DE102012201904A1

DE102012201904A1 - Abgassensor

Info

Publication number: DE102012201904A1
Application number: DE102012201904A
Authority: DE
Inventors: Eckart Reihlen; Jens Schneider; Frank Stanglmeier; Guido Soyez
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2013-08-14
Also published as: EP2812682A1; WO2013117356A1; US20150027888A1

Abstract

Stopfen zur Abdichtung eines Gehäuses (11) eines Abgassensors (2), wobei der Stopfen (1) einen Grundkörper (24) aufweist, der ein Fluorelastomer aufweist, wobei der Stopfen (1) mindestens einen Durchgangskanal (25) zur Hindurchführung eines Anschlusskabels (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundkörper (24) des Stopfens (1) und dem Durchgangskanal (25) zumindest stellenweise eine Dichtung (26, 28) angeordnet ist, die mindestens ein thermoplastisch verarbeitbares fluorpolymerhaltiges Material mit einem Schmelzpunkt oder Schmelzbereich zwischen 170°C und 320°C aufweist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Abgassensor. Derartige Abgassensoren umfassen ein Gehäuse, in dem sich ein beispielsweise keramisches, elektrochemisch arbeitendes Sensorelement befindet. Derartige Abgassensoren umfassen ferner einen Stopfen, der das Gehäuse abdichtet und durch den mindestens ein Anschlusskabel aus dem Gehäuse heraus bzw. in das Gehäuse hineingeführt ist.
An diesen Stopfen und an das Zusammenwirken des Stopfens mit dem Anschlusskabel richtet sich zum einen die Anforderung einer hohen Dichtheit. Durch die hohe Dichtheit wird das Eindringen von schädlichen, beispielsweise Korrosion auslösenden, Flüssigkeiten und Gasen in das Innere des Abgassensors wirkungsvoll und dauerhaft unterbunden. Zur Realisierung der Dichtheit wird von dem Stopfen insbesondere gefordert, dass er über eine ausreichende Elastizität verfügt. Infolge der hohen Abgastemperaturen, den der Abgassensor ausgesetzt ist, kommen für den Stopfen andererseits nur Materialien mit einer entsprechend hohen Temperaturbeständigkeit in Frage.
Aus der DE 10 2008 044 159 A1 ist es bereits bekannt, einen Stopfen aus einem Fluorelastomer zum Verschließen des Gehäuses eines Abgassensors vorzusehen. Es ist ferner bekannt, durch Verstemmung eine Dichtwirkung zwischen dem Stopfen und dem Gehäuse bzw. eine Dichtwirkung zwischen dem Stopfen und dem Anschlusskabel zu erzielen.
Fluorelastomere weisen im Neuzustand eine hohe Elastizität auf, sodass durch das kraftschlüssige Verschließen des Gehäuses des Abgassensors mit dem Fluorelastomerstopfen zunächst eine gute Abdichtung möglich ist. Ist der Abgassensor jedoch übermäßig hohen Temperaturen über unzulässig lange Zeit ausgesetzt, kommt es, insbesondere durch Ausdiffusion von weichmachenden Bestandteilen aus dem Fluorelastomer und/oder durch andere, das Elastomer verändernde Mechanismen, zu einer Versprödung des Materials, aus der eine Abnahme an Elastizität resultiert. Durch die somit abnehmende Dichtwirkung des Fluorelastomerstopfen können unerwünschte, beispielsweise Korrosion auslösende, Flüssigkeiten und Gase in das Innere des Abgassensors gelangen und dessen Funktion beeinträchtigen.
Aus diesem Grund ist die zulässige Temperaturbelastung herkömmlicher Sensoren hinsichtlich der Höhe und der Dauer der Temperaturbelastung vorgegebenen Beschränkungen unterworfen, die zu überwinden Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist.
Vorteil der Erfindung
Erfindungsgemäß ist ein Stopfen gemäß Anspruch 1 und ein Abgassensor gemäß Anspruch 6, der einen solchen Stopfen aufweist, vorgesehen.
Erfindungsgemäß weist der Stopfen einen Grundkörper auf, der Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweist. Wenngleich der Begriff „Grundkörper“ in Zusammenhang mit dieser Erfindung nicht übermäßig einschränkend zu verstehen ist, ist doch bevorzugt, dass der Grundkörper des Stopfens die Gestalt oder Grundgestalt eines geraden Kreiszylinders hat oder dieser ähnlich ist oder von dieser ausgeht. Beispielsweise können hierbei ausgehend von der Gestalt oder der Grundgestalt Anfasungen, Abrundungen und/oder ähnliches vorgenommen sein und/oder Deformationen, beispielsweise plastischer und/oder elastischer Art, vorgenommen sein.
Unter einem Fluorelastomer verstehen sich hierbei grundsätzlich insbesondere Fluorkautschuke (FKM) und/oder Perfluorkautschuke (FFKM), Tetrafluorethylen/Propylen-Kautschuke (FEPM) und/oder fluorierte Silikonkautschuke. Bevorzugt sind allerdings Fluorelastomere mit hoher Temperaturbeständigkeit, beispielsweise solche, die zumindest kurzzeitig Temperaturen von 250°C und mehr ausgesetzt werden können, ohne dass es zu einer chemischen Zersetzung kommt, insbesondere Fluorkautschuke (FKM) und/oder Perfluorkautschuke (FFKM).
Es ist bevorzugt, dass der Grundkörper mindestens 80% oder mindestens 85%, bevorzugt sogar mindestens 90% oder mindestens 95%, der Masse des Stopfens ausmacht. Zusätzlich oder alternativ kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Grundkörper mindestens 65% oder mindestens 72%, bevorzugt sogar mindestens 79% oder mindestens 86%, des Volumens des Stopfens ausmacht.
Wenngleich der Grundkörper auch nur hinsichtlich eines räumlichen Teils und/oder hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung nur zu einem gewissen Anteil einen Fluorelastomer aufweisen kann, ist doch bevorzugt, dass der Grundkörper zu mindestens 95% oder ganz aus einem Fluorelastomer besteht und/oder dass der Grundkörper aus einem Fluorelastomer besteht.
Erfindungsgemäß weist der Stopfen mindestens einen, insbesondere axialen, Durchgangskanal zur Hindurchführung mindestens eines Anschlusskabels auf. Unter einem axialen Durchgangskanal versteht sich beispielsweise bezogen auf eine zylindrische oder zylinderähnliche Gestalt oder Grundgestalt des Grundkörpers, dass der Durchgangskanal die beiden gegenüberliegenden Stirnflächen des Stopfens durchstößt und/oder dass der Durchgangskanal die insbesondere radial außen liegende Mantelfläche des Stopfens nicht durchstößt. Wenngleich die Erfindung nicht darauf eingeschränkt ist, ist es doch bevorzugt, dass der Durchgangskanal parallel zu einer Symmetrieachse des Grundkörpers verläuft oder eine Symmetrieachse des Grundkörpers sogar mit einer Symmetrieachse des Durchgangskanals zusammenfällt. Auch die Anordnung von mehreren, insbesondere von zwei, drei, vier, fünf oder sechs, Durchgangskanälen ist möglich, wobei diese vorzugsweise symmetrisch um eine Symmetrieachse des Grundkörpers herum angeordnet sind. Wenngleich die Anordnung genau eines Anschlusskabels pro Durchgangskanal bevorzugt ist, ist es grundsätzlich auch möglich, in einem Durchgangskanal mehrere Anschlusskabel oder einen, beispielsweise verklebten und/oder verschweißten, Verbund von Anschlusskabeln, der mehrere Anschlusskabel umfasst, vorzusehen.
Erfindungsgemäß umfasst der Stopfen eine Dichtung, die zwischen dem Grundkörper des Stopfens und dem Durchgangskanal zumindest stellenweise angeordnet ist. Diese Dichtung ist bevorzugt geeignet, einen zwischen dem Grundkörper des Stopfens und dem Durchgangskanal verbleibenden Spalt zu schließen, insbesondere abzudichten, besonders bevorzugt stoffschlüssig abzudichten. Wenngleich es möglich und auch bevorzugt ist, dass die Dichtung die Innenkontur des Stopfens, also die Außenwand des Durchgangskanals auskleidet, insbesondere überwiegend oder vollständig auskleidet, ist es auch möglich und bevorzugt, dass die Dichtung zwischen Grundkörper und Durchgangskanal nur stellenweise angeordnet ist, also Teile der Innenkontur des Stopfens und der Außenwand des Durchgangskanals offen zueinander verbleiben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Grundkörper aufgrund des Materials, das er aufweist oder aus dem er sogar besteht, einem Fluorelastomer, zwar im Neuzustand gute elastische Eigenschaften aufweist und somit grundsätzlich geeignet ist, eine Kraft bzw. einen Spannungszustand zu übertragen, sich diese elastischen Eigenschaften bei fortgesetzter Hochtemperaturexposition aber verschlechtern. Ferner wurde erkannt, dass eine stoffschlüssige Abdichtung im Bereich des Durchgangskanals die Vorsehung einer zusätzlichen Dichtung erfordert, da Flourelastomere aufgrund ihrer fehlenden oder unzureichenden thermoplastischen Eigenschaften zur Ausbildung eines Stoffschlusses nicht in Frage kommen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Realisierung einer verbesserten Dichtwirkung im Bereich der Dichtung der Auswahl des Materials der Dichtung eine besondere Bedeutung zukommt.
Erfindungsgemäß und basierend auf obengenannten Erkenntnissen wurden in Untersuchungen der Anmelderin für die Dichtung thermoplastisch verarbeitbare Fluorpolymere mit einem Schmelzpunkt bzw. Schmelzbereich zwischen 170°C und 320°C als geeignet identifiziert.
Insbesondere wurden die Stoffe Perfluoralkoxypolymer (PFA) und Tetrafluorethylenperfluorproylen (FEP) als geeignet identifiziert. Ebenfalls als geeignet wurden die Stoffe Polychlortriflourethylen (PCTFE) und Polyvinylidenflourid (PVDF) identifiziert. Diesen Stoffen ist neben ihrer thermoplastischen Verarbeitbarkeit gemeinsam, dass sie geeignet sind, das neben keramischen, oxidischen, Glas-, und/oder Metalloberflächen auch das Material Polytetrafluorethylen (PTFE) zu benetzen, sodass ein Stoffschluss auch zwischen dem Dichtmaterial und einer Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweisenden Isolierung eines Kabels, das im Durchgangskanal des Stopfens angeordnet werden kann, herstellbar ist. Als insbesondere ungeeignet wurde das Material Polytetrafluorethylen (PTFE) identifiziert, da es weder thermoplastisch verarbeitbar ist, noch keramische, oxidische, Glas-, bzw. Metalloberflächen benetzt.
Die Stoffe Polychlortriflourethylen (PCTFE) und Polyvinylidenflourid (PVDF) sind aufgrund ihrer im Vergleich zu Perfluoralkoxypolymer (PFA) und Tetrafluorethylenperfluorproylen (FEP) etwas geringeren Temperaturbeständigkeit allerdings insbesondere nur zur Verwendung bei geringeren Einsatztemperaturen (zum Beispiel für Einsatztemperaturen unterhalb von 210°C) vorzusehen. Die Verwendung von Perfluoralkoxypolymer (PFA) und/oder Tetrafluorethylenperfluorproylen (FEP) ist insbesondere für hohe Einsatztemperaturen (zum Beispiel für Einsatztemperaturen von bis zu 280°C oder sogar bis zu 305°C) die vorzuziehende Lösung.
Wenngleich es bevorzugt ist, dass die Dichtung aus Perfluoralkoxypolymer (PFA) oder Tetrafluorethylenperfluorproylen (FEP) oder Polychlortriflourethylen (PCTFE) oder Polyvinylidenflourid (PVDF) oder einer Mischung dieser Substanzen besteht oder zumindest zu 95% oder ganz aus Perfluoralkoxypolymer (PFA) oder Tetrafluorethylenperfluorproylen (FEP) oder Polychlortriflourethylen (PCTFE) oder Polyvinylidenflourid (PVDF) oder einer Mischung dieser Substanzen besteht, so sind von der Erfindung grundsätzlich auch Dichtungen umfasst, die nur einen Teil aufweisen, der aus diesen Stoffen besteht, oder die aus einem Material bestehen, das nur einen, insbesondere überwiegenden, Anteil von Perfluoralkoxypolymer (PFA) und/oder Tetrafluorethylenperfluorproylen (FEP) und/oder Polychlortriflourethylen (PCTFE) und/oder Polyvinylidenflourid (PVDF) aufweist. Hierbei können grundsätzlich jeweils alternativ zu den genannten auch andere thermoplastisch verarbeitbare fluorpolymerhaltige Materialien mit einem Schmelzpunkt bzw. Schmelzbereich zwischen 170°C und 320°C vorgesehen werden.
Unter Tetrafluorethylenperfluorproylen (FEP) versteht sich hierbei insbesondere die chemische Substanz mit der Strukturformel [-CF2-CF2-CF(CF3)-CF2-]n. Unter Tetrafluorethylenperfluorproylen (FEP) verstehen sich hierbei insbesondere chemische Substanzen, die durch Polymerisation von Gemischen des Monomers Tetrafluorethylen (TFE) mit einem von Null verschiedenen, insbesondere von Null wesentlich verschiedenen, Anteil des Monomers Hexafluorpropylen (HFP) herstellbar sind.
Unter Perfluoralkoxypolymeren (PFA) verstehen sich hierbei insbesondere chemische Substanzen, die durch Polymerisation von Gemischen des Monomers Tetrafluorethylen (TFE) mit einem von Null verschiedenen, insbesondere von Null wesentlich verschiedenen, Anteil des Monomers Perfluorpropylvinylether (PPVE) herstellbar sind. Unter Perfluoralkoxypolymeren (PFA) verstehen sich hierbei insbesondere chemische Substanzen mit der Strukturformel [-CF2-CF2-CF(OR)-CF2-]n, wobei die Seitengruppe OR mindestens eine Alkoxygruppe ist. Insbesondere handelt es sich um vollfluorierte Polymere mit zumindest einer Alkoxy-Seitenkette. Perfluoralkoxypolymeren (PFA) sind insbesondere chemische Substanzen, die thermoplastisch verarbeitbar sind, keramische, oxidische, Glas-, und/oder Metalloberflächen benetzen können und/oder mit Polytetrafluorethylen (PTFE) verschmelzbar sind. Es sind von der Erfindung insbesondere verschiedene PFA-Qualitäten und/oder Mischungen aus verschiedenen PFA-Qualitäten, sogenannte PFA-Polyblends, umfasst. Besonders positive Erfahrungen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung liegen der Anmelderin mit der Verwendung von PFA-Polyblends vor, deren Schmelzbereich zwischen 260°C bis 320°C liegt, insbesondere von 260°C bis 320°C reicht. Bevorzugt sind Polymere mit einer Molmasse von 3·10^5 bis 3·^10^6 g/mol.
Unter Polychlortriflourethylen (PCTFE) versteht sich hierbei insbesondere die chemische Substanz mit der Strukturformel [-CFCl-CF2-]n.
Unter Polyvinylidenflourid (PVDF) versteht sich hierbei insbesondere die chemische Substanz mit der Strukturformel [-CH2-CF2-]n.
Um ein insgesamt elastisches Grundverhalten des Stopfens beizubehalten, kann es vorteilhaft sein, wenn die Dichtung und/oder das Material, aus dem die Dichtung besteht, nur zu einem geringen Maß zur Masse und/oder zum Volumen des Stopfens beitragen. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn die Dichtung und/oder das Material, aus dem die Dichtung besteht, höchstens 20% oder höchstens 15%, bevorzugt sogar höchstens 10% oder höchstens 5%, der Masse des Stopfens ausmacht. Zusätzlich oder alternativ kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Dichtung und/oder das Material, aus dem die Dichtung besteht, höchstens 20% oder höchstens 15%, bevorzugt sogar höchstens 10% oder höchstens 5% des Volumens des Stopfens ausmacht. Auch Dichtungen, deren Volumen weniger als 35% oder weniger als 25%, bevorzugt weniger als 15% des Volumens des zugehörigen Durchgangskanals ausmachen, sind bevorzugt.
Insbesondere ist es möglich, dass die Dichtung auf dem Grundkörper in Form einer zum Durchgangskanal weisenden Schicht angeordnet ist, wobei sich insbesondere Schichtdicken von mindestens 10µm, bevorzugt mindestens 50µm, bewährt haben, da so eine prozesssichere Ausbildung der Dichtschicht gewährleistet ist. Eine Schichtdicke die hierbei nicht überschritten werden sollte, beträgt 1mm, bevorzugt 250µm. In besonders temperaturkritischen Anwendungen kann auch eine Schichtdicke zwischen 50µm und 150µm bevorzugt sein, insbesondere wenn eine Schwankung der tatsächlichen Schichtdicke von 20%, bevorzugt von 15%, nicht überschritten wird.
Grundsätzlich ist es möglich und von der Erfindung umfasst, dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Dichtung und dem Grundkörper werkseitig noch nicht herbeigeführt oder noch nicht vollständig herbeigeführt ist und insbesondere im Betrieb des Sensors, zum Beispiel durch eine Eigenbeheizung des Sensors und/oder in Folge der Beaufschlagung des Abgassensors mit heißem Abgas, ausbildbar oder vollständig ausbildbar ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Zustandekommen dieses Stoffschlusses jedoch bereits im Fertigungsprozess integriert, sodass dann ein Stopfen bzw. ein Abgassensor vorliegt, bei dem der Grundkörper mit der Dichtung ganz oder teilweise stoffschlüssig verbunden ist und bei dem eine optimierte Dichtwirkung bereits zu Beginn des vorgesehenen Betriebs des Sensors vorliegt.
Bei einer stoffschlüssigen Verbindung handelt es sich um eine Verbindung, bei der ein Zusammenhalt der Fügepartner durch die auf molekularer Ebene wirksam werdenden Kräfte erfolgt, so wie es insbesondere auch in der VDI-Richtlinie 2232-2004-01 definiert ist. Beispiele für stoffschlüssige Verbindungen sind Verschweißungen, Verklebungen, Verschmelzungen usw. Bei der stoffschlüssigen Verbindung kann es sich insbesondere um eine unmittelbare stoffschlüssige Verbindung zwischen zwei Fügepartnern handeln, bei der es zu einer unmittelbaren Wechselwirkung zwischen den beiden Fügepartnern auf molekularer Ebene kommt. Bei der stoffschlüssigen Verbindung kann es sich andererseits insbesondere auch um eine mittelbare stoffschlüssige Verbindung handeln, bei der die beiden Fügepartner nicht unmittelbar stoffschlüssig miteinander verbunden sind, sondern jeweils mit zumindest einem dritten Fügepartner unmittelbar stoffschlüssig verbunden sind und im Fall mehrerer dritter Fügepartner alle diese dritten Fügepartner (mittelbar oder unmittelbar) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist ein Stopfen zur Abdichtung eines Gehäuses eines Abgassensor, wobei der Stopfen einen Grundkörper aufweist, der ein Fluorelastomer aufweist, wobei der Stopfen mindestens einen, insbesondere axialen, Durchgangskanal aufweist, durch den ein elektrischer Leiter hindurchgeführt ist, wobei zwischen dem Grundkörper des Stopfens und dem Durchgangskanal zumindest stellenweise eine isolierende Dichtung angeordnet ist, die zumindest einseitig, also insbesondere auf mindestens einer Stirnseite des Stopfens, zusammen mit dem elektrischen Leiter aus dem Stopfen herausgeführt ist, wobei die isolierende Dichtung mindestens ein thermoplastisch verarbeitbares fluorpolymerhaltiges Material mit einem Schmelzpunkt bzw. Schmelzbereich zwischen 170°C und 320°C, insbesondere ein Perfluoralkoxypolymer oder ein Tetrafluorethylenperfluorproylen oder ein Polychlortriflourethylen oder ein Polyvinylidenflourid aufweist. Hierbei liegt die Isolierende Dichtung dem elektrischen Leiter und dem Grundkörper insbesondere unmittelbar gegenüber und ist mit dem elektrischen Leiter und/oder mit dem Grundkörper, insbesondere innerhalb des Durchgangskanals, insbesondere stoffschlüssig, verbunden oder verbindbar, insbesondere verschweißbar. Weiterbildungen dieses Gegenstandes mit einem oder mehreren der in den Ansprüchen und/oder der Beschreibung dieser Erfindung, insbesondere im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsbeispielen, offenbarten Merkmalen sind möglich. Insbesondere ist es stets auch möglich, die Dichtung des Stopfens und die Isolierung des Anschlusskabels als ein einziges Teil auszuführen.
Der erfindungsgemäße Stopfen weist einen, insbesondere axialen, Durchgangskanal zur Hindurchführung eines Anschlusskabels auf. Dies bedeutet, dass der Durchgangskanal grundsätzlich derart beschaffen ist, dass ein Anschlusskabel durch den Stopfen hindurchgeführt werden kann, bevorzugt durch den Stopfen aus dem Inneren des Gehäuses in einen außerhalb des Gehäuses liegenden Bereich geführt werden kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Stopfen ein Anschlusskabel umfasst, das durch den Stopfen hindurchgeführt ist, bevorzugt durch den Stopfen aus dem Inneren des Gehäuses in einen außerhalb des Gehäuses liegenden Bereich geführt ist.
Unter einem Abgassensor ist vorliegend insbesondere eine Lambdasonde zum Einsatz im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine zu verstehen, jedoch kann es sich auch um andere Sensoren, wie einen Temperatursensor oder um einen NOx- oder Russpartikelsensor oder dergleichen handeln. Es sind insbesondere alle Sensoren von der Erfindung umfasst, die für einen Dauereinsatz bei hohen Temperaturen und/oder in aggressiver Umgebung geeignet sind, und solche Sensoren, bei denen eine beispielsweise elektrische Anschlussleitung aus einem abzudichtenden Gehäuse, insbesondere bei vergleichsweise hohen Umgebungstemperaturen, herauszuführen ist.
Es ist bevorzugt, dass durch die Vorsehung der erfindungsgemäßen Maßnahmen eine anschlussseitige Dichtheit des Gehäuses des Abgassensors resultiert, die vergleichsweise hoch ist, beispielsweise eine Heliumdichtheit von weniger als 10^–3 mbar·l/s oder 10^–4 mbar·l/s, bevorzugt sogar eine Heliumdichtheit von weniger als 10^–5 mbar·l/s oder 10^–6 mbar·l/s. Andererseits sind die Begriffe „Dichtung“, „abgedichtet“ etc. auch nicht zu eng auszulegen, sodass insbesondere auch ein lediglich makroskopischer Verschluss umfasst sein kann. Auch eine eventuell verbleibende Leckage durch das Innere einer schlauchförmigen Isolation des Anschlusskabels oder der Anschlusskabel bleibt vorliegend außer Betracht, da diese Leckage an anderer Stelle, zum Beispiel an einem mit dem Anschlusskabel und den Anschlusskabeln verbundenen Stecker, abgedichtet werden kann. Auch die Herausleitung einer solchen Leckage durch das Anschlusskabel oder durch die Anschlusskabel in einen unkritischen Bereich, beispielsweise einen kälteren und weniger exponierten Bereich eines Kraftfahrzeuges, ist vorsehbar. Eine absolute oder hermetische Dichtheit (insbesondere eine Heliumdichtheit von weniger als 10^–10 mbar·l/s) ist zwar grundsätzlich möglich, aber mit Ausnahme von speziellen Anwendungen gleichsam kostenprohibitiv.
Zur Erzielung einer vergleichsweise hohen Dichtheit des Gehäuses ist es insbesondere bevorzugt, dass das Anschlusskabel mit der Dichtung stoffschlüssig verbunden ist. Insbesondere umfasst das Anschlusskabel einen von einer Isolation umgebenen elektrischen Leiter und der Stoffschluss zwischen Dichtung und Anschlusskabel ist zwischen Dichtung und der Isolation des Anschlusskabels ausgebildet. Die Isolation des Anschlusskabels kann insbesondere ein Fluorpolymer, zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE), aufweisen oder aus Polytetrafluorethylen (PTFE) bestehen, insbesondere ganz, überwiegend oder teilweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE) bestehen. Die Isolierung des Anschlusskabels kann aber auch aus einem Fluorelastomer bestehen. Zur Optimierung der Dichtheit und der Temperaturbeständigkeit ist es sogar bevorzugt, wenn die Isolation des Anschlusskabels aus dem gleichen Material wie der Grundkörper des Stopfens, zum Beispiel aus einem Fluorelastomer, besteht.
Der elektrische Leiter des Anschlusskabels ist vorteilhafterweise durch Cu- und/oder Cu-Stahllitzen gegeben.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung resultieren daraus, dass der Grundgedanke der Abdichtung zwischen Grundkörper des Stopfens und Anschlussleitung durch Vorsehung der erfindungsgemäßen Dichtung auf die Abdichtung zwischen dem Grundkörper des Stopfens und dem Gehäuse des Sensors übertragen wird.
So kann als eine Weiterbildung vorgesehen sein, dass der Stopfen eine Außendichtung aufweist, die radial außen am Stopfen angeordnet ist, wobei die Außendichtung mindestens ein thermoplastisch verarbeitbares fluorpolymerhaltiges Material mit einem Schmelzpunkt bzw. Schmelzbereich zwischen 170°C und 320°C aufweist, insbesondere ein Perfluoralkoxypolymer (PFA) oder ein Tetrafluorethylenperfluorproylen (FEP) oder ein Polychlortriflourethylen (PCTFE) oder ein Polyvinylidenflourid (PVDF) aufweist. Zusätzlich kann der Grundkörper mit der Außendichtung stoffschlüssig verbunden sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Außendichtung auf dem Grundkörper in Form einer Schicht angeordnet sein, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 10µm bis 1mm, besonders vorzugsweise von 50µm bis 250µm. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse des Abgassensors mit dem Stopfen durch die Außendichtung stoffschlüssig verbunden ist.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass für die Außendichtung und für die Dichtung das gleiche Material vorgesehen ist, also insbesondere ein Material gleicher chemischer Zusammensetzung. Auch die für die Dichtung und für die Außendichtung vorgesehenen Schichtdicken können übereinstimmen.
Zur Erzielung einer vergleichsweise hohen Dichtheit des Gehäuses ist es insbesondere bevorzugt, dass das Anschlusskabel, der Stopfen und das Gehäuse stoffschlüssig miteinander verbunden sind, also insbesondere ein Stoffschluss zwischen dem Gehäuse und dem Stopfen und ein Stoffschluss dem Stopfen und dem Anschlusskabel, insbesondere zwischen dem Stopfen und einer Isolation des Anschlusskabels, realisiert ist. Insbesondere ist eine insgesamt stoffschlüssige Abdichtung des anschlussseitigen Endes des Gehäuses des Abgassensors realisiert.
Erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Stopfens, insbesondere eines erfindungsgemäßen Stopfens, und/oder eines Abgassensors, insbesondere eines erfindungsgemäßen Abgassensors, sehen vor, dass ein Grundkörper mit mindestens einem, insbesondere axialen, Durchgangskanal, der ein Fluorelastomer aufweist, insbesondere aus einem Fluorelastomer besteht, bereitgestellt wird. Ferner ist vorgesehen, dass ein Anschlusskabel, das radial außen ein thermoplastisch verarbeitbares fluorpolymerhaltiges Dichtmaterial mit einem Schmelzpunkt bzw. Schmelzbereich zwischen 170°C und 320°C, insbesondere mindestens ein Perfluoralkoxypolymer (PFA) oder ein Tetrafluorethylenperfluorproylen (FEP) oder ein Polychlortriflourethylen (PCTFE) oder ein Polyvinylidenflourid (PVDF) aufweist, bereitgestellt wird. Insbesondere kann ein Anschlusskabel bereitgestellt werden, das einen elektrischen Leiter aufweist, der von einer Isolation umgeben ist, die insbesondere ein Fluorpolymer, zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE), aufweist oder zum Beispiel aus ein Fluorelastomer oder Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht, wobei zusätzlich, auf dieser Isolation, radial außen das Dichtmaterial angeordnet ist. Ferner ist vorgesehen, dass das Anschlusskabel durch den axialen Durchgangskanal des Grundkörpers geführt wird, sodass das Dichtmaterial in den Durchgangskanal gelangt.
Bei dem Dichtmaterial kann es sich insbesondere um mindestens einen Schlauch handeln, insbesondere einen Schlauch, der auf das Anschlusskabel aufschoben, aufgezogen oder auf das Anschlusskabel abgerollt wird. Die Länge des Schlauches in axialer Richtung ist bevorzugt größer als sein Durchmesser. Bevorzugt sind Schläuche mit einer Wandstärke von 10µm bis 1mm, besonders bevorzugt mit einer Wandstärke von 50–250µm.
Bei dem Dichtmaterial kann es sich andererseits auch um mindestens eine Folie handeln, insbesondere eine Folie, die auf bzw. um das Anschlusskabel gewickelt wird. Bevorzugt sind Folien mit einer Wandstärke von 10µm bis 1mm, bevorzugt mit einer Wandstärke von 50–250µm.
Das Dichtmaterial kann anderseits auch eine ringförmige Gestalt haben. Das Dichtmaterial kann dann insbesondere auf das Anschlusskabel aufgeschoben oder auf dem Anschlusskabel in die vorgesehene Position gerollt werden. Die Länge des Ringes in axialer Richtung ist bevorzugt gleich oder geringer als sein Durchmesser. Bevorzugt sind Ringe mit einer Wandstärke von 10µm bis 1mm, besonders bevorzugt mit einer Wandstärke von 50–250µm.
Das Dichtmaterial kann grundsätzlich auch auf andere Art und Weise eingebracht werden. Beispielsweise kann es in flüssigem Zustand auf das Anschlusskabel bzw. in den Durchgangskanal eingespritzt werden.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Verbund aus Grundkörper, Dichtmaterial und Anschlusskabel werkseitig erhitzt wird. Hierbei kommt es insbesondere zu einem Anschmelzen des Dichtmaterials und nachfolgend insbesondere zu einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Grundkörper, Dichtmaterial und Anschlusskabel. Alternativ ist es möglich, dass die Erhitzung des Verbundes aus Grundkörper, Dichtmaterial und Anschlusskabel nicht werkseitig, sondern insbesondere erst bei der Inbetriebnahme des Sensors erfolgt. Auch hierbei kann dann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Grundkörper, Dichtmaterial und Anschlusskabel resultieren.
Eine Erhitzung auf 285°C bis 320°C ist bevorzugt, wobei überdies bevorzugt ist, dass eine Erhitzung auf höhere Temperaturen unterbleibt. Insbesondere unterbleibt eine Erhitzung des Stopfens auf mehr als 320°C.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Verbund aus Grundkörper, Dichtmaterial und Anschlusskabel verstemmt wird, insbesondere durch einen von außen angelegten Druck von 700 bis 2000 N/cm^2. Das Verstemmen kann insbesondere gleichzeitig mit dem Erhitzen erfolgen. Insbesondere kann die Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Grundkörper, Dichtmaterial und Anschlusskabel während des Verstemmens erfolgen.
Bevorzugte Weiterbildungen und Alternativen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens resultieren daraus, dass der Grundgedanke der Abdichtung zwischen Grundkörper des Stopfens und Anschlussleitung durch Vorsehung der erfindungsgemäßen Dichtung auf die Abdichtung zwischen dem Grundkörper des Stopfens und dem Gehäuse des Sensors übertragen wird.
So kann vorgesehen sein, dass neben der Dichtung zwischen dem Grundkörper des Stopfens und der Anschlussleitung auch die weiter oben erläuterte Außendichtung zwischen dem Grundkörper des Stopfens und dem Gehäuse des Abgassensors hergestellt wird. Hierfür wird ein Außendichtmaterial, das thermoplastisch verarbeitbares fluorpolymerhaltiges Material mit einem Schmelzpunkt bzw. Schmelzbereich zwischen 170°C und 320°C, insbesondere mindestens ein Perfluoralkoxypolymer oder ein Tetrafluorethylenperfluorproylen oder ein Polychlortriflourethylen oder ein Polyvinylidenflourid aufweist, zusammen mit dem Grundkörper so im Inneren des Gehäuses angeordnet, dass Außendichtmaterial zwischen dem Grundkörper und dem Gehäuse angeordnet ist.
Insbesondere wird ein Verbund aus Gehäuse, Außendichtung, Grundkörper, Dichtmaterial der Dichtung und Anschlusskabel hergestellt und der gesamte Verbund wird gemeinsam erhitzt und verstemmt, insbesondere durch einen von außen angelegten Druck von 700 bis 2000 N/cm^2.
Zusätzlich kann bei diesem Erhitzen vorgesehen sein, dass neben dem Dichtmaterial, insbesondere zugleich, auch das Außendichtmaterial zumindest teilweise aufschmilzt und sich nachfolgend eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper des Stopfens und dem Außendichtmaterial und dem Außendichtmaterial und dem Gehäuse des Abgassensors ausbildet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das einzubringende Dichtmaterial mit dem einzubringenden Außendichtmaterial hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung und seiner Handhabung übereinstimmt. Beispielsweise können Dichtmaterial und Außendichtmaterial beide in Form von 100µm bis 200µm dicken Schmelzfolien verarbeitet werden.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Erfindungsgemäße Stopfen sind in 1a und 1b, 2a und 2b, 3a und 3b und 4a und 4b jeweils in Aufsicht und entlang eines Schnittes entlang einer Längsachse des Stopfens dargestellt.
Ein erfindungsgemäßer Abgassensor ist in der 5 dargestellt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die 1a und 1b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stopfens 1 in Aufsicht beziehungsweise in einem Schnitt entlang der Längsachse des Stopfens 1.
Der Stopfen 1 weist eine zylindrische Gestalt bzw. Grundgestalt auf, insbesondere die Gestalt bzw. Grundgestalt eines geraden Kreiszylinders. Ein radial innen angeordneter Grundkörper 24 hat ebenfalls eine zylindrische Gestalt bzw. Grundgestalt, insbesondere die Gestalt bzw. Grundgestalt eines geraden Kreiszylinders. Der Grundkörper 24 kann beispielsweise eine Länge von 15mm und einen Durchmesser von 10mm aufweisen. Der Stopfen 1 bzw. der Grundkörper 24 weisen beispielsweise vier axiale Durchgangskanäle 25 auf, die sich in Längsrichtung erstrecken und beispielsweise einen Durchmesser von 1mm haben. Die Durchgangskanäle 25 sind in diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stopfens 1 offen und zur Hindurchführung jeweils eines Anschlusskabels 21 (siehe 3 bis 5) vorgesehen. Auf den Innenkonturen des Grundkörpers 24, also die Durchgangskanäle 25 nach radial außen begrenzend, ist jeweils eine Dichtung 26 ausgebildet, und zwar vollflächig in Form einer beispielsweise 100µm dicken Schicht. Radial außen, auf der Mantelfläche des Grundkörpers 24 ist eine Außendichtung 36 aufgebracht, ebenfalls vollflächig in Form einer beispielsweise 100µm dicken Schicht.
Der Grundkörper 24 besteht in diesem Beispiel aus Fluorkautschuk oder Perfluorkautschuk und macht über 95% des Volumens bzw. der Masse des Stopfens 1 aus, sodass eine hohe thermische Stabilität und Elastizität des Stopfens 1 resultiert. Das Material der Dichtung 26 und der Außendichtung 36 ist in diesem Beispiel jeweils ein Perfluoralkoxypolymer (PFA) mit einem Schmelzbereich von 260°C–320°C. Alternativ ist das Material der Dichtung 26 und der Außendichtung 36 eines der folgenden Materialien: Perfluoralkoxypolymer (PFA), Tetrafluorethylenperfluorproylen (FEP), Polychlortriflourethylen (PCTFE), Polyvinylidenflourid (PVDF) oder ein anderes thermoplastisch verarbeitbares fluorpolymerhaltige Material mit einem Schmelzpunkt bzw. Schmelzbereich zwischen 170°C und 320°C. Auch andere Materialien, die die genannten Materialien nur teilweise aufweisen, und/oder Mischungen der genannten Materialien kommen grundsätzlich in Frage.
Es ist vorgesehen, dass durch den erfindungsgemäßen Stopfen 1 ein Gehäuse 11 eines Abgassensors 2 (siehe 5) abdichtbar ist, wobei durch die Dichtung 26 der Grundkörper 24 des Stopfens 1 gegenüber einem Anschlusskabel 21 abdichtbar ist und wobei durch die Außendichtung 36 der Grundkörper 24 des Stopfens 1 gegenüber dem Gehäuse 11 des Abgassensors 2 abdichtbar ist.
Zur Verbesserung der Dichtwirkung der Dichtung 26 bzw. der Außendichtung 36 ist in diesem Beispiel vorgesehen, dass die Dichtung 26 und der Grundkörper 24 durch Verschmelzen stoffschlüssig miteinander verbunden sind und dass die Außendichtung 36 und der Grundkörper 24 durch Verschmelzen stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass es beim Verschmelzen zu einem Schmelzen bzw. zu einem Anschmelzen des Materials der Dichtung 26 bzw. der Außendichtung 36 kommt. Insbesondere ist vorgesehen, dass es beim Verschmelzen nicht zu einem Schmelzen bzw. zu einem Anschmelzen bzw. zu einer chemischen Zersetzung des Materials des Grundkörpers 24 kommt.
In den 2a und 2b ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stopfens 1 in Aufsicht beziehungsweise in einem Schnitt längs der Längsachse des Stopfens 1 gezeigt.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Dichtung 26 nicht als vollflächige Schicht auf der Innenkontur des Grundkörpers 24 ausgebildet ist, sondern als Dichtring 28 auf der Innenkontur des Grundkörpers angeordnet ist und diese in Längserstreckung nur zu einem Teil bedeckt. Der Dichtring 28 hat eine Länge (Längsrichtung des Durchgangskanals 25) von 1mm und eine Dicke (radiale Richtung) von 150 µm oder 250µm.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich überdies von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Außendichtung 36 nicht als vollflächige Schicht radial außen auf dem Grundkörper 24 ausgebildet ist, sondern als Außendichtring 38 radial außen auf dem Grundkörper 24 angeordnet ist und die Außenfläche des Grundkörpers 24 in Längserstreckung nur zu einem Teil bedeckt. Der Außendichtring 38 hat eine Länge (Längsrichtung des Grundkörpers 24) von 3mm und eine Dicke (radiale Richtung) von 250µm oder 600µm.
Der Dichtring 28 und der Außendichtring 38 sind in diesem Beispiel etwa mittig, insbesondere mittig, in Längsrichtung des Stopfens 1 angeordnet. In Alternativen des Ausführbeispiels kann auch vorgesehenen sein, dass der Dichtring 28 und/oder der Außendichtring 38 außermittig angeordnet sind. Insbesondere die Vorsehung von zwei Dichtringen 28 und/oder zwei Außendichtringen 38, die einander in Längsrichtung des Stopfens 1 gesehen gegenüberliegen, ist möglich. Auch die Vorsehung von noch mehr Dichtringen 28 und/oder Außendichtringen 38 ist grundsätzlich möglich.
In den 3a und 3b ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stopfens 1 in Aufsicht beziehungsweise in einem Schnitt längs der Längsachse des Stopfens 1 gezeigt.
In Weiterbildung der Erfindung, zum Beispiel gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel, handelt es sich hierbei um einen Stopfen 1, bei dem im Durchgangskanal 25 mindestens ein Anschlusskabel 21 angeordnet ist bzw. durch dessen Durchgangskanal 25 mindestens ein Anschlusskabel 21 hindurchgeführt ist, sodass der Stopfen insbesondere geeignet ist, das Gehäuse 11 eines Abgassensors 2 abzudichten.
Vorliegend besteht das Anschlusskabel 21 aus einem elektrischen Leiter 20, der insbesondere als Kupferlitze oder Stahl-Kupferlitze ausgebildet ist, wobei der elektrische Leiter 20 insbesondere von einer Isolation 19 umgeben ist, insbesondere entlang der gesamten Länge des Stopfens 1 von der Isolation 19 umgeben ist. Alternativ wäre es auch möglich, dass der elektrische Leiter 20 nur entlang eines Teiles des Stopfens 1 von der Isolation 19 umgeben ist, und entlang eines Teiles des Stopfens 1 der Dichtung 26 und/oder dem Dichtring 28 und/oder dem Grundkörper 24 des Stopfens 1 unmittelbar gegenüberliegt.
Es kann vorgesehen sein, dass das Anschlusskabel 21, insbesondere die Isolation 19, mit der Dichtung 26 und/oder dem Dichtring 28 stoffschlüssig verbunden ist, insbesondere verschmolzen ist, insbesondere durch Anschmelzen des für die Dichtung 26 oder den Dichtring 28 vorgesehenen Materials.
Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass das Anschlusskabel 21, insbesondere die Isolation 19, nicht mit der Dichtung 26 und/oder dem Dichtring 28 stoffschlüssig verbunden ist, sondern lediglich, insbesondere kraftschlüssig, im Inneren der Dichtung 26 und/oder dem Dichtring 28 bzw. im Inneren des Grundkörpers 24 festgelegt ist. In diesem Fall ist es jedoch insbesondere bevorzugt, dass das Anschlusskabel 21, insbesondere die Isolation 19, mit der Dichtung 26 und/oder dem Dichtring 28 stoffschlüssig verbindbar, insbesondere verschweißbar, ist.
In den 4a und 4b ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stopfens 1 in Aufsicht beziehungsweise in einem Schnitt längs der Längsachse des Stopfens 1 gezeigt.
In Weiterbildung der Erfindung, zum Beispiel gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel, handelt es sich hierbei um einen Stopfen 1, bei dem im Durchgangskanal 25 mindestens ein Anschlusskabel 21 angeordnet ist bzw. durch dessen Durchgangskanal 25 mindestens ein Anschlusskabel 21 hindurchgeführt ist, sodass der Stopfen 1 insbesondere geeignet ist, das Gehäuse 11 eines Abgassensors 2 abzudichten.
Im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Isolation 19 des Anschlusskabels 21 und die Dichtung 26 nicht als voneinander verschiedene Teile ausgebildet sind, sondern die Dichtung 26 zugleich die Funktion der Isolation 19 des elektrischen Leiters 20 übernimmt und diesem, insbesondere unmittelbar, gegenüber liegt. Die Dichtung 26 bzw. die Isolation 19 ist in diesem Beispiel, insbesondere zweiseitig oder einseitig, zusammen mit dem elektrischen Leiter 20 aus dem Stopfen 1 herausgeführt und isoliert den elektrischen Leiter 20 des Anschlusskabels 21 auch außerhalb des Stopfens 1, beispielsweise bis hin zu einem (nicht gezeichneten) Teil einer Steckverbindung, zum Beispiel einem Stecker, der auf der dem Stopfen 1 gegenüberliegenden Seite des Anschlusskabels 21 mit dem Anschlusskabel 21 verbunden ist und der, beispielsweise mit einem zu einem Steuergerät gehörigen komplementären Teil der Steckverbindung, zum Beispiel einer Buchse, verbindbar, insbesondere zusammensteckbar, ist.
In diesem Beispiel ist die Isolation 19, die innerhalb des Stopfens 1 zugleich die Isolation 26 bildet, als eine 250µm dicke Schicht aus Perfluoralkoxypolymer (PFA) ausgebildet, die den elektrischen Leiter in Form eines Isolationsschlauches radial außen umgibt.
Es kann in diesem Beispiel vorgesehen sein, dass die Isolation 19, vorliegend also die Dichtung 26, mit dem Leiter 20 des Anschlusskabels 21 und/oder mit dem Grundkörper 24 des Stopfens 1 stoffschlüssig verbunden ist, insbesondere verschmolzen ist, insbesondere durch Anschmelzen des für die die Isolation 19, vorliegend also die Dichtung 26, vorgesehenen Materials.
Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass die Isolation 19, vorliegend also die Dichtung 26, mit dem Leiter 20 des Anschlusskabels 21 und/oder mit dem Grundkörper 24 des Stopfens 1 nicht stoffschlüssig verbunden ist, sondern dass die Isolation 19, vorliegend also die Dichtung 26, mit dem Leiter 20 des Anschlusskabels 21 und/oder mit dem Grundkörper 24 des Stopfens 1 lediglich, insbesondere kraftschlüssig, festgelegt ist. In diesem Fall ist es jedoch insbesondere bevorzugt, dass die Isolation 19, vorliegend also die Dichtung 26, mit dem Leiter 20 des Anschlusskabels 21 und/oder mit dem Grundkörper 24 des Stopfens 1 stoffschlüssig verbindbar, insbesondere verschweißbar, ist.
In Alternativen des Ausführbeispiels kann auch vorgesehenen sein, dass die Isolation 19, die innerhalb des Stopfens 1 zugleich die Isolation 26 bildet, nicht aus Perfluoralkoxypolymer (PFA) besteht, sondern aus einem Material dass mindestens ein Perfluoralkoxypolymer (PFA) oder ein Tetrafluorethylenperfluorproylen (FEP) oder ein Polychlortriflourethylen (PCTFE) oder ein Polyvinylidenflourid (PVDF) oder ein anderes thermoplastisch verarbeitbares fluorpolymerhaltiges Material mit einem Schmelzpunkt bzw. Schmelzbereich zwischen 170°C und 320°C aufweist.
Das vierte Ausführungsbeispiel ist insbesondere auch ein Ausführungsbeispiel für einen Stopfen 1 zur Abdichtung des Gehäuses 11 eines Abgassensor 2, wobei der Stopfen 1 einen Grundkörper 24 aufweist, der ein Fluorelastomer aufweist, wobei der Stopfen 1 mindestens einen axialen Durchgangskanal 25 aufweist, durch den ein elektrischer Leiter 20 hindurchgeführt ist, wobei zwischen dem Grundkörper 24 des Stopfens 1 und dem Durchgangskanal 25 zumindest stellenweise eine isolierende Dichtung 26 angeordnet ist, die zumindest einseitig, also insbesondere auf einer Stirnseite des Stopfens 1, zusammen mit dem elektrischen Leiter 20 aus dem Stopfen 1 herausgeführt ist, wobei die isolierende Dichtung 26 mindestens thermoplastisch verarbeitbares fluorpolymerhaltiges Material mit einem Schmelzpunkt bzw. Schmelzbereich zwischen 170°C und 320°C, insbesondere ein Perfluoralkoxypolymer oder ein Tetrafluorethylenperfluorproylen oder ein Polychlortriflourethylen oder ein Polyvinylidenflourid, aufweist. Hierbei liegt die Isolierende Dichtung 26 dem elektrischen Leiter 20 und dem Grundkörper 24 insbesondere unmittelbar gegenüber und ist insbesondere mit dem elektrischen Leiter 20 und/oder mit dem Grundkörper 24, insbesondere innerhalb des Durchgangskanals 25, insbesondere stoffschlüssig, verbunden oder verbindbar, insbesondere verschweißt oder verschweißbar.
Weitere Ausführbeispiele der Erfindung betreffen Abgassensoren 2 mit einem Stopfen 1, wie er beispielsweise vorangehend, insbesondere im ersten, zweiten, dritten und vierten Ausführungsbeispiel, näher dargestellt ist. Diese Abgassensoren 2 weisen jeweils mindestens ein Gehäuse 11 auf, das durch den Stopfen 1 abgedichtet ist und mindestens ein Anschusskabel 21, das durch den Durchgangskanal 25 des Stopfens 1 hindurchgeführt ist.
Als weiteres Ausführbeispiel der Erfindung ist in 5 ein Abgassensor 2 gezeigt, dessen sich abgasseitig des Stopfens 1 befindlicher Teil aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt ist und beispielsweise als Teil einer Lambdasonde zur Messung der Sauerstoffkonzentration im Abgas von Brennkraftmaschinen konzipiert ist. Dieser Abgassensor 2 weist ein Gehäuse 11 auf, das aus einem massiven Gehäusekörper 12 aus Metall mit einem Schraubgewinde 14 und mit einem Montagesechskant 13 und einer auf den Gehäusekörper 12 aufgeschobenen und mit diesem fest verbundenen Schutzhülse 15 mit einem, beispielsweise im Durchmesser reduzierten, gehäusekörperfernen Endabschnitt 151 besteht. Im Gehäuse 11 ist beispielsweise ein Sensorelement 16 angeordnet, das mit einem messgasseitigen Ende aus dem Gehäuse 11 vorsteht und dort von einem Gasdurchtrittslöcher 18 aufweisenden Schutzrohr 17 überdeckt wird, das am Gehäusekörper 12 befestigt ist. An dem vom messgasseitigen Ende abgekehrten, anschlussseitigen Ende trägt das Sensorelement 16 Kontaktflächen, die über Leiterbahnen mit am messgasseitigen Ende angeordneten Messelektroden verbunden sind. Auf die Kontaktflächen sind die, beispielsweise mit einer Isolierung 19 umschlossenen, elektrischen Leiter 20 von Anschlusskabeln 21 kontaktiert. In diesem Ausführungsbeispiel ist zur Kontaktierung von Kontaktflächen und elektrischen Leitern 20 ein zweiteiliger, keramischer Klemmkörper 22 vorgesehen, der außen von einem Federelement 23 umschlossen ist und die elektrischen Leiter 20 kraftschlüssig auf die Kontaktflächen des Sensorelements 16 aufpresst. Der keramische Klemmkörper 22 ist an der Schutzhülse 15 radial abgestützt.
Auch Alternativen dieses beispielhaft erläuterten, sich abgasseitig eines Stopfens 1 befindlichen Teils eines Abgassensors 2 sind grundsätzlich möglich und/oder ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt.
Es ist in den weiteren Ausführbeispielen vorgesehen, dass der Stopfen 1 das Gehäuse 11 verschließt beziehungsweise abdichtet, indem er in dem dem Gehäusekörper 12 abgewandten Teil der Schutzhülse 15, insbesondere in einem gehäusekörperfernen Endabschnitt 151 der Schutzhülse 15, angeordnet ist.
Bei dem Stopfen 1 kann es sich beispielsweise, wie in 5 dargestellt, um den im Zusammenhang mit dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung (3) erläuterten Stopfen 1 handeln. Alternativ kann es sich auch um einen Stopfen 1 handeln, wie er im Zusammenhang mit dem ersten, zweiten und/oder vierten Ausführungsbeispiel erläutert wurde (1, 2 und 4).
Es kann in den weiteren Ausführbeispielen vorgesehen sein, dass die Außendichtung 36 mit dem Grundkörper 24 des Stopfens 1 und/oder mit dem Gehäuse 11, insbesondere mit der Schutzhülse 15 und/oder dem gehäusekörperfernen Endabschnitt 151 der Schutzhülse 15, stoffschlüssig verbunden ist, insbesondere verschmolzen ist, insbesondere durch Anschmelzen des für die die Außendichtung 36 vorgesehenen Materials.
Alternativ kann in den weiteren Ausführbeispielen aber auch vorgesehen sein, dass die Außendichtung 36 mit dem Grundkörper 24 des Stopfens 1 und/oder mit dem Gehäuse 11, insbesondere mit der Schutzhülse 15 und/oder dem gehäusekörperfernen Endabschnitt 151 der Schutzhülse 15 nicht stoffschlüssig verbunden ist, sondern dass die Außendichtung 36 mit dem Grundkörper 24 des Stopfens 1 und/oder mit dem Gehäuse 11, insbesondere mit der Schutzhülse 15 und/oder dem gehäusekörperfernen Endabschnitt 151 der Schutzhülse 15, lediglich, insbesondere kraftschlüssig, festgelegt ist. In diesem Fall ist es jedoch insbesondere bevorzugt, dass die Außendichtung 36 mit dem Grundkörper 24 des Stopfens 1 und/oder mit dem Gehäuse 11, insbesondere mit der Schutzhülse 15 und/oder dem gehäusekörperfernen Endabschnitt 151 der Schutzhülse 15 stoffschlüssig miteinander verbindbar, insbesondere verschweißbar, sind.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Abgassensors 2 sieht vor, dass ein Grundkörper 24, der ein Fluorelastomer aufweist und der mindestens einen Durchgangskanal 25 aufweist, bereitgestellt wird, dass ein Anschlusskabel, das radial außen ein Dichtmaterial, beispielsweise in Form einer 150µm dicken Folie, aufweist, das mindestens ein thermoplastisch verarbeitbares fluorpolymerhaltiges Material mit einem Schmelzpunkt bzw. Schmelzbereich zwischen 170°C und 320°C, insbesondere ein Perfluoralkoxypolymer oder ein Tetrafluorethylenperfluorproylen oder ein Polychlortriflourethylen oder ein Polyvinylidenflourid, aufweist, durch den Durchgangskanal 25 hindurchgeführt wird. Ferner ist vorgesehen, dass dieser Verbund aus Grundkörper 24 und Anschlusskabel 21 zusammen mit einem Außendichtungsmaterial, beispielsweise einer 150µm dicken Folie, das mindestens thermoplastisch verarbeitbares fluorpolymerhaltiges Material mit einem Schmelzpunkt bzw. Schmelzbereich zwischen 170°C und 320°C, insbesondere ein Perfluoralkoxypolymer oder ein Tetrafluorethylenperfluorproylen oder ein Polychlortriflourethylen oder ein Polyvinylidenflourid, aufweist, im Inneren eines Gehäuses 11 angeordnet wird, sodass Außendichtmaterial zwischen Grundkörper 24 und Gehäuse 11 angeordnet ist. In diesem Beispiel ist vorgesehen, dass die Anordnung in einem gehäusekörperfernen Endabschnitt 151 einer Schutzhülse 15 erfolgt, die mit einem Gehäusekörper 12 zu einem Gehäuse 11 montierbar ist.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass durch Verstemmen und Erhitzen des Verbundes aus Anschlusskabel 21, Dichtmaterial, Grundkörper 24, Außendichtmaterial und Gehäuse 11 bzw. Schutzhülse 15 eine, insbesondere insgesamt, stoffschlüssige Abdichtung des Gehäuses 11 bzw. der Schutzhülse 15 geschaffen wird. Insbesondere kommt es zu einem Verschmelzen durch Aufschmelzen des Dichtmaterials und des Außendichtmaterials.
Im Beispiel erfolgt das Verstemmen mit einem angelegten Druck von 700 bis 2000 N/cm^2. Das Erhitzen des Verbundes aus Anschlusskabel 21, Dichtmaterial, Grundkörper 24, Außendichtmaterial, und Gehäuse 11 erfolgt vorzugsweise über einen Zeitraum von 10s oder mehr, vorzugsweise 30s oder mehr, damit ein Aufschmelzen des Dichtmaterials bzw. des Außendichtmaterial zuverlässig erfolgt.
Es ist ferner in diesem Beispiel vorgesehen, dass das Erhitzen bis zu einer Temperatur erfolgt, die über der Schmelztemperatur des Dichtmaterials, bzw. des Außendichtmaterial erfolgt, also beispielsweise über 280°C für Perfluoralkoxypolymer (PFA), über 240°C für Tetrafluorethylenperfluorproylen (FEP), über 190°C für Polychlortriflourethylen (PCTFE), über 170°C für Polyvinylidenflourid (PVDF), sodass ein Aufschmelzen des Dichtmaterials bzw. des Außendichtmaterial zuverlässig erfolgt. Ein besonderes Augenmerk ist bei der Erhitzung darauf zu richten, dass das Erhitzen so geschieht, dass die Temperatur des Grundkörpers 327°C nicht überschreitet. Auf diese Weise werden eine chemische Zersetzung des Grundkörpers und damit eine, insbesondere irreversible, Schädigung des Stopfens 1, sicher vermieden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008044159 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

VDI-Richtlinie 2232-2004-01 [0025]

Claims

Stopfen zur Abdichtung eines Gehäuses (11) eines Abgassensors (2), wobei der Stopfen (1) einen Grundkörper (24) aufweist, der ein Fluorelastomer aufweist, wobei der Stopfen (1) mindestens einen Durchgangskanal (25) zur Hindurchführung eines Anschlusskabels (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundkörper (24) des Stopfens (1) und dem Durchgangskanal (25) zumindest stellenweise eine Dichtung (26, 28) angeordnet ist, die mindestens ein thermoplastisch verarbeitbares fluorpolymerhaltiges Material mit einem Schmelzpunkt oder Schmelzbereich zwischen 170°C und 320°C aufweist.
Stopfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluorelastomer ein Fluorkautschuk oder ein Perfluorkautschuk ist.
Stopfen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das fluorpolymerhaltige Material mindestens ein Perfluoralkoxypolymer oder ein Tetrafluorethylenperfluorproylen oder ein Polychlortriflourethylen oder ein Polyvinylidenflourid aufweist.
Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (24) mit der Dichtung (26, 28) stoffschlüssig verbunden ist.
Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (26, 28) auf dem Grundkörper (24) in Form einer zum Durchgangskanal (25) weisenden Schicht angeordnet ist, mit einer Schichtdicke von 10µm bis 1mm, vorzugsweise von 50µm bis 250µm.
Abgassensor umfassend einen Stopfen (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche und ein Gehäuse (11) und mindestens ein Anschusskabel (21), das durch den Durchgangskanal (25) des Stopfens (1) hindurchgeführt ist, wobei das Gehäuse (11) des Abgassensors (2) durch den Stopfen (1) abgedichtet ist.
Abgassensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) des Abgassensors (2) mit dem Stopfen (1) mittelbar über eine Außendichtung (36, 38) stoffschlüssig verbunden ist.
Abgassensor nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusskabel (21) mit der Dichtung (26, 28) stoffschlüssig verbunden ist.
Abgassensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusskabel (21) einen elektrischen Leiter (20) aufweist, der von einer Isolation (19) umgeben ist, die insbesondere ein Fluorpolymer, zum Beispiel Polytetrafluorethylen oder ein Fluorelastomer, aufweist.
Abgassensor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusskabel (21), der Stopfen (1) und das Gehäuse (2) zumindest mittelbar stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung eines Abgassensors nach einem der Ansprüche 6–10, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Bereitstellen eines Grundkörpers (24), der ein Fluorelastomer aufweist, wobei der Grundkörper (24) mindestens einen Durchgangskanal aufweist, – Bereitstellen eines Anschlusskabels (21), das radial außen ein Dichtmaterial aufweist, das mindestens ein fluorpolymerhaltiges Material mit einem Schmelzpunkt oder Schmelzbereich zwischen 170°C und 310°C aufweist, – Hindurchführen des Anschlusskabels (21) durch den Durchgangskanal des Grundkörpers (24), sodass das Dichtmaterial in den Durchgangskanal gelangt, – Erhitzen des Verbundes aus Grundkörper (24), Dichtmaterial und Anschlusskabel (21). – Montage des Verbundes aus Grundkörper (24), Dichtmaterial und Anschlusskabel (21), sodass er das Gehäuse (11) eines Abgassensors (2) abdichtet.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstemmen durch einen von außen angelegten 700 bis 2000 N/cm^2 erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusskabel (21) das Dichtmaterial radial außen in Form mindestens eines Schlauches und/oder mindestens einer Folie und/oder mindestens eines Ringes aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen so geschieht, dass Dichtmaterial aufschmilzt und sich eine zumindest mittelbar stoffschlüssige Verbindung zwischen Grundkörper (24), Dichtmaterial und Anschlusskabel (21) ausbildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen so geschieht, dass das Fluorelastomer des Grundkörpers (24) seine Schmelz bzw. Zersetzungstemperatur nicht überschreitet.