DE102004016915A1

DE102004016915A1 - Messfühler zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases

Info

Publication number: DE102004016915A1
Application number: DE200410016915
Authority: DE
Inventors: Helmut Weyl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-04-06
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2005-11-03
Also published as: WO2005098411A1

Abstract

Es wird ein Messfühler zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases, insbesondere von Temperatur, Druck oder der Konzentration einer Gaskomponente im Abgas von Brennkraftmaschinen, angegeben, der ein Fühlergehäuse, aus diesem herausgeführte Anschlusskabel und einen die Anschlusskabel umschließenden, flexiblen Formschlauch (18) aus Kunststoff aufweist, der am Kabelausführende des Fühlergehäuses festgelegt ist. Zur Erzielung eines erhöhten Schutzes gegen Überhitzung des Formschlauchs (18) und der darin geführten isolierten Anschlusskabel ist der Formschlauch (18) außen mit einer dünnen Schicht (23), vorzugsweise Metallschicht, belegt, deren Schichtmaterial ein deutlich geringeres Wärmeabsorptionsvermögen als der Kunststoff des Formschlauchs (18) hat (Fig. 2).

Description

Die Erfindung geht aus von einem Messfühler zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases, insbesondere von Temperatur, Druck oder Konzentration einer Gaskomponente im Abgas von Brennkraftmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein bekannter Messfühler zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente, insbesondere Sauerstoff, im Abgas von Brennkraftmaschinen ( DE 198 33 861 A1 ) weist ein in dem Fühlergehäuse aufgenommenes Sensorelement auf, das mit einem abgasseitigen Ende aus dem Gehäuse vorsteht und an einem anschlussseitigen Ende über Kontaktteile mit Anschlusskabeln verbunden ist, die aus dem Fühlergehäuse herausgeführt sind. Am Kabelausführende des Fühlergehäuses werden die isolierten Anschlusskabel durch eine Tülle aus PTFE (Polytetrafluorethylen) hindurchgeführt und anschließend in einem flexiblen Formschlauch aus PTFE aufgenommen. Der Formschlauch ist mit seinem einen Ende über die Tülle geschoben und mittels einer Crimphülse zwischen einer Metallhülse des Fühlergehäuses und der Tülle eingeklemmt. Am anderen Ende ist der Formschlauch abgedichtet, und zwar dadurch, dass eine über den Formschlauch gelegte Crimphülse gegen einen inneren, von den Anschlusskabeln durchsetzten Dichtungsstopfen gepresst wird. Der Formschlauch hat eine Temperaturbeständigkeit bis 250°C, kurzzeitig bis etwa 280°C. Er schützt die Anschlusskabel gegen Abknicken und Überhitzung ihrer Isolation und erhöht die Temperaturbelastbarkeit des Kabelaustritts aus dem Fühlergehäuse.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Messfühler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die dünne Materialschicht, vorzugsweise Metallschicht, auf der Außenfläche des Formschlauchs aufgrund des gegenüber dem Formschlauchmaterial deutlich niedrigeren Wärmeabsorptionskoeffizienten oder Emissionsgrads des Schichtmaterials, den Formschlauchkunststoff gegen extreme Strahlungswärme des Abgasrohrs, die im Formschlauch zu einer Temperatur oberhalb der Temperaturbelastungsgrenze des Formschlauchkunststoffes führt, abschirmt, so dass im Formschlauchkunststoff die Temperaturbeständigkeitsgrenze nicht überschritten wird. Dadurch bleibt auch bei höheren Temperaturen die Dicht- und Isolationsfunktion des Formschlauchs gewährleistet. Auf bisher übliche Maßnahmen zum Abschirmen der Strahlungswärme der heißen Auspuff- bzw. Katalysatoroberflächen in Form von Strahlungsschutzblechen kann verzichtet werden, was Fertigungs- und Montagekosten senkt. Die auf der Außenfläche des Formschlauchs aufgebrachte Materialschicht bietet außerdem die Möglichkeit, in bestimmten Anwendungsfällen einen weniger temperaturbeständigen Kunststoff wie PTFE einzusetzen, der wesentlich kostengünstiger ist. Solche Kunststoffe sind beispielsweise FEP (Fluorethylenprophylen) und PA (Polyamid).

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Messfühlers möglich.

Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt eines Messfühlers zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Abgas von Brennkraftmaschinen,
2 ausschnittweise eine vergrößerte Darstellung eines Formschlauchs des Messfühlers in 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Der in 1 im Längsschnitt dargestellte Messfühler zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases ist im Ausführungsbeispiel als planare Breitband-Lambdasonde konzipiert, mit welcher die Sauerstoffkonzentration im Abgas von Brennkraftmaschinen gemessen wird. Der Messfühler weist ein Fühlergehäuse 10 auf das aus einem metallischen Gehäusekörper 11 und einer am Gehäusekörper 11, z.B. durch Schweißen, festgelegten Metallhülse 12 zusammengesetzt ist. Im Gehäusekörper 11 ist mittels einer Dichtpackung 13 ein Sensorelement 14 festgelegt, das mit einem abgasseitigen Ende aus dem Gehäusekörper 11 vorsteht und an einem anschlussseitigen Ende mittels eines Kontakthalters 15 auf Anschlusskabel 16 kontaktiert ist, die aus dem Fühlergehäuse 10 herausgeführt sind. Am Kabelausführende des Fühlergehäuses 10 sind die Kabel durch eine PTFE-Tülle 17 hindurchgeführt und anschließend von einem flexiblen Formschlauch 18, vorzugsweise aus PTFE, umhüllt. Der vorzugsweise nach Art eines Wellrohrs ausgebildete Formschlauch 18 ist mit seinem einen Ende über einen Teilbereich der Tülle 17 geschoben und durch eine Crimphülse 20 zwischen dem Ende der Metallhülse 19 und der Tülle 17 dicht eingeklemmt. An dem anderen Ende ist der gewellte Formschlauch 18 abgedichtet. Hierzu ist in den Formschlauch 18 ein Dichtungsstopfen 21 eingesetzt, der von den Verbindungskabeln 16 durchsetzt ist. Eine über das Ende des Formschlauchs 18 geschobene Crimphülse 22 presst den Formschlauch 18 auf den Dichtungsstopfen 21 auf.
Der Formschlauch 18 schützt die Anschlusskabel 16 gegen Abknicken und führt die Anschlusskabel 16 mit ihrer relativ niedrigen Temperaturbeständigkeitsgrenze aus dem heißen Bereich des Messfühlers heraus. Ist der Formschlauch 18 aus PTFE, so hat er eine Temperaturbeständigkeit bis 250°C mit einer kurzzeitigen Temperaturbelastbarkeit von bis 280°C. Ist der Formschlauch 18 höheren Temperaturen ausgesetzt, verliert er seine Dicht- und Isolationsfunktion sowie seine Wärmeabschirmfunktion bezüglich der einliegenden Anschlusskabel 16, wodurch wiederum die Isolation der Anschlusskabel 16 einer zu hohen Temperatur ausgesetzt sind, was langfristig zu einer Störung der Messfühlerfunktion führt. Aufgrund von Einbaubedingungen für den Messfühler, die bei bestimmten Fahrzeugtypen bestehen, lässt es sich nicht zuverlässig vermeiden, dass der Formschlauch 18 mit den Anschlusskabeln 16 durch heiße Auspuff- oder Katalysatoroberflächen überhitzt wird. Um dieses zu verhindern, ist der Formschlauch 18 außen mit einer dünnen Schicht 23 belegt, deren Schichtmaterial ein deutlich geringeres Wärmeabsorptionsvermögen bzw. eine deutlich niedrigere Emissivität als der Kunststoff des Form schlauchs 18 besitzt. Vorzugsweise besteht die Schicht 23 aus Metall, z.B. Aluminuim, Silber, Kupfer, Messing, Nickel, Chrom oder Edelmetalle. Die Schichtdicke ist kleiner als 100μm bemessen. In 2 ist aus Gründen einer deutlicheren Darstellung die Schicht 23 im Verhältnis zur Wanddicke des gewellten Formschlauchs 18 sehr viel stärker wiedergegeben. Wie am unteren Ende des Formschlauchs 18 in 2 zu erkennen ist, kann auf die Beschichtung der Oberfläche des Formschlauchs 18 im Bereich der Vercrimpung des Formschlauchs 18 auf der Tülle 17 verzichtet werden, da hier eine Abschirmung der Strahlungswärme durch die Crimphülse 20 gegeben ist.
Zur Erzielung einer guten Haftung der Schicht 23 auf der gewellten Oberfläche des Formschlauchs 18 wird die Oberfläche des Formschlauchs 18 vor Aufbringen der Schicht 23 aufgerauht. Dies kann dadurch bewirkt werden, dass die Oberfläche des Formschlauchs 18 mit feinstkörnigem, hartem Pulver gestrahlt wird. Auch kann die Oberfläche des Formschlauchs 18 angeätzt werden, z.B. mit Fluor, Chlortrifluorid, 80%iger Natron- oder Kalilauge oder mit Essigsäure, die auf 200°C aufgewärmt ist. Die Aufbringung der Schicht 23 erfolgt durch Vakuumbedampfung oder durch Aufsprühen einer Suspension, in der das Schichtmaterial in koloidaler Lösung enthalten ist.
Die Verwendung des beschriebenen, gewellten Formschlauchs 18 ist nicht auf die Anwendung bei einem als Lambda-Sonde konzipierten Messfühler beschränkt. Er kann mit gleichen Vorteilen auch an allen Messfühlern eingesetzt werden, die heißen Messgases ausgesetzt sind, so z.B. Messfühler zur Messung der Temperatur oder des Drucks im Abgas von Brennkraftmaschinen.

Claims

Messfühler zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases, insbesondere von Temperatur, Druck oder der Konzentration einer Gaskomponente im Abgas von Brennkraftmaschinen, mit einem Fühlergehäuse (10), mit aus diesen herausgeführten Anschlusskabeln (16) und mit einem die Anschlusskabel (16) umschließenden, flexiblen Formschlauch (18) aus Kunststoff, der am Kabelausführende des Fühlergehäuses (10) am Fühlergehäuse (10) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschlauch (18) außen mit einer dünnen Schicht (23) belegt ist, deren Schichtmaterial ein deutlich geringeres Wärmeabsorptionsvermögen als der Kunststoff des Formschlauchs (18) hat.
Messfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtmaterial ein Metall ist.
Messfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Metall Aluminium, Silber, Kupfer, Messing, Nickel, Chrom oder Edelmetalle eingesetzt sind.
Messfühler nach einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (23) durch Vakuumbedampfen hergestellt ist.
Messfühler nach einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (23) durch Aufsprühen einer Suspension hergestellt ist, in der das Schichtmaterial in koloidaler Lösung enthalten ist.
Messfühler nach einem der Ansprüche 1 – 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (23) auf die aufgerauhte Oberfläche des Formschlauchs (18) aufgebracht ist.
Messfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Formschlauchs (18) mit feinstkörnigem, hartem Pulver gestrahlt ist.
Messfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen des Formschlauchs (18) mit Fluor, Chlortrifluorid, 80%iger Natron- oder Kalilauge oder mit 200°C warmer Essigsäure angeätzt ist.
Messfühler nach einem der Ansprüche 1 – 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschlauch (18) gewellt ist.
Messfühler nach einem der Ansprüche 2 – 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Schicht (23) kleiner 100μm bemessen ist.