CN103444002B - 接触元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种接触元件，其用于与构成在一个主体（10）上、尤其一个气体传感器的陶瓷传感器元件上的电接触位置（14）相接触，该接触元件具有一个用于力锁合地紧贴在接触位置（14）上的接触位置侧的元件区段（11）、一个用于与一电的连接导体（15）连接的连接侧的元件区段（12）及一个使这两个元件区段（11，12）相互连接的用于补偿热膨胀的中间区段（13）。为了尤其是通过节省用于接触元件的贵的耐热的材料来降低制造成本和为了降低随后装配时的装配成本，至少接触位置侧的元件区段及连接侧的元件区段（11，12）由具有与相应的元件区段（11，12）的功能适配的材料特性的不同的、材料锁合地连接的材料组成。
Description
技术领域
本发明涉及一个用于与构成在一个主体、尤其一个气体传感器的陶瓷传感器元件上的电接触位置相接触的接触元件。
背景技术
一个公知的气体传感器或气体测量探头与一个连接电缆的电导体的电接触部分(DE 196 38 208 C2)具有至少一个接触件或接触元件，该接触元件力锁合地压在一个构成在传感器元件的连接侧区段上的接触位置上。该接触元件具有：一个传感器元件区段或接触位置侧区段，该区段借助弹簧作用紧靠在接触位置上；一个连接侧区段，该区段与连接电缆的一个电导体连接；及一个弧形的中间区段，该区段用于补偿接触元件的热膨胀和/或机械延展及运动。接触元件由镍或镍合金组成及接触位置由具有至少95％的铂的烧结铂金属陶瓷组成。
发明内容
根据本发明的接触元件具有其优点，即该接触元件例如在交货及装入气体传感器时就已设有专门功能的适合区域，这些区域可满足工作中提出的要求。这就降低了成本并使组装改进及变得容易。这样便可将昂贵的、耐热的材料仅限于使用在接触位置侧的元件区段上及连接侧的元件区段以较小的强度来制造，这在将一个连接电缆的电导体连接在接触元件上时使卷边工序变得容易并可减小卷边工具的磨损。整体的接触元件是一个制成的结构单元，以致在以后例如将接触元件安装在一个气体传感器中以形成电接触时，例如在传感器组装及电缆束组装时，可取消用于连接各个元件区段的复杂工序。
根据本发明的一个有利的实施形式接触位置侧的元件区段由一种根据DIN 10269的耐热合金组成。该耐热及耐高温的镍基合金的使用可在接触元件长使用寿命期间保证高的接触力。
根据本发明的一个有利的实施形式连接侧的元件区段由一种根据DIN 10088的1.43xx族的耐腐蚀钢组成，例如由钢1.4303组成。该材料具有足够高的断裂延伸率及小的冷硬化倾向，它可很好地变形及由此适于为使连接侧的元件区段与连接电缆的电的连接导体连接的卷边并可避免卷边工具的过大磨损，以致该工具可达到高的使用寿命。为了保证连接侧端部区段足够的变形性能，根据本发明的另一实施形式该材料在用溶液退过火的状态中使用。
根据本发明的一个有利的实施形式中间区段由一种冷硬化的、根据DIN 10088的1.43xx族的耐腐蚀钢组成，例如由钢1.4310组成。通过该材料选择，并最好与中间区段相应的几何构型、如一个延展拱弧相结合将这样地调整中间区段的延展性–即它的轴向弹簧特性曲线，以致可补偿其它构件、如一个气体传感器中的构件的不同热膨胀。在气体传感器中接触元件通过连接电缆的电导体及一个弹性体套管与一个金属保护套相连接，该保护套在温度升高时比传感器元件明显地强地延伸。通过发生在中间区段中的延展补偿导致传感器元件上的接触位置与接触元件之间小的相对运动，以致可阻止由于摩擦腐蚀引起的接触电阻的增高。此外导致中间区段高弹性限度的冷固化状态还提供了一个优点，即将变形特性曲线保持在弹性范围中及由此使中间区段中周期性地出现的变形成为可逆的。同样地中间区段中的周期性变形保持在弹性的范围中，该周期性变形是通过仅部分地被接收在接触保持位置中的接触元件的振动引起的，并由此是可逆的，以致接触元件–及由此气体传感器–可经受较高的振动负荷。
本发明还给出了根据本发明的用于制造具有在其材料特性方面适配其功能的元件区段的接触元件的方法。
本发明的方法具有其优点，即各个元件区段可以用制造技术上有利的方式为满足相应的功能要求来设置。中间区段部分上与接触位置侧的元件区段及连接侧的元件区段成为一体的实施形式使需接合的零件的数目减少，而不会丝毫影响到中间区段对补偿不同热膨胀的功能要求的适配。两个零件的接合及材料锁合的连接例如为以后气体传感器的组装提供了一个制成的、整体的接触元件，以致在一个气体传感器的传感器组装及电缆束组装期间可取消复杂的组装工序并使组装成本明显地下降。
本发明的方法还具有其优点，即通过由三个不同的金属带来制造一个多重金属带可使该接触元件仅在单个工序中通过简单的冲压/弯曲程序来获得。与由代表不同元件区段的零件来组装接触元件相比制造过程可简化，这就导致制造成本的明显下降。然而预先提供三个不同材料的金属带及使这三个金属带沿它们相邻放置的纵向侧对接边缘材料锁合的连接并不如所期望地那样使制造成本大大地下降。
本发明的方法还具有其优点，即通过连接侧端部区段与中间区段在材料选择方面的合并则可以通过沿两个材料不同的金属带的对接边缘单一的材料锁合连接来制造一个双金属带并由此使制造成本进一步下降。中间区段与连接侧元件材料上相同的实施形式虽然对中间区段的轴向弹簧特性曲线的最佳设计及抗振强度有点儿影响，但通过中间区段适配的几何构型可使这两者得到补偿。在制造该三金属带的多功能带时作为连接工序可使用电子束焊接或激光焊接。在此情况下对于冲压工具及弯曲工具，以及所谓的顺序连接工具的要求没有改变。
附图说明
在以下的说明中将借助附图中所示的实施例来详细地描述本发明。附图表示：
图1：根据第一实施例的一个接触元件的透视图，
图2：区段地表示用于图1的接触元件的冲压/弯曲工序的由三个金属带组成的多重金属带的俯视图，
图3：根据第二实施例的一个接触元件的透视图，
图4：区段地表示用于图3的接触元件的冲压/弯曲工序的由二个金属带组成的多重金属带的俯视图，
图5：根据第三实施例的一个接触元件的透视图，
图6：图5中的接触元件的零件在它们接合前的透视图。
具体实施方式
由图1中透视图看到的用于与一个构成成一个主体上的电接触位置相接触的接触元件例如用于与一个构成在气体传感器的陶瓷传感器元件的表面上的平面接触位置相接触。在此情况下接触元件借助一个导向气体传感器的连接电缆的电导体与传感器元件的接触位置相连接。这种具有传感器元件，连接电缆及接触元件的气体传感器例如被描述在开始部分引证的文件DE 196 38 208 C2中。
该接触元件具有三个元件区段，确切地说一个用于力锁合地紧贴在主体的接触位置上的接触位置侧的元件区段11，一个用于与电的连接导体连接的连接侧的元件区段12及一个使这两个元件区段11，12相互连接的用于补偿热膨胀的中间区段。在图1中为了完整起见还概要地表示出：构成在主体10上的接触位置14，接触位置侧的元件区段11弹性地接触在该接触位置上；及一个电导体15，连接侧的元件区段12与该电导体导电地连接，例如通过卷边来连接。
接触位置侧的元件区段11，连接侧的元件区段12及中间区段13由不同的、材料锁合连接的材料组成，这些材料各具有与相应的元件区段的功能相适配的材料特性。因此接触位置侧的元件区段11由一种根据DIN 10269的耐热合金组成。这种耐热的或耐高温的镍基合金在气体传感器所需的超过400℃的高温情况下在接触元件的工作寿命期间可保证足够高的接触力。连接侧的元件区段12由一种根据DIN 10088的1.43xx族的耐腐蚀钢，例如钢1.4303组成。这种钢具有足够高的断裂延伸率及小的冷硬化倾向，以致当为了使连接侧的元件区段12与电的连接导体15连接的卷边时可很好地变形及不会产生卷边工具的大的工具磨损。为了保证更好的变形性能，耐腐蚀钢在一种用溶液退过火的状态中使用。该溶液退火使材料回到其初始状态，由此除合金组分的均匀分布外还实现了硬化的降低，以致材料变软及由此可很好地变形。中间区段由一种冷硬化的、根据DIN 10088的1.43xx族的耐腐蚀钢，例如耐腐蚀钢1.4310组成。为了保证中间区段13的延展性的线性特性曲线及接触元件的抗振强度而进行冷硬化。除材料的选择外为了改善其延展性中间区段13构有相应的几何形状，例如构有在图1中可看到的拱弧131。
为了制造接触元件首先使由接触位置侧的元件区段11、中间区段13及连接侧的元件区段12的所述材料组成的材料带16，17，18用其纵向边缘相互邻接地放置及相互接边对接边材料锁合地连接成一个多重金属带19(图2)。这里该材料锁合的连接可借助电子束焊接或激光焊接来形成。图2中用俯视图区段地表示出一个由三个材料带6，17，18组成的多重金属带19。在其上将三个金属带16，17，18相互焊接的两个对接边缘用20及21指示，其中在金属带16与18之间延伸着对接边缘20及在金属带17与18之间延伸着对接边缘21。现在由该多重金属带19这样地冲压出具有与对接边缘垂直地延伸的纵向延伸部分的冲压件22，即产生出由金属带16组成的接触位置侧的元件区段11，由金属带18组成的中间区段13及由金属带17组成的连接侧的元件区段12。
在图2的上部一个被冲压的冲压件22及多重金属带19已被冲开，而其它的冲压件22虽然以图形表示在多重金属带19中但还未被冲开。出于制造技术的原因所有的冲压件22还将通过一个延伸在左边缘处的穿孔带条191保持在一起，但以后再分离。最好与冲压工序一起地在每个冲压件22上成型出接触位置侧的元件区段11，连接侧的元件区段12及中间区段13，以致形成了图1中所示的接触元件。在图2中仅概要地表示出冲压件22及并不相应于图1中接触元件的几何形状。接触位置侧的元件区段11与中间区段13之间的对接边缘20及中间区段13与连接侧的元件区段12之间的对接边缘21在图1中用点划线表示。
在图3中所示的根据第二实施例的接触弹簧中接触位置侧的元件区段11及连接侧的元件区段12由不同的、材料锁合地连接的材料组成，其中这些材料的材料特性也适配于元件区段11或12的功能。接触位置侧的元件区段11如图1中相同的元件区段那样也由一种根据DIN 10269的耐热合金组成。连接侧的元件区段12以与图1中所述的相同方式由一种根据DIN 10088的1.43xx族的耐腐蚀钢组成。与根据图1的接触元件不同地中间区段13由与连接侧的元件区段12相同的材料、即由一种根据DIN 10088的1.43xx族的耐腐蚀钢组成。
为了制造根据图3的接触元件首先使由接触位置侧的元件区段11的及连接侧的元件区段12的材料组成的材料带16及23用其纵向边缘相互邻接地放置及相互接边对接边材料锁合地连接成一个多重金属带24(图4)。该连接工序也可通过电子束焊接或激光焊接来形成。图4用俯视图区段地表示出这样制造的双金属带24。在双金属带24中沿着它将两个金属带16及23相互焊接的对接边缘用25来指示。
现在由该双金属带24这样地冲压出具有与对接边缘垂直地延伸的纵向延伸部分的冲压件26，即由金属带16产生出接触位置侧的元件区段11及由另一金属带23一起产生出连接侧的元件区段12与中间区段13。图4中表示该双金属带24的上边缘部分。其它还未冲开的冲压件22以轮廓表示在该双金属带24中及视冲压工具的实施形式而定可单独地或成组地冲出。通过一个延伸在左边缘处的穿孔带条241的随后分离将使冲压件26分离出来。最好与冲压工序一起地在每个冲压件26上一方面成型出接触位置侧的元件区段11及另一方面一起成型出连接侧的元件区段12与中间区段13。由此以其图3中所示的形状得到该接触元件。这里也是概要地表示出冲压件26在图2中仅概要地表示出冲压件22及未表示出图3中接触弹簧的详细冲压轮廓。在图3中用点划线表示出延伸在该接触弹簧中的、不同材料沿着它材料锁合地连接的对接边缘25。
图5中所示的根据第三实施例的接触元件也具有接触位置侧的元件区段11，连接侧的元件区段12及中间区段13。但与以上的实施例不同地接触位置侧的元件区段11及连接侧的元件区段12构成单独的元件段27或28(图6)。中间区段13至少部分地与这两个元件区段11，12中的至少一个元件区段作成一体，即由与其相同的材料组成。两个元件段27，28在中间区段13的区域29中相互材料锁合地连接成一个预装配的、整体的结构单元。在图5中通过虚线概要地表示出该连接区域29。
如图1及2的实施例中那样元件区段11，12由不同的材料组成，这些材料的材料特性适配于接触位置侧的元件区段11或连接侧的元件区段12的功能。接触位置侧的元件区段11也由一种根据DIN 10269的耐热合金组成，连接侧的元件区段12由一种根据DIN 10088的1.43xx族的耐腐蚀钢组成。中间区段13部分地由与接触位置侧的元件区段11相同的材料及部分地由与连接侧的元件区段12相同的材料组成。中间区段13的这些部分13a及13b在区域29中相互材料锁合地连接，其中该材料锁合通过电子束焊接或激光焊接来形成。
为了制造根据图5的接触位置侧的元件区段11首先使接触位置侧的元件区段11为一方及连接侧的元件区段12为一方各与中间区段13的一部分13a或13b在一起作为单独的元件段27，28(图6)被冲压及弯曲。然后使这两个单独的元件段27，28接合，如其在图6中通过虚线所示地，及在中间区段13的区域29中相互材料锁合地连接。
Claims (8)
1.一种气体传感器，所述气体传感器具有陶瓷传感器元件，在该陶瓷传感器元件上构造有电接触位置(14)，所述气体传感器具有用于与所述电接触位置(14)相接触的接触元件，所述气体传感器具有一个接触位置侧的元件区段(11)、一个连接侧的元件区段(12)及一个使这两个元件区段(11，12)相互连接的用于补偿热膨胀的中间区段(13)，其中，所述连接侧的元件区段(12)与一电的连接导体(15)连接，其特征在于：至少接触位置侧的元件区段及连接侧的元件区段(11，12)由具有与相应的元件区段(11，12)的功能适配的材料特性的不同的、材料锁合地连接的材料组成，并且，所述接触位置侧的元件区段(11)由一种根据DIN 10269的耐热合金组成，而所述连接侧的元件区段(12)由一种根据DIN 10088的1.43xx族的耐腐蚀钢组成。
2.根据权利要求1的气体传感器，其特征在于：该耐腐蚀钢具有一个用溶液退过火的状态。
3.根据权利要求1或2的气体传感器，其特征在于：中间区段(13)由一种根据DIN 10088的1.43xx族的、冷硬化的、耐腐蚀钢组成。
4.根据权利要求1或2的气体传感器，其特征在于：中间区段(13)由与接触位置侧的和/或连接侧的元件区段(11，12)相同的材料组成。
5.根据权利要求4的气体传感器，其特征在于：接触位置侧的元件区段(11)及连接侧的元件区段(12)被构成单独的元件段(27，28)；中间区段(13)至少部分地与这两个元件区段(11，12)中的至少一个元件区段作成一体，两个元件段(27，28)在中间区段(13)的区域(29)中相接合及相互材料锁合地连接成一个预装配的结构单元。
6.用于制造根据权利要求5的气体传感器的方法，其特征在于：使接触位置侧的元件区段(11)及连接侧的元件区段(12)各与中间区段(13)的一部分(13a，13b)一起作为单独的元件段(27，28)被冲压及弯曲，使这两个单独的元件段(27，28)相互接合并在中间区段(13)的区域(29)中相互材料锁合地连接。
7.用于制造根据权利要求4的气体传感器的方法，其特征在于：使两个由接触位置侧的元件区段及连接侧的元件区段(11，12)的材料组成的材料带(16，23)相互接边对接边材料锁合地连接成一个双金属带(24)；由该双金属带(24)这样地冲压出具有与对接边缘(25)垂直地延伸的纵向延伸部分的冲压件(26)，即由一个金属带(16)产生接触位置侧的元件区段(11)及由另一金属带(23)产生连接侧的元件区段(12)与中间区段(13)；及在冲压件(26)上成型出元件区段(11，12)与中间区段(13)。
8.用于制造根据权利要求1至3中任一项的气体传感器的方法，其特征在于：使三个由接触位置侧的元件区段(11)的、中间区段(13)的及连接侧的元件区段(12)的材料组成的材料带(16，17，18)相互接边对接边材料锁合地连接成一个多重金属带(19)；由该多重金属带(19)这样地冲压出具有与对接边缘(20，21)垂直地延伸的纵向延伸部分的冲压件(22)，即由各一个金属带(16，17，18)产生接触位置侧的元件区段(11)、中间区段(13)及连接侧的元件区段(12)；在冲压件(22)上成型出元件区段(11，12)与中间区段(13)。
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