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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Gassensor nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Es
ist schon ein Gassensor aus der
US 2005/0011063 A1 bekannt, mit einem Sensorelement,
das einen messgasseitigen Abschnitt und einen anschlussseitigen
Abschnitt aufweist und in einem Sensorgehäuse vorgesehen ist, wobei das
Sensorgehäuse
an seinem anschlussseitigen Ende eine Öffnung aufweist. Durch die Öffnung hindurch
werden die Anschlusskabel zur elektrischen Kontaktierung des Sensorelementes
geführt.
Nachteilig ist, dass die Kontaktierung des Sensorelementes mittels von
elektrischen Kontakten vergleichsweise aufwendig ist und kleine
Lagetoleranzen erfordert. Außerdem
hat das Sensorgehäuse
bis zu seinem anschlussseitigen Ende einen durchgehend verlaufenden
Metallmantel, so dass am kabelseitigen Ende des Sensorgehäuses hohe
Temperaturen auftreten, die eine Beschädigung der am kabelseitigen
Ende angeordneten und zur Abdichtung des Innenraums des Sensorgehäuses vorgesehenen
Dichtungen bewirken können.
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Vorteile der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Gassensor
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, dass die Kontaktierung des Sensorelementes vereinfacht
wird, indem in der Öffnung
des Sensorgehäuses
ein Kontaktstecker angeordnet ist, der diese verschliesst und das
Sensorelement kontaktierende Kontakte aufweist. Nach dem Einstecken
des Kontaktsteckers in das Sensorgehäuse wird dieser stoffschlüssig, formschlüssig und/oder
kraftschlüssig
mit dem Sensorgehäuse
verbunden. Auf diese Weise wird eine sehr einfache und kostengünstige Kontaktiereinheit
erreicht.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Gassensors möglich.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kontakte steckerfahnenförmig, schienenförmig, pinförmig oder
stiftförmig
ausgebildet.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn die Kontakte in einem Grundkörper des
Kontaktsteckers eingebettet sind, da die elektrische Verbindung
des Kontaktsteckers zum Sensorelement auf diese Weise dauerfest
ausgebildet ist.
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Darüber hinaus
vorteilhaft ist, wenn der Grundkörper
aus einer Keramik hergestellt ist, da die Keramik einen geringen
Wärmeleitkoeffizienten
aufweist und elektrisch isolierend wirkt.
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Sehr
vorteilhaft ist es, wenn der Grundkörper von zwei Metallringen
ummantelt ist, die zueinander beabstandet sind. Durch die beiden
mit dem Grundkörper
verankerten Metallringe ist der Kontaktstecker sehr einfach mit
dem Sensorgehäuse
und einer Anschlusshülse
verbindbar. Durch die Beabstandung der Metallringe ist eine sehr
wirksame Wärmeleitungsbarriere
zwischen dem Sensorgehäuse
und der Anschlusshülse
gebildet, so dass die den Gassensor kontaktierenden Kabel weniger
stark temperaturbelastet werden.
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Auch
vorteilhaft ist, wenn der Grundkörper zwischen
den beiden Metallringen eine Schulter aufweist, da die Wärmebarriere
auf diese Weise noch verbessert wird.
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Desweiteren
vorteilhaft ist, wenn die Metallringe formschlüssig mit dem Grundkörper verankert sind,
da auf diese Weise eine dauerfeste Verbindung zwischen dem Sensorgehäuse und
dem Kontaktstecker erreicht ist.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die
Zeichnung zeigt im Schnitt einen erfindungsgemäßen Gassensor.
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Der
Gassensor dient beispielsweise der Bestimmung der Sauerstoffkonzentration
in einem Abgas einer Brennkraftmaschine oder der Temperatur des
Abgases der Brennkraftmaschine. Der Gassensor kann aber ausdrücklich zur
Bestimmung beliebiger physikalischer Größen eines beliebigen Gases verwendet
werden.
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Der
Gassensor weist ein Sensorgehäuse 1 auf,
in dem ein Sensorelement 2 vorgesehen ist, mittels dem
die zu messende physikalische Größe des Gases,
beispielsweise die Sauerstoffkonzentration, ermittelbar ist.
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Das
Sensorelement 2 weist einen messgasseitigen Abschnitt 2.1 und
einen anschlussseitigen Abschnitt 2.2 auf, wobei der messgasseitige
Abschnitt 2.1 dem Messgas, beispielsweise dem Abgas, ausgesetzt
ist und an dem anschlussseitigen Abschnitt 2.2 elektrische
Anschlusskontakte 3, beispielsweise zum Abgreifen der Messsignale
des Sensorelementes 2, vorgesehen sind. Das Sensorelement 2 hat
an dem messgasseitigen Abschnitt 2.1 ein nicht dargestelltes
Messelement, das ein mit der zu messenden physikalischen Größe korrelierendes Messsignal über eine
nicht dargestellte elektrische Verbindung im Sensorelement 2 an
die elektrischen Anschlusskontakte 3 leitet.
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Das
Sensorgehäuse 1 ist
beispielsweise zylinderförmig
ausgeführt
und weist einen Durchgangskanal 4 auf, in dem das Sensorelement 2 aufgenommen
ist. Der Durchgangskanal 4 verläuft beispielsweise in axialer
Richtung bezüglich
einer Sensorachse 5. Das Sensorelement 2 ist beispielsweise
stäbchenförmig, quaderförmig oder
zylinderförmig
ausgeführt.
Das Sensorelement 2 ist in dem Durchgangskanal 4 zumindest
abschnittsweise von einer Dichtungsanordnung 8 umgeben.
Die Dichtungsanordnung 8 weist beispielsweise ein messgasseitiges
Keramikformteil 9, ein anschlussseitiges Keramikformteil 10 und
ein zwischen den beiden Keramikformteilen 9, 10 angeordnetes
Dichtelement 11 auf. Die Dichtungsanordnung 8 kann
aber auch nur aus dem Dichtelement 11 bestehen. Die Dichtungsanordnung 8 wird
von dem Sensorelement 2 durch einen Sensorelementkanal 12 durchragt.
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Der
messgasseitige Abschnitt 2.1 des Sensorelementes 2 ragt
aus dem Durchgangskanal 4 des Sensorgehäuses 1 heraus und
ist von zumindest einem Schutzrohr 15 umgeben, das an dem
Sensorgehäuse 1 angeordnet
und fest mit diesem verbunden ist. Das Schutzrohr 15 weist
Ein- und Austrittsöffnungen 16 für das zu
messende Gas auf.
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Das
Sensorgehäuse 1 weist
an seinem dem Messgas abgewandten Endabschnitt eine Öffnung 17 in
den Durchgangskanal 4 auf.
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Erfindungsgemäß ist in
dieser Öffnung 17 ein Kontaktstecker 18 angeordnet,
der diese verschliesst und das Sensorelement 2 unmittelbar
kontaktierende Kontakte 19 aufweist.
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Die
Kontakte 19 sind beispielsweise steckerfahnenförmig, schienenförmig, stiftförmig oder
pinförmig
ausgebildet. Sie haben beispielsweise einen zylinderförmigen oder
rechteckförmigen
Querschnitt.
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Der
Kontaktstecker 18 weist einen beispielsweise zylinderförmigen Grundkörper 20 auf,
der von den Kontakten 19 durchragt wird. Die Kontakte 19 sind
in dem Grundkörper 20 eingebettet
und zueinander beabstandet. Der Grundkörper 20 ist aus einem hochtemperaturbeständigen,
elektrisch isolierenden Material mit einem geringen Wärmeleitkoeffizienten hergestellt,
beispielsweise aus einer Keramik. Die Keramik hat beispielsweise
einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ähnlich einem Metall. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
wird eine Glaskeramik verwendet. Der Grundkörper 20 wird beispielsweise spritzgegossen.
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Der
Grundkörper 20 ist
gemäß dem Ausführungsbeispiel
von zwei Ringen 23, 24 ummantelt, die in axialer
Richtung bezüglich
der Sensorachse 5 zueinander beabstandet sind. Die Ringe 23, 24 sind beispielsweise
als Metallringe ausgeführt.
Der Grundkörper 20 weist
beispielsweise eine Schulter 25 auf, die in radialer Richtung
bezüglich
der Sensorachse 5 verläuft
und zwischen den beiden Ringen 23, 24 vorgesehen
ist. Die beiden Ringe 23, 24 sind formschlüssig mit
dem Grundkörper 20 verankert, beispielsweise
mittels Sicken. Auch die durch den Grundkörper 20 verlaufenden
Kontakte 19 sind formschlüssig mit dem Grundkörper 20 verbunden.
Hierzu weisen die Kontakte 19 beispielsweise zumindest eine
Ausbuchtung, eine Ausnehmung, eine Lasche oder eine Sicke auf.
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Die
Kontakte 19 ragen jeweils beidseitig aus dem Grundkörper 20 heraus.
Auf der dem Sensorelement 2 zugewandten Seite sind die
Enden der Kontakte 19 jeweils derart zum Sensorelement 2 hin
umgebogen, dass ein spitzer Winkel zum übrigen Kontakt 19 eingeschlossen
ist und der gebogene Abschnitt das Sensorelement 2 federnd
kontaktiert.
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Der
Kontaktstecker 18 ragt abschnittsweise durch die Öffnung 17 in
den Durchgangskanal 4 hinein, beispielsweise mit dem Abschnitt
zwischen dem stirnseitigen Ende und der Schulter 25. Der
Durchmesser dieses Abschnitts des Kontaktsteckers 18 ist geringfügig kleiner
als der Durchmesser der Öffnung 17,
so dass der Kontaktstecker 18 dicht an der Wandung des
Durchgangskanals 4 anliegt. Beim Einfügen des Kontaktsteckers 18 in
das Sensorgehäuse 1 eilen
die Kontakte 19 voraus und kontaktieren unmittelbar mit
den Anschlusskontakten 3 des Sensorelementes 2.
Der Kontaktstecker 18 wird nach dem Einfügen in den
Durchgangskanal 4 fest mit dem Sensorgehäuse 1 verbunden,
beispielsweise durch das Verschweißen des Rings 23 mit
dem Sensorgehäuse 1.
Der Grundkörper 20 könnte aber
auch direkt mit dem Sensorgehäuse 1 verbunden
sein, beispielsweise mittels Kleben.
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Auf
der dem Sensorgehäuse 1 abgewandten Seite
des Kontaktsteckers 18 ist eine Anschlusshülse 26 vorgesehen,
die den Kontaktstecker 18 abschnittsweise umschliesst,
beispielsweise von dem dem Sensorgehäuse 1 abgewandten
Ende bis an die Schulter 25. Die Anschlusshülse 26 ragt
in axialer Richtung über
das dem Sensorgehäuse 1 abgewandte
Ende des Kontaktsteckers 18 hinaus. Die Anschlusshülse 26 ist
beispielsweise aus Metall hergestellt. Sie ist fest mit dem Anschlussstecker 18 verbunden,
beispielsweise indem die Anschlusshülse 26 mit dem Ring 24 verschweisst
ist. Die Anschlusshülse 26 ist
an ihrem dem Anschlussstecker 18 abgewandten Ende von einem
Verschlusselement 29 verschlossen, das Durchgangsöffnungen 30 für die Kontakte 19 aufweist.
Das Verschlusselement 29 ist beispielsweise aus einem elastischen
Werkstoff hergestellt und in die Anschlusshülse 26 eingepresst.
Es dichtet das Sensorgehäuse 1 gegenüber der äußeren Umgebung
ab und verhindert, dass beispielsweise Flüssigkeit von außen in das
Sensorgehäuse 1 eindringt.
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Zwischen
dem Verschlusselement 29 und dem Kontaktstecker 18 ist
beispielsweise ein die Kontakte 19 abstützendes Stützmittel 31 vorgesehen,
das beispielsweise aus Kunststoff oder Gummi hergestellt ist. Die
Kontakte 19 durchragen das Stützmittel 31 und ragen
in die Durchgangsöffnungen 30 des
Verschlusselementes 29 hinein. Das Stützmittel 31 kann aber
ausdrücklich
auch entfallen.
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An
dem dem Sensorelement 2 abgewandten Ende der Kontakte 19 wird
jeweils eine elektrische Anschlussleitung 34 angeschweisst
oder angelötet. Die
Anschlussleitungen 34 sind außerhalb der Anschlusshülse 26 in
einem gemeinsamen Kabelschlauch 35 vorgesehen.
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Da
der Ring 23 nur über
den schlecht wärmeleitenden
Grundkörper 20 mit
dem Ring 24 verbunden ist und zwischen den beiden Ringen 23, 24 zusätzlich eine
Schulter 25 vorgesehen ist, wird eine Wärmeleitungsbarriere zwischen
dem Sensorgehäuse 1 und
der Anschlusshülse 26 gebildet,
so dass die Temperaturbelastung des Kabelschlauchs 35 und der
darin angeordneten Anschlussleitungen 34 verringert wird.