe 27 aufliegt und von der aus das Federelement 25 über eine Schräge 39 und eine Rasterhebung 51 auf die Raststufe 27 geschoben werden kann.
Die Kontakthalter 24a, 24b weisen jeweils eine Erhebung 61a, 61b und eine Aussparung 62a, 62b auf, wobei in montiertem Zustand die Erhebung 61a des einen Kontakthalters 24a in die Aussparung 62b des anderen Kontakthalters 24b greift.
Umgekehrt wird die Aussparung 62a des einen Kontakthalters 24a durch die Erhebung 61b des anderen Kontakthalters 24b ausgefüllt. Die Erhebung 61a, 61b füllt dabei die entsprechende Aussparung 62a, 62b nahezu vollständig aus.
Die Fig. 4 bis 10 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in der Gestaltung des Kontakthalters 124 und des Federelements 125 unterscheidet.
Das in Fig. 10 dargestellte Federelement 125 ist ein ringförmig geschlossenes gestanztes Scheibenteil mit einer im Querschnitt im wesentlichen H-förmigen Öffnung, das zwei einwärts gerichtete Zungen 126 aufweist. Wird das Federelement 125 über die Kontakthalter 124 geschoben, so werden die Zungen 126 entgegen der Aufschubrichtung weggebogen. Gleichzeitig wölbt sich das scheibenförmige Federelement 125, wobei die Konkavseite der gewölbten Scheibe in Aufschubrichtung weist.
Die Fig. 4 zeigt die dem zu halternden Sensorelement 21 (nicht dargestellt) zugewandte Seite des Kontakthalters 124. Die entgegengesetzte Seite des Kontakthalters 124 ist in Fig. 6 dargestellt. Die Fig. 8 und 9 zeigen die beiden Stirnseiten des Kontakthalters 124, und die Fig. 5 und 7 zeigen Schnittbilder entsprechend den Schnittlinien V-V in Fig. 4 beziehungsweise VII-VII in Fig. 6.
Wie insbesondere aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, besitzt der Kontakthalter 124 auf seiner Außenseite eine axiale Furche 116, in die das Federelement 125 mit einer seiner Zungen 126 eingreift. Der Boden der Furche 116 besitzt an dem in den Fig. 6 und 7 linken Ende des Kontakthalters 124 eine erste Rasterhebung 161, an die sich nach rechts eine erste Raststufe 162 anschließt. Diese geht nach rechts in eine Schräge 163 über, an die eine zweite Rasterhebung 164 sowie eine dahinter liegende zweite Raststufe 165 anschließen.
Wenn also das Federelement 125 der Fig. 10 mit seinen Zungen 126 über die erste Rasterhebung 161 hinweg auf die erste Raststufe 162 geschoben wird, nimmt das Federelement 125 eine erste Rastlage ein. Bei weiterer Verschiebung des Federelementes 125 in den Fig. 6 und 7 nach rechts werden die Zungen 126 - unter zunehmender Verbiegung der Zungen 126 sowie des gesamten Federelements 125 - über die Schräge 163 sowie die zweite Rasterhebung 164 hinweg in eine stark verspannte zweite Rastlage gebracht, in der die Zungen 126 gegen die zweite Raststufe 165 gespannt sind und das ringscheibenförmige Federelement 125 an einer Anschlagfläche 166 des Kontakthalters 124 anliegt.
Eine Besonderheit des in den Fig. 4 bis 9 dargestellten Kontakthalters 124 besteht darin, daß dieser zusammen mit einem gleichartigen Kontakthalter 124 ein zur Aufnahme des Sensorelements 21 geeignetes Maul bildet, mit dem das Sensorelement 21 zangenartig erfaßt werden kann.
Hierzu besitzt der Kontakthalter 124 gemäß den Fig. 4, 5 und 7 an seinem in der Zeichnung linken Ende einen Vorsprung 171 mit einer im Querschnitt etwa halbkreisförmigen Aussparung 172 sowie einen weiteren Vorsprung 173 mit einer zur Aussparung 172 gegengleichen Erhebung 174.
Bei paarweiser Anordnung des in den Fig. 4 bis 9 dargestellten Kontakthalters 124 nimmt die Aussparung 172 des einen Andruckkörpers die Erhebung 174 des anderen Andruckkörpers und umgekehrt auf. Die Vorsprünge 171 und 173 mit ihren Aussparungen 172 beziehungsweise Erhebungen 174 bilden damit ein "Kiefergelenk", welches durch das Federelement 125 der Fig. 10 zusammengehalten wird, wenn dessen Zungen 126 auf den Rastflächen der ersten Raststufen 162 sitzen.
Am in den Fig. 4 und 7 rechten Ende des Kontakthalters 124 ist ein seitlicher Vorsprung 181 angeordnet, welcher auch in den Ansichten der Fig. 8 und 9 sichtbar ist. Wenn also zwei Kontakthalter 124 der in den Fig. 4 bis 9 dargestellten Art paarweise unter Bildung des vorgenannten Kiefergelenkes angeordnet werden, ist der seitliche Vorsprung 181 jedes Kontakthalters 124 gegen einen gegenüberliegenden flachen Bereich ohne Vorsprung am anderen Kontakthalter 124 gerichtet.
Die Vorsprünge 171, 173, 181 und die Aussparungen 172 und Erhebungen 174 sind derart gestaltet, daß die Kontakthalter 124 bei einer Verschiebung des Federelements 125 von der ersten Raststufe 162 in die zweite Raststufe 165 gegeneinander eine Kippbewegung ausführen. Liegt das Federelement 125 in der ersten Raststufe 162, so ist der Abstand der beiden Kontakthalter 124 auf der dem Sensorelement 21 zugewandten Seite so groß, daß sich das Sensorelement 21 zwischen die Kontakthalter 124 und die in den Leiterelementaussparungen 183 angeordneten Leiterelemente 23 einschieben läßt. Wird das Federelement 125 in die zweite Raststufe 165 geschoben, so werden die Leiterelemente 23 durch eine Kippbewegung der Kontakthalter 124 auf die Kontaktflächen 22 des Sensorelements 21 gepreßt. Bei dieser Kippbewegungen wirken die ineinandergreifenden Aussparungen 172 und Erhebungen 174 kugelgelenkartig.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform weisen die Kontakthalter stiftförmige oder quaderförmige Erhebungen und/oder Aussparungen auf, die insbesondere der Fixierung der Kontakthalter gegeneinander dienen. Derartige Erhebungen und Aussparungen können seitlich neben den Erhebungen 61a, 61b, 174 und Aussparungen 62a, 62b, 172 angeordnet sein, die aufgrund ihrer Formung eine Kippbewegung der Kontakthalter 24a, 24b, 124 ermöglichen, und dienen insbesondere der seitlichen Führung der Kippbewegung sowie als weitere Fixierung der Kontakthalter gegeneinander.

Claims

1. Gasmeßfühler (10), insbesondere Meßfühler zur Bestimmung der Konzentration oder der Temperatur einer Gaskomponente, mit einem in einem Gehäuse (30) angeordneten Sensorelement (21), das mindestens eine Kontaktfläche (22) aufweist, die in leitender Verbindung mit einem Leiterelement (23) steht, wobei ein erster und ein zweiter Kontakthalter (24a, 24b, 124) vorgesehen sind, die einander gegenüberliegen und zwischen denen das Sensorelement (21) mit der Kontaktfläche (22) sowie dem Leiterelement (23) angeordnet ist, und wobei das Leiterelement (23) mittels mindestens eines an dem ersten und/oder dem zweiten Kontakthaltern (24a, 24b, 124) angreifenden Federelements (25, 125) auf die Kontaktfläche (22) gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Kontakthalter (24a, 24b, 124) mindestens eine Erhebung (61a, 61b, 174) aufweist, die in eine Aussparung (62a, 62b, 172) des anderen Kontakthalters (24b, 24a, 124) eingreift.

2. Gasmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Kontakthalter (24a, 24b, 124) auf den einander zugewandten Seiten jeweils mindestens eine Aussparung (62a, 62b, 172) und mindestens eine Erhebung (61a, 61b, 174) aufweisen, und daß die Erhebung (61a, 61b, 174) des einen Kontakthalters (24a, 24b, 124) jeweils in die Aussparung (62a, 62b, 172) des anderen Kontakthalters (24b, 24a, 124) eingreift.

3. Gasmeßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontakthalter mindestens zwei Erhebungen und der zweite Kontakthalter mindestens zwei Aussparungen aufweist, und daß die Erhebungen des ersten Kontakthalters in die Aussparungen des zweiten Kontakthalters eingreifen.

4. Gasmeßfühler nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebung (61a, 61b, 174) und die Aussparung (62a, 62b, 172) des Kontakthalters (24a, 24b, 124) halbkugelförmig, pyramidenförmig, halbzylinderförmig, stiftartig oder quaderförmig sind.

5. Gasmeßfühler nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontakthalter seitlich neben den halbkugelförmigen, pyramidenförmigen oder halbzylinderförmigen Erhebungen beziehungsweise Aussparungen mindestens eine weitere, stiftartig oder quaderförmig Erhebung vorgesehen ist, die in eine entsprechende stiftartige oder quaderförmige Aussparung des gegenüberliegenden Kontakthalters eingreift.

6. Gasmeßfühler nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (61a, 61b, 174) und die Aussparungen der Kontakthalter (24a, 24b, 124) in einer Ebene liegen, die senkrecht auf der Längsachse des Sensorelements (21) steht.

7. Gasmeßfühler nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (174) und die Aussparungen (172) der Kontakthalter (124) derart ineinandergreifen, daß die beiden Kontakthalter (124) gegeneinander verkippbar sind.

8. Gasmeßfühler nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebung (61a, 61b, 174) die Aussparung (62a, 62b, 172) wenigstens näherungsweise vollständig ausfüllt.

9. Verfahren zur Herstellung eines Gasmeßfühlers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zwei einander gegenüberliegend angeordnete Kontakthalter (124) vorgesehen sind, die durch ein Federelement (125) gegeneinander und/oder gegen das Sensorelement (21) eingespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakthalter (124) mit dem Leiterelement oder den Leiterelementen (23) auf das Sensorelement (21) aufgesetzt werden, wobei das Federelement (125) in den weiteren Raststufen (162) angeordnet ist, und daß das Federelement (125) anschließend über die Schräge (163) in die Raststufen (165) geschoben wird, wodurch sich der Abstand der beiden Kontakthalter (124) im Bereich der Kontaktflächen (22) des Sensorelements (21) durch eine Kippbewegung der Kontakthalter (124) vermindert und die Leiterelemente (23) auf die Kontaktflächen (22) des Sensorelements (21) gedrückt werden, und wobei die ineinandergreifenden Aussparungen (172) und Erhebungen (174) der Kontakthalter (124) als Gelenk für die Kippbewegung dienen.

10. Verfahren zur Herstellung eines Gasmeßfühlers nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebung (174) und die Aussparung (172) des Kontakthalters (124) halbkugelförmig oder halbzylinderförmig sind, und daß die Kontakthalter (124) formgleich sind.