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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Gassensor zur Bestimmung einer physikalischen
Eigenschaft eines Messgases, insbesondere der Konzentration einer
Gaskomponente oder der Temperatur des Abgases von Brennkraftmaschinen,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
einem bekannten Gassensor oder Gasmessfühler dieser Art
(
DE 195 42 650 A1 oder
DE 196 11 572 A1 )
besteht der Kontakthalter aus zwei Keramikformstücken,
die auf voneinander abgekehrten Großflächen des
Sensorelements unter Zwischenlage von Kontakt-Flachfedern aufliegen
und von einem ringförmigen Federelement zusammengehalten
und auf das Sensorelement aufgepresst werden. Der Kontakthalter
liegt im Innern einer über die stirnseitige Öffnung
des Sensorgehäuses hinweggreifende und auf dem Sensorgehäuse
verschweißte Schutzhülse ein und ist mittels Stege
radial an der Schutzhülse abgestützt. In die vom
Sensorgehäuse abgekehrte Öffnung der Schutzhülse
ist ein als Kabeldurchführung ausgebildetes Verschlusselement eingesetzt,
das die Schutzhülse gasdicht abschließt. Die im
Kontakthalter einliegenden Kontakt-Flachfedern sind mit elektrischen
Leitern eines mehradrigen Anschlusskabels vercrimpt, wobei die einzelnen Crimpverbindungen
voneinander separiert innerhalb des Verschlusselements einliegen.
Anschlusskabel und Schutzhülse mit einliegendem Verschlusselement
und intergriertem Kontakthalter bilden eine sog. Kabelbaumbaugruppe,
die mit dem Sensorgehäuse und dem darin verbauten Sensorelement
gefügt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Gassensor mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 hat den Vorteil einer erleichterten Kontaktierung des
Sensorelements bei der automatischen Montage der Kabelbaumbaugruppe,
die auch Form- und Lageabweichungen des aus dem Sensorgehäuse
vorstehenden Endabschnitts des Sensorelements ohne Vergrößerung
der Ausschussquote zu akzeptieren vermag. Eine häufiger auftretende
Formabweichung ist eine Schieflage des Endabschnitts des Sensorelements
gegenüber dem Sensorgehäuse, eine Formabweichung
z. B. eine Krümmung des Endabschnitts. Durch die zumindest bereichsweise
konvexe Vorwölbung der am Sensorgehäuse sich anlegenden
Stirnseite des Kontakthalters kann der Kontakthalter bei ausreichender
Kontaktsicherheit sich schief auf das Sensorgehäuse aufsetzen,
so dass keine schädigenden Querkräfte auf das
Sensorelement wirken.
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Durch
die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch
1 angegebenen Gassensors möglich.
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Die
Montagefreundlichkeit beim Fügen von Kabelbaumbaugruppe
und Sensorgehäuse mit darin verbautem Sensorelement wird
noch dadurch verbessert, dass gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung beide Stirnflächen
des Kontakthalters zumindest bereichsweise konvex geformt sind,
wobei die vom Sensorgehäuse abgekehrte Stirnfläche
sich an einer vorzugsweise ebenen Stirnfläche einer Isolierbuchse
abstützt, in die die Kontaktfedern hineinragen und dort
mit einzelnen, voneinander separierten, elektrischen Leitern eines
mehradrigen Anschlusskabels elektrisch leitend verbunden sind. Obwohl
Kontakthalter und Isolierbuchse einen festen Bauteileverbund bilden,
kann sich der Kontakthalter während der Montage gegenüber
der Isolierbuchse seitlich neigen (kippen) und seitlich sich in Grenzen
verschieben. Alternativ kann auch die dem Kontakthalter zugekehrte
Stirnfläche der Isolierbuchse konvex vorgewölbt
und die anliegende Stirnfläche des Kontakthalters plan
ausgebildet sein. Auch bei dieser alternativen Ausführungsform
bilden sich an den Berührungsstellen von Kontakthalter
und Isolierbuchse einerseits und Kontakthalter und Sensorgehäuse
andererseits Loslager mit drei Freiheitsgraden, die dem Kontakthalter
die beschriebene, vorteilhafte Beweglichkeit in seiner Ausrichtung
gegenüber Sensorelement und Sensorgehäuse verleihen.
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Die
Grenzen für die seitliche Verschiebbarkeit des Kontakthalters
können dadurch vergrößert werden, dass
gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung die Aufnahme der Verbindungsbereiche von Kontaktfedern
und elektrischen Leitern des Anschlusskabels in der Isolierbuchse
mit Querspiel erfolgt, so dass die Kontaktfedern bei der Querverschiebung
des Kontakthalters mit ausweichen können.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Kontakthalter über
die Isolierbuchse auf dem Sensorgehäuse mittels einer Steckhülse
aufgespannt, die sich mit einer Ringschulter an die Isolierbuchse
axial anpresst, das Sensorgehäuse übergreift und
darauf festgesetzt, z. B. verschweißt, ist. Am vom Sensorgehäuse
abgekehrten Ende ist die Steckhülse mit einem dichtenden
Verschlusselement verschlossen, durch das die Adern des mehradrigen
Anschlusskabels einzeln hindurchgeführt sind. Anschlusskabel
und Steckhülse mit Verschlusselement, Isolierbuchse und
Kontakthalter bilden eine montagefreundliche Kabelbaumbaugruppe,
die schnell und komplikationsfrei mit dem Sensorgehäuse
und dem darin verbauten Sensorelement automatisch gefügt werden
kann und dabei eine zuverlässige Kontaktierung des Sensorelements
gewährleistet, ohne dass schädigende Belastungen
am Sensorelement auftreten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
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1 ausschnittweise
einen Längsschnitt eines Gassensors,
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2 eine
perspektivische Vorderansicht eines Kontakthalters des Gassensors
in 1, im Längsschnitt,
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3 eine
perspektivische Darstellung der Rückansicht des Kontakthalters
in 2.
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Der
in 1 ausschnittweise im Längsschnitt dargestellte
Gassensor dient zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft
eines Messgases. Er wird vorzugsweise im Abgastrakt von Brennkraftmaschinen
eingesetzt, um die Konzentration von Gaskomponenten im Abgas, wie
Sauerstoff oder Stickoxide, oder die Temperatur des Abgases zu erfassen.
Der Gassensor weist ein Sensorgehäuse 11 mit Befestigungsmitteln
für den Einbau in ein Messrohr oder Abgasrohr auf. Die
hier nicht dargestellten Befestigungsmittel können beispielsweise
ein Gewinde sein, mit dem das Sensorgehäuse 11 in
einen am Mess- oder Abgasrohr vorhandenen Anschlussstutzen eingeschraubt
wird. Zur Einschraubmontage dient ein Schlüsselsechskant 111,
der einstückig am Sensorgehäuse 11 angeformt
ist. Das Sensorgehäuse 11 weist einen Durchgangskanal 112 auf,
in dem ein Sensorelement 12 so verbaut ist, dass es über
die stirnseitigen Öffnungen des Durchgangskanals 112 im
Sensorgehäuse 11 mit einem nicht dargestellten, messgasseitigen
Endabschnitt auf der einen Seite des Sensorgehäuses 11 und
mit einem anschlussseitigen Endabschnitt 121 auf der anderen
Seite des Sensorgehäuses 11 jeweils vorsteht.
Der messgasseitige Endabschnitt trägt bekannterweise gassensitive
Elektroden, die über Leiterbahnen mit auf den anschlussseitigen
Endabschnitt 121 ausgebildeten Kontaktflächen 13 verbunden
sind. Über die Kontaktflächen 13 ist
das Sensorelement 12 an einem zu einem Steuergerät
führenden, mehradrigen Anschlusskabel 14 angeschlossen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sensorelement 12 stabförmig
mit zwei voneinander abgekehrten Großflächen ausgebildet,
und im anschlussseitigen Endabschnitt 121 sind auf jeder
Großfläche zwei Kontaktflächen 13 angeordnet.
Die Verbauung des Sensorelements 12 im Sensorgehäuse 11 erfolgt
mittels eines Dichtungspakets 15, das beispielsweise aus zwei
Keramikformteilen 16, 17 und einem Dichtelement 18 besteht.
Das Dichtelement 18 ist zwischen den Keramikformteilen 16, 17 axial
so zusammengedrückt, dass es sich einerseits an die Kanalwand
des Durchgangskanals 112 und andererseits an das Sensorelement 12 gasdicht
anpresst.
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Die
Kontaktierung des Sensorelements 12 erfolgt mittels einer
sog. Kabelbaumbaugruppe, die vormontiert und dann mit dem Sensorgehäuse 11 und
dem darin verbautem Sensorelement 12 gefügt wird,
wobei die Kabelbaumbaugruppe zugleich auf den aus der anschlussseitigen
stirnseitigen Öffnung 112a des Durchgangskanals 112 im
Sensorgehäuse 11 vorstehenden, anschlussseitigen
Endabschnitt 121 des Sensorelements 12 und auf
einen im anschlussseitigen Enbereich des Sensorgehäuses 11 ausgebildeten
Aufschiebeabschnitt 114 aufgeschoben wird.
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Zentrales
Element der Kabelbaumbaugruppe ist ein Kontakthalter 20,
in dem eine der Anzahl der Kontaktflächen 13 auf
dem Sensorelement 12 entsprechende Zahl von Kontaktfedern 21 eingelegt ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Kontakthalter 20,
der in 1 im Längsschnitt und in 2 und 3 in
verschiedenen Ansichten perspektivisch dargestellt ist, vier Kontaktfedern 21 vorhanden.
Jede Kontaktfeder 21 weist einen Kontaktbügel 211 zur
Kontaktierung einer Kontaktfläche 13 des Sensorelements 12 und
eine mit dem Kontaktbügel 211 einstückige
Kontaktzuge 212 auf, die auf der einen Stirnseite des Kontakthalters 20 über
dessen Stirnfläche 201 vorsteht. Die Kontaktfedern 21 sind
in entsprechend ausgebildete Nuten 203 (2 und 3)
in dem aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Kontakthalter 20 voneinander
separiert eingelegt. Mittig im Kontakthalter 20 ist ein
Einsteckkanal 19 für den anschlussseitigen Endabschnitt 121 des
Sensorelements 12 mit einem gegenüber dem Querschnitt
des Endabschnitts 121 größeren lichten Querschnitt
vorhanden, so dass der Endabschnitt 121 mit deutlichem
Spiel in dem Einsteckkanal 19 aufnehmbar ist. In den Einsteckkanal 19 ragen
die in den Nuten 203 einliegenden Kontaktfedern 21 mit
ihren Kontaktbügeln 211 hinein. Die aus dem Kontakthalter 20 herausragenden
Kontaktzungen 212 sind mit elektrischen Leitern 22 des
mehradrigen Anschlusskabels 14 elektrisch leitend verbunden,
z. B. durch Löten oder Schweißen, wozu bei den
einzelnen Adern des Anschlusskabels 14 im Bereich der elektrischen
Verbindung eine Ummantelung 23 von den Leitern 22 entfernt
ist. Die Verbindungsstellen von elektrischen Leitern 22 und
Kontaktzungen 212 sind in eine Isolierbuchse 24 aus
elektrisch isolierendem Material eingezogen und in Durchgangsbohrungen 242 der
Isolierbuchse 24 voneinander separiert mit Spiel aufgenommen,
wobei gleichzeitig die Stirnfläche 201 des Kontakthalters 20 an
der Stirnfläche 241 der Isolierbuchse 24 zur
Anlage kommt. Eine der beiden Stirnflächen 201, 241 ist
dabei zumindest bereichsweise konvex und eine plan ausgeführt.
Bevorzugt ist dabei die kontakthalterseitige Stirnfläche 201 konvex
geformt und die isolierbuchsenseitige Stirnfläche 241 eben,
wie dies in 1 zu sehen ist.
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Die
Bauteilgruppe aus Kontakthalter 20 und Isolierbuchse 24 ist
in einer Steckhülse 25 aufgenommen, die einen
durchmessergrößeren Hülsenabschnitt 251 und
einen durchmesserkleineren Hülsenabschnitt 252 aufweist.
Im Übergangsbereich beider Hülsenabschnitte 251, 252 ist
eine umlaufende Schrägschulter 253 ausgebildet,
an die die Isolierbuchse 24 mit ihrem vom Kontakthalter 20 abgekehrten
Stirnende angelegt ist. In den durchmesserkleineren Hülsenabschnitt 252 ist
ein eine Kabeldurchführung bildendes Verschlusselement 26 eingesetzt, durch
das die einzelnen Adern des Anschlusskabels 14, d. h. die
die Ummantelung 23 tragenden elektrischen Leiter 22,
einzeln hindurchgeführt sind. Das Verschlusselement 26,
das beispielsweise aus Gummi oder einem anderen Elastomer besteht,
ist hochtemperaturfest und presst sich an die Hülsenwand des
kleineren Hülsenabschnitt 252 und an die Adern des
Anschlusskabels 14 an. Der durchmessergrößere
Hülsenabschnitt 251 ist an den Außendurchmesser
des auf dem Sensorgehäuse 11 ausgebildeten Aufschiebeabschnitt 114 angepasst
und steht weit über den Kontakthalter 20 vor.
Das Vorstandsmaß ist so gewählt, dass die Steckhülse 25 dann
auf den Aufschiebeabschnitt 114 aufgleitet, wenn der Kontakthalter 20 sich
bereits schon teilweise auf den anschlussseitigen Endabschnitt 121 des
Sensorelements 12 aufgeschoben hat.
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Beim
Fügen der aus Steckhülse 25, Kontakthalter 20,
Isolierbuchse 24, Verschlusselement 26 und Anschlusskabel 14 bestehenden
und vormontierten Kabelbaumbaugruppe auf das Sensorgehäuse 11 mit
verbautem Sensorelement 12 wird die Kabelbaubaumgruppe
so aufgesetzt, dass der anschlussseitige Endabschnitt 121 des
Sensorelements 12 in den Einsteckkanal 19 im Kontakthalter 20 eingeführt
wird, wobei die Kontaktfedern 21 mit ihren Kontaktbügeln 211 auf
das Sensorelement 12 aufgleiten. Aufgrund des durch die
zumindest bereichsweise Vorwölbung der Stirnfläche 201 des Kontakthalters 20 an
der Berührungsstelle von Kontakthalter 20 und
Isolierbuchse 24 sich ausbildenden Loslagers mit drei Freiheitsgraden
und auch der begrenzten Querverschieblichkeit der Verbindungsstellen
von Kontaktzungen 212 und elektrischen Leiter 22 in
der Isolierbuchse 24 kann sich der Kontakthalter 20 seitlich
verschieben und kippen, so dass bei Lageabweichung des Sensorelements 12 relativ
zum Sensorgehäuse 11 der Kontakthalter 20 sich
dieser Lageabweichung anzupassen vermag und keine Querkräfte
auf das Sensorelement 12 aufbringt. Bei weiterem Aufschieben
der Kabelbaumbaugruppe schiebt sich die Steckhülse 25 auf
den Aufschiebeabschnitt 114 am Sensorgehäuse 11 auf
und am Schluss der Aufschiebebewegung presst sich der Kontakthalter 20 mit
seiner zumindest bereichsweisen konvexen Stirnfläche 211 auf
den die stirnseitige Öffnung 112a des Durchgangskanals 112 umgebenden
Gehäuserand 113 auf. Auch hier bildet sich durch
die zumindest bereichsweise Vorwölbung der Stirnfläche 201 des
Kontakthalters 20 an der Berührungsstelle von
Kontakthalter 20 und Sensorgehäuse 11 ein
Loslager mit drei Freiheitsgraden aus, sodass der Kontakthalter 20 auch
gegenüber dem Sensorgehäuse 11 sich seitlich
verschieben und kippen kann und somit Form- und Lageabweichung des
Sensorelements 12 bezüglich des Sensorgehäuses 11 kompensiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19542650
A1 [0002]
- - DE 19611572 A1 [0002]