EP2812682A1 - Abgassensor - Google Patents

Abgassensor

Info

Publication number
EP2812682A1
EP2812682A1 EP13700483.4A EP13700483A EP2812682A1 EP 2812682 A1 EP2812682 A1 EP 2812682A1 EP 13700483 A EP13700483 A EP 13700483A EP 2812682 A1 EP2812682 A1 EP 2812682A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plug
exhaust gas
base body
seal
gas sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13700483.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eckart Reihlen
Jens Schneider
Frank Stanglmeier
Guido Soyez
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2812682A1 publication Critical patent/EP2812682A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4078—Means for sealing the sensor element in a housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/021—Sealings between relatively-stationary surfaces with elastic packing
    • F16J15/022—Sealings between relatively-stationary surfaces with elastic packing characterised by structure or material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining

Definitions

  • the invention is based on an exhaust gas sensor.
  • exhaust gas sensors comprise a housing in which, for example, a ceramic, electrochemically operating sensor element is located.
  • Such exhaust gas sensors further comprise a plug which seals the housing and is guided out of the housing or into the housing by the at least one connection cable.
  • Fluoroelastomers have a high elasticity in the new state, so that by the frictional sealing of the housing of the exhaust gas sensor with the
  • Fluoroelastomer and / or other elastomer altering mechanisms embrittlement of the material resulting in a decrease in elasticity.
  • embrittlement of the material resulting in a decrease in elasticity.
  • sealing effect of the fluoroelastomer plug may undesirable
  • the allowable temperature load of conventional sensors with regard to the amount and duration of the temperature load is predetermined
  • the plug has a base body which comprises polytetrafluoroethylene (PTFE). While the term "body” is not to be understood as being excessively limiting in the context of this invention, it is preferred that the body of the plug be of the shape or basic shape of, or similar to, a straight circular cylinder Shape or basic shape be chamfers, rounding and / or the like made and / or deformations, such as plastic and / or elastic nature, be made.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • fluoroelastomers having high temperature resistance for example those which can be exposed to temperatures of at least 250 ° C. and more for a short time without chemical decomposition, in particular fluororubbers (FKM) and / or perfluororubbers (FFKM).
  • the body constitutes at least 80% or at least 85%, preferably even at least 90% or at least 95%, of the mass of the plug.
  • the base body constitutes at least 65% or at least 72%, preferably even at least 79% or at least 86%, of the volume of the plug.
  • the basic body can only have a fluoroelastomer to a certain extent, even with regard to a spatial part and / or its chemical composition, it is preferred that the main body consists of at least 95% or entirely of a fluoroelastomer and / or that the main body is made of a fluoroelastomer.
  • the plug has at least one, in particular axial,
  • An axial passage for example, based on a cylindrical or cylinder-like shape or basic shape of the base body, that the through-channel pierces the two opposite end faces of the plug and / or that the through-channel does not penetrate the in particular radially outer lateral surface of the plug.
  • the passageway extends parallel to an axis of symmetry of the base body or an axis of symmetry of the base body even with an axis of symmetry of
  • Passage channel coincides.
  • the arrangement of several, in particular of two, three, four, five or six, passageways is possible, which are preferably arranged symmetrically about an axis of symmetry of the base body around.
  • connection cables or a, for example, bonded and / or welded, composite of
  • Connecting cables which includes several connection cables to provide.
  • the plug comprises a seal which is arranged at least in places between the base body of the plug and the through-channel.
  • This seal is preferably suitable, one between the body of the plug and the
  • seal particularly preferably cohesively seal.
  • seal lining the inner contour of the plug, so the outer wall of the passage channel, in particular predominantly or completely, it is also possible and preferred that the seal between body and passage is arranged only in places, ie parts the inner contour of the plug and the outer wall of the
  • the invention is based on the finding that the base body due to the material it has or even consists of a fluoroelastomer, although in the new state has good elastic properties and thus is in principle suitable, a force or to transmit a state of tension, but these elastic properties deteriorate with continued high-temperature exposure. Furthermore, it was recognized that a cohesive seal in the region of the through-channel requires the provision of an additional seal, since fluoroelastomers are not suitable for forming a material bond due to their lack of or insufficient thermoplastic properties. The invention is based on the finding that the realization of an improved sealing effect in the region of the seal of the selection of the material of the seal is of particular importance. According to the invention and based on the above findings were in
  • Fluoropolymers with a melting point or melting range between 170 ° C and 320 ° C identified as suitable.
  • Tetrafluoroethylene perfluoropropene identified as suitable. Also suitable were the substances polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) and polyvinylidene fluoride (PVDF). In addition to their thermoplastic processability, these materials have in common that they are suitable in addition to ceramic, oxidic, glass, and / or
  • Metal surfaces also wet the material polytetrafluoroethylene (PTFE), so that a material connection between the sealing material and a polytetrafluoroethylene (PTFE) having insulation of a cable that can be arranged in the passage of the plug, can be produced.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the material was unsuitable
  • PTFE Polytetrafluoroethylene
  • PCTFE polychlorotrifluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PFA perfluoroalkoxy polymer
  • FEP tetrafluoroethylene perfluoropropene
  • the seal be made of perfluoroalkoxy polymer (PFA) or tetrafluoroethylene perfluoropropene (FEP) or polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) or Polyvinylidenflourid (PVDF) or a mixture of these substances or consists of at least 95% or entirely of perfluoroalkoxy (PFA) or tetrafluoroethylene perfluoropropene (FEP) or polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) or Polyvinylidenflourid (PVDF) or a mixture of these substances, so are of the invention in principle also
  • seals having only a part consisting of these substances, or which consist of a material containing only one, in particular predominant, proportion of perfluoroalkoxy (PFA) and / or tetrafluoroethylene (FEP) and / or polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) and or polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • PFA perfluoroalkoxy
  • FEP tetrafluoroethylene
  • PCTFE polychlorotrifluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • other thermoplastically processable fluoropolymer-containing materials having a melting point or melting range between 170 ° C. and 320 ° C. may also be provided in each case as an alternative.
  • tetrafluoroethylene perfluoropropene FEP
  • FEP tetrafluoroethylene perfluoropropene
  • tetrafluoroethylene perfluoropropene are in particular understood to mean chemical substances which can be prepared by polymerization of mixtures of the monomer tetrafluoroethylene (TFE) with a fraction of the monomer hexafluoropropylene (HFP) which is different from zero, in particular substantially different from zero.
  • Perfluoroalkoxy polymers are to be understood as meaning, in particular, chemical substances which can be prepared by polymerization of mixtures of the monomer tetrafluoroethylene (TFE) with a fraction of the monomer perfluoropropylvinyl ether (PPVE) which is different from zero, in particular substantially different from zero.
  • Perfluoroalkoxy polymers are to be understood as meaning, in particular, chemical substances having the structural formula [-CF 2 -CF 2 -CF (OR) -CF 2] n, where the side group OR is at least one alkoxy group. In particular, these are fully fluorinated polymers having at least one alkoxy side chain.
  • Perfluoroalkoxy polymers (PFAs) are, in particular, chemical substances which can be melt-processed, which can wet ceramic, oxidic, glass and / or metal surfaces and / or can be fused with polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • different PFA qualities and / or mixtures of different PFA qualities, so-called PFA polyblends are encompassed by the invention. Particularly positive experiences in connection with the present
  • PCTFE Polychlorotrifluoroethylene
  • PVDF Polyvinylidenflourid
  • the seal and / or the material of which the seal is made contribute only to a small degree to the mass and / or the volume of the plug.
  • seals whose volume is less than 35% or less than 25%, preferably less than 15% of the volume of the associated passageway are preferred.
  • the seal is arranged on the base body in the form of a layer facing the passage channel, wherein in particular layer thicknesses of at least ⁇ , preferably at least 50 ⁇ , have proven to be such
  • a layer thickness which should not be exceeded here is 1 mm, preferably 250 ⁇ m.
  • a layer thickness between 50 ⁇ and 150 ⁇ may be preferred, especially if a fluctuation of the actual
  • the exhaust gas sensor has been brought about or has not yet completely brought about and in particular during operation of the sensor, for example by a self-heating of the sensor and / or as a result of exposure to the exhaust gas sensor with hot exhaust gas, can be formed or fully formed.
  • the exhaust gas sensor with hot exhaust gas
  • a cohesive connection is a connection in which cohesion of the joining partners takes place through the forces acting at the molecular level, as defined in particular in VDI Guideline 2232-2004-01.
  • the integral connection can be, in particular, an immediate cohesive connection between two joining partners, in which there is an immediate interaction between the two joining partners at the molecular level.
  • the cohesive connection may, in particular, also be an indirect cohesive connection, in which the two joining partners are not directly bonded to one another, but are each directly cohesively connected to at least one third joining partner and, in the case of a plurality of third joining partners, all of these third joining partners (indirectly or directly) are materially interconnected.
  • a development of the invention is a plug for sealing a housing of an exhaust gas sensor, wherein the plug has a base body having a fluoroelastomer, wherein the plug has at least one, in particular axial, passageway through which an electrical conductor is passed, wherein between the
  • Base body of the plug and the passage at least in places an insulating seal is arranged, which is led out at least one side, ie in particular on at least one end side of the plug, together with the electrical conductor from the plug, wherein the insulating gasket at least one thermoplastically processable fluoropolymer dawns material with a Melting point or melting range between 170 ° C and 320 ° C, in particular a perfluoroalkoxy or a
  • the insulating seal is the electrical conductor and the main body in particular directly opposite and is connected to the electrical conductor and / or with the base body, in particular within the passage channel, in particular cohesively, or connectable, in particular weldable.
  • the plug according to the invention has a, in particular axial, through-channel for the passage of a connecting cable.
  • the stopper comprises a connecting cable which is passed through the stopper, preferably guided by the stopper from the interior of the housing into an area located outside the housing.
  • an exhaust gas sensor is to be understood as meaning, in particular, a lambda probe for use in the exhaust gas tract of an internal combustion engine, but it can also be other sensors, such as a temperature sensor or a NOx or soot particle sensor or the like.
  • sensors of the invention which are suitable for continuous use at high temperatures and / or in an aggressive environment, and those sensors in which an example electrical connection line of a sealed housing, in particular at relatively high
  • a terminal-side sealing of the housing of the exhaust gas sensor results, which is comparatively high, for example, a helium leak of less than 10 ⁇ -3 mbar * l / s or 10 ⁇ -4 mbar * l / s even preferably a helium leak of less than 10 ⁇ -5 mbar * l / s or 10 ⁇ -6 mbar * l / s.
  • the terms "seal”, “sealed”, etc. are also not to be interpreted too narrow, so that in particular a purely macroscopic closure may be included. Also a possible remaining leakage through the inside of a
  • tubular insulation of the connecting cable or the connecting cable remains out of the question, since this leakage elsewhere, for example, at one with the
  • Connection cable and the connecting cables connected plug can be sealed. It is also possible to deduce such a leakage through the connection cable or through the connection cables into a noncritical region, for example a colder and less exposed region of a motor vehicle.
  • An absolute or hermetic seal in particular, a helium leak of less than 10 ⁇ -10 mbar * l / s) Although in principle possible, but with the exception of special applications, as it cost prohibitive.
  • the connecting cable is connected to the seal cohesively.
  • connection cable comprises a surrounded by an insulation electrical conductor and the material connection between gasket and connecting cable is formed between the gasket and the insulation of the connecting cable.
  • Connecting cable may in particular a fluoropolymer, for example polytetrafluoroethylene (PTFE), or consist of polytetrafluoroethylene (PTFE), in particular completely, predominantly or partially made of polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the insulation of the connection cable can also consist of a fluoroelastomer. To optimize the tightness and the temperature resistance, it is even preferable if the insulation of the connecting cable made of the same material as the body of the plug, for
  • Example of a fluoroelastomer consists.
  • connection cable is advantageously given by Cu and / or Cu steel strands.
  • Preferred developments of the invention result from the fact that the basic idea of the seal between the basic body of the plug and connecting line is transmitted to the seal between the base body of the plug and the housing of the sensor by providing the seal according to the invention.
  • the plug has an outer seal which is arranged radially on the outside of the plug, wherein the outer seal has at least one thermoplastically processable fluoropolymer-containing material having a melting point or melting range between 170 ° C and 320 ° C, in particular one
  • the main body may be materially connected to the outer seal.
  • the outer seal may be arranged on the base body in the form of a layer, preferably with a layer thickness of ⁇ to 1mm, more preferably from 50 ⁇ to 250 ⁇ . Additionally or alternatively, it may be provided that the housing of the exhaust gas sensor is integrally connected to the plug by the outer seal.
  • the same material is provided for the outer seal and for the seal, that is to say in particular a material of the same chemical composition.
  • the layer thicknesses provided for the seal and for the outer seal may also match.
  • connection cable, the plug and the housing cohesively are connected to each other, so in particular a material connection between the housing and the plug and a material connection the plug and the connecting cable, in particular between the plug and an insulation of the connecting cable, is realized.
  • a total cohesive sealing of the connection-side end of the housing of the exhaust gas sensor is realized.
  • Inventive methods for producing a plug, in particular a plug according to the invention, and / or an exhaust gas sensor, in particular an exhaust gas sensor according to the invention provide that a base body with at least one, in particular axial, passage channel having a fluoroelastomer, in particular consists of a fluoroelastomer provided becomes. It is also envisaged that a
  • thermoplastically processable fluoropolymer-containing sealing material having a melting point or melting range between 170 ° C and 320 ° C, in particular at least one perfluoroalkoxy (PFA) or a
  • FEP Tetrafluoroethylene perfluoropropene
  • PCTFE polychlorotrifluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • Connection cable may be provided, which comprises an electrical conductor, which is surrounded by an insulation, in particular a fluoropolymer, for example polytetrafluoroethylene (PTFE), or consists for example of a fluoroelastomer or polytetrafluoroethylene (PTFE), wherein in addition, on this insulation, radially outside the sealing material is arranged. It is further provided that the connection cable through the axial fluoropolymer, for example polytetrafluoroethylene (PTFE), or consists for example of a fluoroelastomer or polytetrafluoroethylene (PTFE), wherein in addition, on this insulation, radially outside the sealing material is arranged. It is further provided that the connection cable through the axial
  • the sealing material may in particular be at least one hose, in particular a hose which is pushed onto the connection cable, pulled up or unrolled onto the connection cable.
  • the length of the tube in the axial direction is preferably greater than its diameter. Preference is given to hoses with a wall thickness of ⁇ to 1mm, more preferably with a wall thickness of 50 - 250 ⁇ .
  • the sealing material may also be at least one film, in particular a film which is wound on or around the connection cable.
  • films with a wall thickness of ⁇ to 1mm, preferably with a wall thickness of 50 - 250 ⁇ .
  • the sealing material may also have an annular shape.
  • the sealing material can then be pushed in particular onto the connecting cable or on the Connecting cable to be rolled in the intended position.
  • the length of the ring in the axial direction is preferably equal to or less than its diameter.
  • the sealing material can in principle be introduced in other ways.
  • it can be in the liquid state on the connecting cable or in the
  • Heating to 285 ° C to 320 ° C is preferred, moreover, it is preferred that heating to higher temperatures be omitted. In particular, heating of the plug does not occur at more than 320 ° C.
  • the composite of base body, sealing material and connecting cable is caulked, in particular by an externally applied pressure of 700 to 2000 ⁇ / ⁇ ⁇ 2.
  • the caulking can in particular simultaneously with the
  • seal according to the invention is transferred to the seal between the body of the plug and the housing of the sensor.
  • an outer sealing material the thermoplastically processable fluoropolymer-containing material having a melting point or melting range between 170 ° C and 320 ° C, in particular at least one perfluoroalkoxy or a
  • Polyvinylidenflourid has, together with the base body arranged in the interior of the housing, that outer sealing material between the base body and the housing is arranged.
  • a composite of housing, outer gasket, main body, sealing material of the gasket and connecting cable is prepared and the entire composite is heated together and caulked, in particular by an externally applied pressure of 700 to 2000 N / cm A 2.
  • the outer sealing material at least partially melts and subsequently a material connection between the body of the plug and the outer sealing material and the outer sealing material and the housing of the
  • sealing material and
  • Outer sealing material both in the form of ⁇ to 200 ⁇ thick melt films are processed.
  • Inventive exhaust gas sensor is shown in FIG.
  • FIGS. 1 a and 1 b show a first exemplary embodiment of a plug 1 according to the invention in a plan view or in a section along the longitudinal axis of the plug 1.
  • the plug 1 has a cylindrical shape or basic shape, in particular the shape or basic shape of a straight circular cylinder.
  • a radially inwardly arranged base body 24 also has a cylindrical shape or basic shape, in particular the shape or basic shape of a straight circular cylinder.
  • the main body 24 may, for example, have a length of 15 mm and a diameter of 10 mm.
  • the plug 1 and the base body 24 have, for example, four axial through-channels 25, which extend in the longitudinal direction and, for example, have a diameter of 1 mm.
  • the passageways 25 are in this embodiment a
  • Plug 1 according to the invention open and for the passage of each one
  • Connecting cable 21 (see Figures 3 to 5) provided. On the inner contours of the
  • a seal 26 is formed in each case, and that over the entire surface in the form of, for example, ⁇ thick layer. Radially outside, on the lateral surface of the base body 24 is a
  • Outer seal 36 applied, also over the entire surface in the form of, for example ⁇ thick layer.
  • the base body 24 in this example consists of fluororubber or perfluororubber and accounts for more than 95% of the volume or the mass of the plug 1, so that a high thermal stability and elasticity of the plug 1 results.
  • the material of the seal 26 and the outer seal 36 in this example is in each case a Perfluoralkoxypolynner (PFA) with a melting range of 260 ° C - 320 ° C.
  • PFA Perfluoralkoxypolynner
  • the material of the gasket 26 and the outer gasket 36 is one of the following materials: perfluoroalkoxypolynene (PFA), tetrafluoroethylene perfluoropropene (FEP), polychlorotrifluorethylene (PCTFE),
  • PVDF Polyvinylidenflourid
  • a housing 11 of an exhaust gas sensor 2 can be sealed by the stopper 1 according to the invention, the base body 24 of the stopper 1 being sealable with respect to a connection cable 21 by the seal 26 and the main body 24 being sealed by the outer seal 36 the plug 1 relative to the housing 11 of the exhaust gas sensor 2 is sealable.
  • FIGS. 2 a and 2 b show a second exemplary embodiment of a plug 1 according to the invention in plan view or in a section along the longitudinal axis of the plug
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that the seal 26 does not act as a full-surface layer on the inner contour of the
  • Base body 24 is formed, but as a sealing ring 28 on the inner contour of the
  • the Basic body is arranged and this covered in the longitudinal extent of only a part.
  • the sealing ring 28 has a length (longitudinal direction of the through-channel 25) of 1 mm and a thickness (radial direction) of 150 ⁇ m or 250 ⁇ m.
  • Embodiment in that the outer seal 36 is not formed as a full-surface layer radially outward on the base body 24, but is arranged as an outer sealing ring 38 radially outward on the base body 24 and the outer surface of the base body 24 in the longitudinal extent only partially covered.
  • the outer sealing ring 38 has a length
  • Outer sealing ring 38 are arranged off-center.
  • the provision of two sealing rings 28 and / or two outer sealing rings 38, which are opposite each other in the longitudinal direction of the plug 1, is possible.
  • the provision of even more sealing rings 28 and / or outer sealing rings 38 is basically possible.
  • FIGS. 3 a and 3 b a third exemplary embodiment of a plug 1 according to the invention is shown in plan view or in a section along the longitudinal axis of the plug
  • At least one connecting cable 21 is arranged or through the passageway 25 at least one connecting cable 21 is passed, so that the plug is particularly suitable to seal the housing 11 of an exhaust gas sensor 2.
  • the connecting cable 21 consists of an electrical conductor 20
  • the electrical conductor 20 is formed in particular as a copper wire or steel copper wire, wherein the electrical conductor 20 is surrounded in particular by an insulation 19, in particular along the entire length of the plug 1 is surrounded by the insulation 19.
  • the electrical conductor 20 it would also be possible for the electrical conductor 20 to be surrounded by the insulation 19 only along a part of the plug 1, and along a part of the plug 1 of the seal 26 and / or the sealing ring 28 and / or the base body 24 of the plug 1 directly opposite.
  • connection cable 21, in particular the insulation 19 is materially connected to the seal 26 and / or the sealing ring 28, in particular fused, in particular by melting the material provided for the seal 26 or the sealing ring 28.
  • the connecting cable 21, in particular the insulation 19, is not materially connected to the seal 26 and / or the sealing ring 28, but merely, in particular non-positively, in the interior of the seal 26 and / or the sealing ring 28 or . is set inside the base body 24.
  • the connecting cable 21, in particular the insulation 19, with the seal 26 and / or the sealing ring 28 cohesively connectable, in particular weldable is.
  • FIGS. 4a and 4b show a fourth exemplary embodiment of a stopper 1 according to the invention in plan view or in a section along the longitudinal axis of the stopper 1.
  • At least one connecting cable 21 is arranged or through the passageway 25 at least one connecting cable 21 is passed, so that the plug 1 is particularly suitable to seal the housing 11 of an exhaust gas sensor 2.
  • the insulation 19 of the connecting cable 21 and the seal 26 are not formed as mutually different parts, but the seal 26 at the same time assumes the function of the insulation 19 of the electrical conductor 20 and this, in particular directly opposite ,
  • the seal 26 or the insulation 19 is led out in this example, in particular two-sided or one-sided, together with the electrical conductor 20 from the plug 1 and the electrical conductor 20 of the connecting cable 21 also outside the plug 1, for example, to a ( not shown) part of a connector, such as a plug on the opposite side of the stopper 1 of the
  • Connecting cable 21 is connected to the connecting cable 21 and, for example, with a belonging to a control unit complementary part of the connector, for example a socket, connectable, in particular sixteensteckbar is.
  • the insulation 19, which also forms the insulation 26 within the plug 1 is formed as a 250 ⁇ m thick layer of perfluoroalkoxy polymer (PFA), which radially surrounds the electrical conductor in the form of an insulation tube.
  • PFA perfluoroalkoxy polymer
  • the insulation 19, in this case the seal 26, is materially connected to the conductor 20 of the connecting cable 21 and / or with the base body 24 of the plug 1, in particular fused, in particular by melting of the for the insulation 19, in the present case the seal 26, provided material.
  • the insulation 19, in the present case the seal 26, is not materially connected to the conductor 20 of the connection cable 21 and / or to the base body 24 of the plug 1, but that the insulation 19, in this case the seal 26, with the conductor 20 of the connecting cable 21 and / or with the
  • Base body 24 of the plug 1 only, in particular force-locking, is fixed.
  • the insulation 19, in this case the seal 26, with the conductor 20 of the connection cable 21 and / or with the base body 24 of the plug 1 materially connectable, in particular weldable is.
  • thermoplastically processable fluoropolymer consists of a material that at least one perfluoroalkoxy (PFA) or a Tetrafluorethylenperfluorproylen (FEP) or a Polychlortriflourethylen (PCTFE) or a Polyvinylidenflourid (PVDF) or other thermoplastically processable fluoropolymer practises material having a melting point or melting range between 170 ° C and 320 ° C has.
  • PFA perfluoroalkoxy
  • FEP Tetrafluorethylenperfluorproylen
  • PCTFE Polychlortriflourethylen
  • PVDF Polyvinylidenflourid
  • the fourth embodiment is in particular also an embodiment of a plug 1 for sealing the housing 11 of an exhaust gas sensor 2, wherein the plug 1 has a base body 24 having a fluoroelastomer, wherein the plug 1 has at least one axial passage 25 through which an electrical Conductor 20 is passed, wherein between the base body 24 of the plug 1 and the
  • Passage channel 25 at least in places an insulating seal 26 is arranged, which is led out at least one side, ie in particular on an end face of the plug 1, together with the electrical conductor 20 from the plug 1, wherein the insulating gasket 26 at least thermoplastically processable fluoropolymer-containing material having a melting point or melting range between 170 ° C and 320 ° C, in particular a perfluoroalkoxy or a Tetrafluorethylenperfluorproylen or a
  • the insulating seal 26 is the electrical conductor 20 and the base body 24 in particular directly opposite and is in particular with the electrical conductor 20 and / or with the
  • Further exemplary embodiments of the invention relate to exhaust gas sensors 2 with a plug 1, as shown in greater detail, for example, above, in particular in the first, second, third and fourth embodiment.
  • These exhaust gas sensors 2 each have at least one housing 11, which is sealed by the plug 1 and at least one Anschusstent 21, which is passed through the passageway 25 of the plug 1.
  • an exhaust gas sensor 2 is shown in Figure 5, the abgas paragraph of the plug 1 befind Anlagen part of the prior art is known in principle and, for example, as part of a lambda probe for measuring the
  • Oxygen concentration in the exhaust gas of internal combustion engines is designed. This
  • Exhaust gas sensor 2 comprises a housing 11, which consists of a solid housing body 12 made of metal with a screw thread 14 and with a mounting sleeve 13 and a pushed onto the housing body 12 and fixedly connected to this protective sleeve 15 with a, for example reduced in diameter, the housing body remote end portion 151th consists.
  • a sensor element 16 is arranged, which protrudes with a messgas statisticen end of the housing 11 and there from a
  • Housing body 12 is attached.
  • the connection end the sensor element 16 carries contact surfaces, which are connected via conductor tracks with measuring electrodes arranged at the measuring gas end.
  • the contact surfaces are, for example, with an insulation 19 enclosed, electrical conductor 20 contacted by connecting cables 21.
  • electrical conductor 20 contacted by connecting cables 21.
  • a two-part, ceramic clamp body 22 is provided, which is externally enclosed by a spring element 23 and the electrical conductor 20 presses non-positively on the contact surfaces of the sensor element 16.
  • the ceramic clamp body 22 is radially supported on the protective sleeve 15.
  • the plug 1 located on the exhaust side of a plug 1 part of an exhaust gas sensor 2 are basically possible and / or also known from the prior art. It is provided in the further Austechnologybeit that the plug 1, the housing 11 closes or seals by being in the housing body 12 remote from the part of the protective sleeve 15, in particular in a housing body remote end portion 151 of the protective sleeve 15 is disposed.
  • the stopper 1 can be, for example, as shown in FIG.
  • plug 1 act.
  • plug 1 may also be a plug 1, as in the In connection with the first, second and / or fourth embodiment has been explained ( Figures 1, 2 and 4).
  • Outer seal 36 with the base body 24 of the plug 1 and / or with the housing 11, in particular with the protective sleeve 15 and / or the housing body distal end portion 151 of the protective sleeve 15 is not materially connected, but that the outer seal 36 with the main body 24 of the plug 1 and / or with the housing 11, in particular with the protective sleeve 15 and / or the housing body remote end portion 151 of the protective sleeve 15, only, in particular non-positively fixed. In this case, however, it is particularly preferred that the outer seal 36 with the base body 24 of the plug
  • Exhaust gas sensor 2 provides that a base body 24, which has a fluoroelastomer and which has at least one through-channel 25, is provided
  • a sealing material for example in the form of a 150 ⁇ thick film having at least one thermoplastically processable
  • fluoropolymer-containing material having a melting point or melting range between 170 ° C and 320 ° C, in particular a perfluoroalkoxy or a
  • Polyvinylidenflourid is passed through the passageway 25. It is further provided that this composite of base body 24 and connecting cable 21st
  • the at least thermoplastically processable fluoropolymer-containing material having a melting point or melting range between 170 ° C and 320 ° C, in particular a
  • Housing body distal end portion 151 of a protective sleeve 15 is carried out with a
  • Housing body 12 can be mounted to a housing 11. It is provided in particular that by caulking and heating of the composite of connecting cable 21, sealing material, base body 24, outer sealing material and housing 11 and protective sleeve 15 a, in particular total, cohesive sealing of the housing 11 and the protective sleeve 15 is provided. In particular, fusion occurs due to melting of the sealing material and of the outer sealing material.
  • the caulking takes place with an applied pressure of 700 to 2000 N / cm A 2.
  • the heating of the composite of connecting cable 21, sealing material, base body 24, outer sealing material, and housing 11 is preferably carried out over a period of 10 s or more, preferably 30 s or more, so that a melting of the sealing material or the outer sealing material is reliable.
  • the heating takes place up to a temperature which is above the melting temperature of the sealing material, or the outer sealing material, so for example about 280 ° C for perfluoroalkoxy (PFA), about 240 ° C for tetrafluoroethylene perfluoropropene (FEP ), above 190 ° C. for polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), above 170 ° C. for polyvinylidene fluoride (PVDF), so that the melting of the sealing material or of the outer sealing material takes place reliably.
  • PFA perfluoroalkoxy
  • FEP tetrafluoroethylene perfluoropropene
  • PCTFE polychlorotrifluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride

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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

Beschreibung Titel
Abgassensor
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 AI 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
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*10Λ5 bis 3*Λ10Λ6 g/mol. Unter Polychlortriflourethylen (PCTFE) versteht sich hierbei insbesondere die chemische Substanz mit der Strukturformel [-CFCI-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 ΙΟμηη, bevorzugt mindestens 50μηη, bewährt haben, da so eine
prozesssichere Ausbildung der Dichtschicht gewährleistet ist. Eine Schichtdicke die hierbei nicht überschritten werden sollte, beträgt 1mm, bevorzugt 250μηη. In besonders
temperaturkritischen Anwendungen kann auch eine Schichtdicke zwischen 50μηη und 150μηη 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 10Λ-3 mbar*l/s oder 10Λ-4 mbar*l/s, bevorzugt sogar eine Heliumdichtheit von weniger als 10Λ-5 mbar*l/s oder 10Λ-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 10Λ-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 ΙΟμηη bis 1mm, besonders vorzugsweise von 50μηη bis 250μηη. 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 ΙΟμηη bis 1mm, besonders bevorzugt mit einer Wandstärke von 50 - 250μηη.
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 ΙΟμηη bis 1mm, bevorzugt mit einer Wandstärke von 50 - 250μηη.
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 ΙΟμηη bis 1mm, besonders bevorzugt mit einer Wandstärke von 50 - 250μηη.
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 Ν/αηΛ2. 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/cmA2. 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 ΙΟΟμηη bis 200μηη dicken Schmelzfolien verarbeitet werden.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Erfindungsgemäße Stopfen sind in Figuren la und lb, 2a und 2b, 3a und 3b und 4a und 4b jeweils in Aufsicht und entlang eines Schnittes entlang einer Längsachse des Stopfens dargestellt. erfindungsgemäßer Abgassensor ist in der Figur 5 dargestellt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Figuren la und lb 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 Figuren 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 ΙΟΟμηη dicken Schicht. Radial außen, auf der Mantelfläche des Grundkörpers 24 ist eine
Außendichtung 36 aufgebracht, ebenfalls vollflächig in Form einer beispielsweise ΙΟΟμηη 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 Perfluoralkoxypolynner (PFA) mit einem Schmelzbereich von 260°C - 320°C. Alternativ ist das Material der Dichtung 26 und der Außendichtung 36 eines der folgenden Materialien: Perfluoralkoxypolynner (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 Figur 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 Figuren 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 μηη oder 250μηη.
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 250μηη oder 600μηη. 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 Figuren 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 Figuren 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 250μηη 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 Figur 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 Figur 5 dargestellt, um den im
Zusammenhang mit dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung (Figur 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 (Figuren 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
I 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 150μηη 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 150μηη 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
II 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/cmA2. 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.

Claims

Ansprüche 1. 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.
2. Stopfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluorelastomer ein Fluorkautschuk oder ein Perfluorkautschuk ist.
3. 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.
4. Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (24) mit der Dichtung (26, 28) stoffschlüssig verbunden ist.
5. 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 ΙΟμηη bis 1mm, vorzugsweise von 50μηη bis 250μηη.
6. 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.
7. 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.
8. Abgassensor nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusskabel (21) mit der Dichtung (26, 28) stoffschlüssig verbunden ist.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstemmen durch einen von außen angelegten 700 bis 2000 N/cmA2 erfolgt.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
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