DE10132825A1

DE10132825A1 - Gas sensor for use in road vehicle has individual strands of wire joined to form single matrix in vicinity of connector and has housing, one end of which has electrical connector to insulated cable

Info

Publication number: DE10132825A1
Application number: DE2001132825
Authority: DE
Inventors: Helmut Weyl; Hermann Hauser; Robert Knoellinger; Juergen Werner; Juergen Wilde; Andreas Pesch; Karl-Hermann Friese; Andreas Werner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2003-01-30

Abstract

A gas sensor (12) has a housing (11), one end (122) of which has an electrical connector (18) to an insulated (24) cable (20). The electrical cable is fabricated of thin flexible individual strands (23) which combine to form a single wire in the vicinity of the connector. The wire strands merge at the contact point into a single wire of round or rectangular cross-section forming a secure and mechanically strong electrical contact between the individual strands and the connector fitting. The contact between the strands is formed by e.g. welding, laser beam welding, electrical-resistance welding, hydrogen flame welding, soldering or high-temperature soldering. The single strands are joined to form a single wire by e.g. pressing, kneading.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Gassensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention is based on a gas sensor according to the Preamble of claim 1.

Bei einem bekannten Gassensor, z. B. Lamdasonde, (DE 195 42 650 A1) sind am anschlußseitigen Endabschnitt eines Sensorelements Kontakte vorgesehen, die mittels eines zweiteiligen Steckers kontaktiert werden. Der Stecker verfügt über Kontaktteile mit jeweils einem Crimpkontakt. Die Crimpkontakte sind mit Anschlußkabeln elektrisch und mechanisch verbunden und in einem Formkörper mit zylindrischen Durchführungen aufgenommen. Bei der Montage werden zunächst die Anschlußkabel durch die zylindrischen Durchführungen des Formkörpers geführt und mit den Crimpkontakten der entsprechenden Kontaktteile des Steckers verbunden. Die Crimpkontakte werden dann in die Durchführungen zurückgeschoben, so daß sie im Formkörper integriert sind. Dadurch wirkt der Formkörper gleichzeitig als Zugentlastung für die Anschlußkabel. Der Formkörper wird erhitzt, wobei sich Formkörper und Kabelisolation ausdehnen und dabei evtl. vorhandene Ringspalte um die Kabelisolation herum schließen. In a known gas sensor, e.g. B. Lamda probe, (DE 195 42 650 A1) are at the connection-side end section a sensor element contacts are provided, which by means of a two-part connector can be contacted. The connector has via contact parts with one crimp contact each. The Crimp contacts are electrical and with connection cables mechanically connected and in a molded body with cylindrical bushings added. During installation the connecting cables are first through the cylindrical Performed the molded body and with the Crimp contacts of the corresponding contact parts of the connector connected. The crimp contacts are then in the Bushings pushed back so that they are in the molded body are integrated. As a result, the molded body acts simultaneously as strain relief for the connection cable. The molded body is heated, whereby the molded body and cable insulation expand and any ring gaps around the cable insulation close around.

Advantages of the invention

Der erfindungsgemäße Gassensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch die Verwendung einer mit einem Isolationsmantel umschlossenen flexiblen Litze als Anschlußkabel und durch die Verdichtung der Einzeldrähte der Litze im Endbereich der Litze zu einem Volldraht eine direkte Kontaktierung des Anschlußkabels auf das anschlußseitige Ende des Sensorelements möglich ist und auf die aufwendige Montage von Crimpkontakten verzichtet werden kann. Die Flexibilität der Litze bereitet einerseits bei einem späteren Biegen von Gehäuseabschnitten, in denen die Litze verläuft, keine mechanischen Probleme und vermeidet insbesondere beim Biegen das Entstehen von Auszugskräften im elektrischen Stecker und gestattet andererseits, das aus dem Gehäuse austretende Anschlußkabel beliebig zu verlegen. Die Vereinigung der Einzeldrähte zu einem Volldraht mit vorzugsweise rundem Querschnitt ermöglicht eine einfache und sichere Kontaktierung der Litze im Steckerbereich. The gas sensor according to the invention with the features of Claim 1 has the advantage that by using a with an insulation jacket enclosed flexible strand as Connecting cable and by compressing the individual wires of the Strand in the end area of the strand to a solid wire a direct Contacting the connection cable on the connection-side end of the sensor element is possible and on the complex assembly can be dispensed with crimp contacts. The flexibility the strand prepares on the one hand when bending later Housing sections in which the strand runs, none mechanical problems and avoids especially when bending the emergence of pull-out forces in the electrical connector and on the other hand, allows the exiting from the housing Any connection cable to lay. The association of the Single wires to a solid wire, preferably round Cross section enables easy and safe Contacting the wire in the connector area.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bestehen die Einzeldrähte der Litze aus einem temperaturfesten Werkstoff, der einen kleinen, wenig temperaturabhängigen, spezifischen Ohmschen Widerstand aufweist. According to an advantageous embodiment of the invention the individual wires of the strand consist of one temperature-resistant material of a small, little temperature-dependent, specific ohmic resistance having.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Verbindung der Einzeldrähte im Endbereich der Litze, insbesondere im Kontaktbereich des Steckers, durch Löten mit Hochtemperaturloten, z. B. L-AG 85 oder L-AG 72, oder durch Schweißen, z. B. Laserstrahlschweißen, Widerstandsschweißen, Schweißen mit Wasserstoffflamme. Beim Schweißen kann dabei sowohl ein vollständiges Aufschmelzen der Einzeldrähte als auch ein partielles Anschmelzen der Ränder der Einzeldrähte bewirkt werden. Beim Löten werden bevorzugt die Hohlräume zwischen den Einzeldrähten mit Lot gefüllt. According to an advantageous embodiment of the invention, the connection of the individual wires in the end region of the strand, in particular in the contact region of the plug, is carried out by soldering with high-temperature solders, e.g. B. L-AG 85 or L-AG 72 , or by welding, e.g. B. laser welding, resistance welding, welding with hydrogen flame. During welding, both a complete melting of the individual wires and a partial melting of the edges of the individual wires can be brought about. When soldering, the cavities between the individual wires are preferably filled with solder.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der so gebildete Volldraht einem Umformprozeß, z. B. Pressen, Rundkneten, Kalibrieren, unterzogen. Dies hat den Vorteil, daß ein maßgenauer Querschnitt entsteht, der im Stecker zuverlässig, insbesondere mit einer kraftschlüssigen Klemmung, kontaktiert werden kann. According to an advantageous embodiment of the invention the solid wire thus formed a forming process, for. B. presses, Round kneading, calibration, subjected. This has the advantage that a dimensionally accurate cross-section is created in the connector reliable, especially with a non-positive Clamping, can be contacted.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse des Gassensors ein vom Stecker aus sich fortsetzendes Anschlußrohr auf, an dessen freiem Ende das Anschlußkabel bis hin zum Stecker eingeführt ist. In dem vom Einführende bis zum Stecker verlaufenden Abschnitt des Anschlußkabels ist der Isolationsmantel von der Litze entfernt. Durch diese konstruktive Gestaltung ist in dem motornahen Hitzebereich des Gassensors der wenig hitzebeständige Isolationsmantel entfernt, während die Litze bis in den Einführbereich im Anschlußrohr elektrisch isoliert bleibt. Im Einführbereich wird vorzugsweise die Litze mit einer Dichtungstülle festgelegt, die den Isolationsmantel hermetisch umschließt und im Anschlußrohr kraft- und/oder formschlüssig festgelegt ist. According to a preferred embodiment of the invention the housing of the gas sensor from the plug itself continuing connection pipe, at the free end of which Connection cable up to the plug is inserted. In the from Introductory section of the connector The connection cable is the insulation jacket from the strand away. This constructive design means that heat range of the gas sensor close to the engine heat-resistant insulation jacket removed while the strand electrically insulated up to the insertion area in the connection pipe remains. The stranded wire is preferably included in the insertion area a sealing grommet that defines the insulation jacket hermetically encloses and in the connecting pipe force and / or is form-fitting.

drawing

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in schematisierter Darstellung: The invention is based on one shown in the drawing Exemplary embodiment in the following description explained. In a schematic representation:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Gassensors, Fig. 1 a longitudinal section of a gas sensor,

Fig. 2 ausschnittweise eine Ansicht eines Anschlußkabels des Gassensors in Fig. 1, teilweise geschnitten, Fig. 2 a detail of a view of a connecting cable of the gas sensor in Fig. 1, partly in section,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts III in Fig. 1. Fig. 3 is an enlarged view of detail III in FIG. 1.

Description of the embodiment

Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Gassensor ist für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, und kann beispielsweise eine Lamdasonde sein, mit welcher die Abgaszusammensetzung im Abgasrohr des Kraftfahrzeugs bestimmt wird. Der Gassensor weist ein Sensorelement 12 mit einem meßgasseitigen Endbereich 121 und einem anschlußseitigen Endbereich 122 auf, der in einem Gehäuse 11 angeordnet ist. Das Sensorelement 12 ist im Gehäuse 11 mittels eines ersten Keramikformteils 13 und eines zweiten Keramikformteils 14 und einer zwischen den beiden Keramikformteilen 13, 14 angeordneten Sensorelementdichtung 15 gehalten und ist in seinem meßgasseitigen Endbereich 121 von einem auf das meßgasseitige Ende des Gehäuses 11 aufgesetzten Schutzrohr 16 überdeckt. Das Schutzrohr 16 trägt Ein- und Auslaßöffnungen 17 für das Meßgas. Der anschlußseitige Endbereich 122 des Sensorelements 12 ist in einem elektrischen Stecker 18 aufgenommen und dort mit einem elektrischen Anschlußkabel 20 verbunden. Der Stecker 18 ist in einer Hülse 19 aufgenommen, die mit einer Hohlschraube 21 am Gehäuse 11 festgesetzt ist. Die Hülse 19 umgreift auf ihrer vom Gehäuse 11 abgekehrten Seite mit einem Bördelrand 191 den Endabschnitt eines Anschlußrohrs 22. Das Anschlußkabel 20 ist in dem Anschlußrohr 22, das nach der Endmontage des Gassensors noch gebogen wird, bis zum Stecker 18 geführt und im Stecker 18 mit dem anschlußseitigen Endbereich 122 des Sensorelements 12 elektrisch kontaktiert. The gas sensor shown in longitudinal section in FIG. 1 is intended for use in a motor vehicle and can be, for example, a lambda probe with which the exhaust gas composition in the exhaust pipe of the motor vehicle is determined. The gas sensor has a sensor element 12 with an end region 121 on the measurement gas side and an end region 122 on the connection side, which is arranged in a housing 11 . The sensor element 12 is held in the housing 11 by means of a first ceramic molded part 13 and a second ceramic molded part 14 and a sensor element seal 15 arranged between the two ceramic molded parts 13 , 14 and is covered in its measuring gas-side end region 121 by a protective tube 16 placed on the measuring gas-side end of the housing 11 , The protective tube 16 carries inlet and outlet openings 17 for the measurement gas. The connection-side end region 122 of the sensor element 12 is received in an electrical connector 18 and connected there with an electrical connection cable 20 . The plug 18 is received in a sleeve 19 which is fixed to the housing 11 with a hollow screw 21 . On its side facing away from the housing 11, the sleeve 19 surrounds the end section of a connecting pipe 22 with a flange 191 . The connecting cable 20 is guided in the connecting tube 22 , which is still bent after the final assembly of the gas sensor, up to the plug 18 and is electrically contacted in the plug 18 with the connection-side end region 122 of the sensor element 12 .

Das in Fig. 2 ausschnittweise vergrößert dargestellte Anschlußkabel 20 besteht aus einer flexiblen Litze 23 mit einer Mehrzahl von dünnen Einzeldrähten 231, z. B. sieben Einzeldrähte 231, die von einem Isolationsmantel 24 umschlossen ist. Die Einzeldrähte 231 bestehen aus einem temperaturfesten Werkstoff, der einen kleinen, wenig temperaturabhängigen, spezifischen Ohmschen Widerstand aufweist. Das Anschlußkabel 20 ist an dem freien Ende des Anschlußrohrs 22 in dieses eingeführt, wobei im Einführbereich des Anschlußrohrs 22 der Isolationsmantel 24 in einer Dichtungstülle 25 aufgenommen ist, die im Anschlußrohr 22 befestigt ist. In dem zwischen der Dichtungstülle 25 und dem elektrischen Stecker 18 sich erstreckenden Abschnitt des Anschlußkabels 20 ist der Isolationsmantel 24 vom Anschlußkabel 20 entfernt, so daß in dem noch im Hitzebereich des Kraftfahrzeugs liegenden Anschlußrohr 22 nur die nackte Litze 23 verläuft. An dem steckerseitigen Ende des Anschlußrohrs 22 ist im Anschlußrohr 22 eine Auszugssicherung 26 angeordnet, durch die die Litze 23 hindurchgeführt ist. Diese Auszugssicherung 26 besteht aus zwei Formkörpern 261, 262 mit je einer Durchstecköffnung für die Litze 23. Nach Durchführen der Litze 23 werden die beiden Formkörper 261, 262 gegeneinander verdreht, wodurch die Litze 23 zweimal umgebogen und damit gegen Auszug gesichert wird. The enlarged in Fig. 2 shown connection cable 20 consists of a flexible strand 23 with a plurality of thin individual wires 231 , z. B. seven individual wires 231 , which is enclosed by an insulation jacket 24 . The individual wires 231 consist of a temperature-resistant material which has a small, low temperature-dependent, specific ohmic resistance. The connecting cable 20 is inserted into the free end of the connecting tube 22, the insulation jacket 24 being accommodated in a sealing grommet 25 which is fastened in the connecting tube 22 in the insertion region of the connecting tube 22 . In the section of the connecting cable 20 which extends between the sealing grommet 25 and the electrical connector 18 , the insulation jacket 24 is removed from the connecting cable 20 , so that only the bare wire 23 runs in the connecting pipe 22 which is still in the heat region of the motor vehicle. At the plug end of the connecting tube 22, a pull-out safety device 26 is arranged in the connecting tube 22 , through which the stranded wire 23 is passed. This pull-out lock 26 consists of two molded bodies 261 , 262 , each with a push-through opening for the strand 23 . After the strand 23 has been passed through, the two shaped bodies 261 , 262 are rotated relative to one another, as a result of which the strand 23 is bent twice and thus secured against being pulled out.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Einzeldrähte 231 der Litze 23 im Endbereich der Litze 23 zu einem Volldraht 232 vereinigt. Diese Vereinigung erfolgt durch eine feste, elektrisch leitende, mechanische Verbindung zwischen den Einzeldrähten 231, die durch Schweißen, z. B. Laserstrahlschweißen, Widerstandsschweißen, Schweißen mit Wasserstoffflamme etc., oder durch Löten herbeigeführt wird. Beim Schweißen können die Einzeldrähte 231 vollständig aufschmelzen, es können aber auch nur die Ränder der Einzeldrähte partiell angeschmolzen werden. Beim Löten werden die Hohlräume zwischen den Einzeldrähten 231 mit einem Hochtemperaturlot, z. B. L-AG 85 oder L-AG 72, gefüllt. Der Querschnitt des Volldrahts 232 wird zweckmäßigerweise an die Anschlußerfordernisse im Stecker 18 angepaßt. Der Querschnitt kann kreisrund, oval, recheckig, quadratisch usw. ausgeführt werden. Um einen maßgenauen, runden Querschnitt zu erhalten, wird der Bereich des Volldrahts 232 einem Umformungsprozeß, z. B. Pressen, Rundkneten, Kalibrieren, unterzogen. Der Volldraht 232 wird in den Stecker 18 eingeschoben und dort mit dem anschlußseitigen Endabschnitt 122 des Sensorelements 12 elektrisch und mechanisch kontaktiert. Die Länge des am Litzenende ausgebildeten Volldrahts 232 kann so gewählt werden, daß der Volldraht 232 nur im elektrischen Stecker 18 einliegt, sie kann aber auch größer bemessen werden, so daß der Volldraht 232 auch noch durch die Auszugssicherung 26 hindurchläuft. As is apparent from Fig. 2, the individual wires of the strand are 23 combined 231 in the end region of the strand 23 to a solid wire 232nd This union is achieved by a solid, electrically conductive, mechanical connection between the individual wires 231 , which by welding, for. B. laser welding, resistance welding, welding with hydrogen flame, etc., or is brought about by soldering. During welding, the individual wires 231 can melt completely, but only the edges of the individual wires can also be partially melted on. When soldering, the cavities between the individual wires 231 with a high-temperature solder, z. B. L-AG 85 or L-AG 72 filled. The cross section of the solid wire 232 is expediently adapted to the connection requirements in the connector 18 . The cross section can be circular, oval, rectangular, square, etc. In order to obtain a dimensionally accurate, round cross section, the area of the solid wire 232 is subjected to a reshaping process, e.g. B. pressing, rotary kneading, calibration. The solid wire 232 is inserted into the plug 18 and electrically and mechanically contacted there with the connection-side end section 122 of the sensor element 12 . The length of the solid wire 232 formed at the strand end can be chosen so that the solid wire 232 only lies in the electrical connector 18 , but it can also be dimensioned larger so that the solid wire 232 also runs through the pull-out safety device 26 .

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, kann der im Anschlußrohr 22 verlaufende, abisolierte Abschnitt des Anschlußkabels 20 mit einem Ausgleichsbogen 27 verlegt sein. As shown in FIG. 2, the stripped section of the connecting cable 20 running in the connecting pipe 22 can be laid with a compensating bend 27 .

Die Kontaktierung des Volldrahts 232 im elektrischen Stecker 18 erfolgt durch kraftschlüssige Klemmung, wozu der Stecker 18 zwei voneinander getrennte Steckerteile 18 aus isolierendem Material aufweist, die auf den einander zugekehrten Seiten eine elektrisch leitende Schicht 183 tragen (Fig. 3). Nach Einführen des anschlußseitigen Endbereichs 122 des Sensorelements 12 und des Volldrahts 232 der Litze 23 in dem Stecker 18 zwischen die Steckerteile 181 und 183 werden die beiden Steckerteile 181 und 182 mittels eines Federrings 28 zusammengepreßt. The contacting of the solid wire 232 in the electrical connector 18 takes place by means of non-positive clamping, for which purpose the connector 18 has two separate connector parts 18 made of insulating material, which carry an electrically conductive layer 183 on the sides facing one another ( FIG. 3). After insertion of the connection-side end region 122 of the sensor element 12 and the solid wire 232 of the strand 23 in the plug 18 between the plug parts 181 and 183 , the two plug parts 181 and 182 are pressed together by means of a spring ring 28 .

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So können in dem Gassensor mehrere Sensorelemente 12, beispielsweise zwei Sensorelemente 12, angeordnet sein, die jeweils an einem zum Teil im Anschlußrohr 22 geführten Anschlußkabel 20 angeschlossen sind. Jedes Anschlußkabel 20 ist dann wie beschrieben ausgeführt. Die Kontaktierung der anschlußseitigen Endbereiche 122 der Sensorelemente 12 mit den Volldrähten 232 der Litzen 23 erfolgt im gemeinsamen elektrischen Stecker 18, der entsprechend modifiziert ist. The invention is not restricted to the exemplary embodiment described. Thus, a plurality of sensor elements 12 , for example two sensor elements 12 , can be arranged in the gas sensor, each of which is connected to a connecting cable 20 which is partly guided in the connecting tube 22 . Each connecting cable 20 is then designed as described. The contacting of the connection-side end regions 122 of the sensor elements 12 with the solid wires 232 of the strands 23 takes place in the common electrical connector 18 , which is modified accordingly.

Claims

1. Gas sensor with a sensor element ( 12 ) arranged in a housing ( 11 ), which is received with a connection-side end region ( 122 ) in an electrical connector ( 18 ), and with at least one inserted into the housing ( 11 ), an electrical conductor and an insulation jacket ( 24 ) having a connecting cable ( 20 ), the electrical conductor of which contacts the connection-side end region of the sensor element ( 12 ) in a contact region of the electrical plug ( 18 ), characterized in that the electrical conductor is a flexible one consisting of thin individual wires ( 231 ) Stranded wire ( 23 ), the individual wires ( 231 ) of which are combined into a solid wire ( 232 ) at least in the contact area of the plug ( 18 ).

2. Gas sensor according to claim 1, characterized in that the solid wire ( 232 ) has a round or angular cross section.

3. Gas sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the union of the individual wires ( 231 ) to the solid wire ( 232 ) is effected by a fixed, mechanical, electrically conductive connection between the individual wires ( 231 ).

4. Gas sensor according to claim 3, characterized in that the connection of the individual wires ( 231 ) to each other by welding, for. B. laser welding, resistance welding, welding with hydrogen flame, is brought about.

5. Gas sensor according to claim 3, characterized in that the connection of the individual wires ( 231 ) is brought about by soldering with high-temperature solders.

6. Gas sensor according to one of claims 1-5, characterized in that the solid wire ( 232 ) a forming process, for. B. pressing, rotary kneading, calibration.

7. Gas sensor according to one of claims 1-6, characterized in that the individual wires ( 231 ) of the strand ( 23 ) have a very small, specific ohmic resistance.

8. Gas sensor according to one of claims 1-7, characterized in that the individual wires ( 231 ) of the strand ( 23 ) consist of a temperature-resistant material.

9. Gas sensor according to one of claims 1-8, characterized in that the housing ( 11 ) from the connector ( 18 ) from the connecting tube ( 22 ) continues, at the free end of the connecting cable ( 20 ) to the connector ( 18 ) is inserted, and that in the section of the connecting cable ( 20 ) extending from the introducer to the plug ( 18 ) the insulation jacket ( 24 ) is removed from the stranded wire ( 23 ).

10. Gas sensor according to claim 9, characterized in that a pull-out safety device ( 26 ) for the connecting cable ( 20 ) is arranged in the connecting tube ( 22 ) at the plug end of the connecting tube ( 22 ) and that the solid wire ( 231 ) formed by combining the individual wires ( 231 ) 232 ) of the strand ( 23 ) runs through the pull-out safety device ( 26 ).

11. Gas sensor according to claim 9 or 10, characterized in that the stripped section of the connecting cable ( 20 ) extending in the connecting tube ( 22 ) is laid with a connecting bend ( 27 ).

12. Gas sensor according to one of claims 1-11, characterized in that the contacting of the solid wire ( 232 ) of the strand ( 23 ) on the connection-side end region ( 122 ) of the sensor element ( 12 ) is carried out by means of a spring ( 28 ) generated clamping ,