DE102007002830A1

DE102007002830A1 - Gas sensor, has opening of connector plug that has chamfer, and clamping element that cooperates with chamfer such that electrical connecting cable is pressed against connection side section

Info

Publication number: DE102007002830A1
Application number: DE200710002830
Authority: DE
Inventors: Georg Rixecker; Benjamin Hagemann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2008-07-24

Abstract

The gas sensor has a sensor element, which is electrically contacted at a connection side section (2.2) of electrical connecting cables (12). An opening (16) of a connector plug (15) has a chamfer (17). A clamping element (18) is provided, which cooperates with the chamfer in such a manner that the electrical connecting cable is pressed against the connection side section. The clamping element is made of ceramic or metal. The clamping element is fixed in the opening by filling material that is glass.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Gassensor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein Gassensor aus der EP-1677104 A1 bekannt, mit einem Sensorelement, das an einem anschlussseitigen Abschnitt zumindest mittelbar von elektrischen Anschlussleitungen elektrisch kontaktiert ist, wobei der anschlussseitige Abschnitt des Sensorelementes und die Anschlussleitungen in eine Öffnung eines Anschlusssteckers hineinreichen. Die Kontaktierung der elektrischen Anschlussleitungen mit dem anschlussseitigen Abschnitt des Sensorelementes erfolgt, indem an dem Ende der Anschlussleitung eine Kontaktfeder vorgesehen ist, die in einem Anschlussstecker gehaltert ist und federnd gegen einen Anschlusskontakt am Sensorelement kontaktiert. Zur Aufrechterhaltung der Federkraft der Kontaktfeder bei hohen Temperaturen muss für die Kontaktfeder eine hochwertige Metalllegierung verwendet werden. Auf diese Weise wird vermieden, dass sich die Kontaktfeder bei hohen Temperaturen plastisch verformt, was zu einer Verminderung der Federkraft und damit möglicherweise zu einem Versagen der Kontaktierung führen würde. Solche Metalllegierungen sind jedoch sehr teuer.The invention is based on a gas sensor according to the preamble of the main claim. It is already a gas sensor from the EP-1677104 A1 known, with a sensor element which is electrically contacted at least on a connection-side portion of electrical connection lines, wherein the connection-side portion of the sensor element and the connecting lines extend into an opening of a connector plug. The contacting of the electrical connection lines with the connection-side portion of the sensor element is effected by a contact spring is provided at the end of the connection line, which is held in a connector and resiliently contacted against a connection contact on the sensor element. To maintain the spring force of the contact spring at high temperatures, a high quality metal alloy must be used for the contact spring. In this way it is avoided that the contact spring plastically deformed at high temperatures, which would lead to a reduction of the spring force and thus possibly to a failure of the contact. However, such metal alloys are very expensive.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der erfindungsgemäße Gassensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Kontaktierung des Sensorelementes einfacher herstellbar ist, indem die Öffnung des Anschlusssteckers zumindest eine Schräge aufweist und ein Klemmelement vorgesehen ist, das mit der Schräge derart zusammenwirkt, dass die Anschlussleitung gegen den anschlussseitigen Abschnitt gedrückt ist. Auf diese Weise werden die Herstellungskosten des Gassensors verringert. Außerdem ist der erfindungsgemäße Gassensor bei höheren Temperaturen einsetzbar als Gassensoren aus dem Stand der Technik.Of the Gas sensor according to the invention with the characterizing Features of the main claim has the advantage over that the contacting of the sensor element easier to produce is by the opening of the connector plug at least one Has slope and a clamping element is provided, the interacts with the slope such that the connecting cable is pressed against the connection-side section. On in this way the manufacturing costs of the gas sensor are reduced. In addition, the gas sensor according to the invention can be used at higher temperatures than gas sensors the state of the art.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Gassensors möglich.By the measures listed in the dependent claims are advantageous developments and improvements of the main claim specified gas sensor possible.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist das Klemmelement kugelförmig, zylinderförmig oder keilförmig ausgebildet, da sich auf diese Weise eine besonders kostengünstige kraftschlüssige Verbindung erreichen lässt.According to one advantageous embodiment, the clamping element is spherical, cylindrical or wedge-shaped, there In this way, a particularly cost-effective non-positive Achieve connection.

Besonders vorteilhaft ist, wenn das Klemmelement aus Keramik oder Metall hergestellt ist, da diese beiden Werkstoffe für eine zuverlässige Verbindung besonders geeignet sind.Especially is advantageous if the clamping element made of ceramic or metal is because these two materials for a reliable Compound are particularly suitable.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das Klemmelement in der Öffnung von einem Füllmaterial zumindest teilweise umgeben ist, da auf diese Weise ein Lösen der kraftschlüssigen Verbindung durch Schwingungen und Temperaturschwankungen verhindert wird.Farther is advantageous if the clamping element in the opening of a filling material is at least partially surrounded because in this way a release of the frictional Connection prevented by vibrations and temperature fluctuations becomes.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Füllmaterial Glas, das während der Herstellung des Gassensors zum Schmelzen gebracht wird und das Klemmelement derart umschliesst, dass das Klemmelement nach der Erstarrung des Glases fixiert ist. Außerdem wird eine gasdichte Abdichtung der Anschlusskontakte erreicht, die auf diese Weise vor Korrosion geschützt sind.To an advantageous embodiment is the filling material Glass that melts during the manufacture of the gas sensor is brought and the clamping element encloses such that the clamping element fixed after the solidification of the glass. In addition, will achieved a gas-tight sealing of the connection contacts on protected in this way from corrosion.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Öffnung des Anschlusssteckers der Geometrie des Sensorelementes angepasst ist und beispielsweise rechteckförmig ausgebildet ist.Very It is advantageous if the opening of the connector plug the geometry of the sensor element is adapted and, for example is formed rectangular.

Auch vorteilhaft ist, wenn die Öffnung zumindest eine Aussparung aufweist, an der die Schräge ausgebildet ist, da das Klemmelement auf diese Weise sehr einfach in die Öffnung einführbar ist und mit der Anschlussleitung klemmend zusammenwirkt.Also is advantageous if the opening at least one recess has, where the bevel is formed, since the clamping element very easily inserted into the opening in this way is and interacts with the connecting cable clamped.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.One Embodiment of the invention is in the drawing shown simplified and in the following description in more detail explained.

1 zeigt im Schnitt einen erfindungsgemäßen Gassensor, 1 shows in section a gas sensor according to the invention,

2 einen Anschlussstecker gemäß dem Gassensor nach 1 und 2 a connector according to the gas sensor after 1 and

3 eine Schnittansicht des Anschlusssteckers nach 2. 3 a sectional view of the connector after 2 ,

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

1 zeigt im Schnitt einen vereinfacht dargestellten, erfindungsgemäßen Gassensor. 1 shows in section a simplified illustrated gas sensor according to the invention.

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.Of the Gas sensor is used for example to determine the oxygen concentration in an exhaust gas of an internal combustion engine or the temperature of the Exhaust gas of the internal combustion engine. The gas sensor can expressly for the determination of arbitrary physical quantities of any gas.

Der Gassensor weist ein Sensorgehäuse 1 auf, in dem ein Sensorelement 2 vorgesehen ist, mittels dem die zu messende pyhsikalische Größe des Gases, beispielsweise die Sauerstoffkonzentration, ermittelbar ist.The gas sensor has a sensor housing 1 in which a sensor element 2 is provided, by means of which the pyhsikalische size of the gas to be measured, for example, the oxygen concentration, can be determined.

Das Sensorelement 2 hat einen messgasseitigen Abschnitt 2.1 und einen anschlussseitigen Abschnitt 2.2, 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 weist an dem messgasseitigen Abschnitt 2.1 ein nicht dargestelltes Messelement auf, 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.The sensor element 2 has a gas side section 2.1 and a connection-side section 2.2 , where the measured gas side section 2.1 the measuring gas, for example, the exhaust gas is exposed and at the connection side section 2.2 electrical connection contacts 3 , For example, for picking up the measurement signals of the sensor element 2 , are provided. The sensor element 2 indicates at the measuring gas side section 2.1 an unillustrated measuring element, which correlates with the physical quantity to be measured measurement signal via an electrical connection, not shown, in the sensor element 2 to the electrical connection contacts 3 passes.

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. Es ist in dem Durchgangskanal 4 zumindest abschnittsweise von zumindest einem Dichtelement 8 umgeben. Der messgasseitige Abschnitt 2.1 des Sensorelementes 2 ragt aus dem Durchgangskanal 4 des Sensorgehäuses 1 heraus und ist von zumindest einem Schutzrohr 9 umgeben, das an dem Sensorgehäuse 1 angeordnet und fest mit diesem verbunden ist. Das Schutzrohr 9 weist Ein- und Austrittsöffnungen 10 für das zu messende Gas auf.The sensor housing 1 For example, is cylindrical and has a through-channel 4 on, in which the sensor element 2 is included. The passageway 4 runs, for example, in the axial direction with respect to a sensor axis 5 , The sensor element 2 is, for example, rod-shaped, cuboidal or cylindrical. It is in the passageway 4 at least in sections of at least one sealing element 8th surround. The gas side section 2.1 of the sensor element 2 protrudes from the passageway 4 of the sensor housing 1 out and is from at least a protective tube 9 surrounded, that on the sensor housing 1 arranged and firmly connected to this. The protective tube 9 has inlet and outlet openings 10 for the gas to be measured.

Das Sensorgehäuse 1 weist eine Kontaktieröffnung 11 auf, durch die elektrische Anschlussleitungen 12 zu dem anschlussseitigen Abschnitt 2.2 des Sensorelementes 2 hin geführt sind.The sensor housing 1 has a contact opening 11 on, through the electrical connection lines 12 to the connection side section 2.2 of the sensor element 2 led out.

In dem Sensorgehäuse 1 ist ein Anschlussstecker 15 angeordnet. Der Anschlussstecker 15 hat eine durchgehende Öffnung 16, in die das Sensorelement 2 von der einen Seite und die Anschlussleitungen 12 von der anderen Seite hineinreichen, wobei das Sensorelement 2 innerhalb der Öffnung 16 mit den Anschlussleitungen 12 kontaktiert ist. Die Öffnung 16 ist im Bereich des Sensorelementes 2 der Form des Sensorelementes 2 angepasst und beispielsweise rechteckförmig ausgebildet. Der Anschlussstecker 15 ist aus Keramik oder Metall hergestellt. Besteht er aus Metall, so ist eine elektrische Isolierung zwischen dem Anschlussstecker 15 und dem Sensorelement 2 vorzusehen.In the sensor housing 1 is a connector 15 arranged. The connector 15 has a continuous opening 16 into which the sensor element 2 from one side and the connecting cables 12 extend from the other side, wherein the sensor element 2 inside the opening 16 with the connecting cables 12 is contacted. The opening 16 is in the range of the sensor element 2 the shape of the sensor element 2 adapted and formed, for example, rectangular. The connector 15 is made of ceramic or metal. Is it made of metal, so there is an electrical insulation between the connector 15 and the sensor element 2 provided.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Öffnung 16 des Anschlusssteckers 15 zumindest eine Schräge 17 aufweist und ein Klemmelement 18 vorgesehen ist, das mit der Schräge 17 derart zusammenwirkt, dass die jeweilige Anschlussleitung 12 gegen den entsprechenden elektrischen Anschlusskontakt 3 des anschlussseitigen Abschnitts 2.2 gedrückt ist. Auf diese Weise wird eine kraftschlüssige elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Anschlusskontakt 3 des Sensorelementes 2 und der Anschlussleitung 12 erreicht. Das Klemmelement 18 ist derart in die Öffnung 16 verstemmt bzw. eingepresst, dass es zwischen der Schräge 17 und der Anschlussleitung 12 verklemmt oder verkeilt ist. Hierzu ist das Klemmelement 18 beispielsweise kugelförmig, rollenförmig, zylinderförmig oder keilförmig ausgeführt. Beispielsweise ist die Schräge 17 so ausgeführt, dass das Klemmelement 18 selbsthemmend verklemmt ist. Das Klemmelement 18 ist aus einem Metall oder aus einer Keramik hergestellt.According to the invention it is provided that the opening 16 of the connector 15 at least one slope 17 has and a clamping element 18 is provided, with the slope 17 cooperates such that the respective connecting line 12 against the corresponding electrical connection contact 3 of the connection-side section 2.2 is pressed. In this way, a frictional electrical connection between the electrical connection contact 3 of the sensor element 2 and the connection cable 12 reached. The clamping element 18 is so in the opening 16 caulked or pressed that it is between the slope 17 and the connection cable 12 jammed or wedged. For this purpose, the clamping element 18 for example, spherical, roller-shaped, cylindrical or wedge-shaped. For example, the slope 17 designed so that the clamping element 18 self-locking jammed. The clamping element 18 is made of a metal or a ceramic.

Nach dem Einführen des Klemmelementes 18 in die Öffnung 16 wird die Öffnung 16 des Anschlusssteckers 15 beispielsweise mit einem Füllmaterial 19 zumindest teilweise aufgefüllt, um ein Lösen der kraftschlüssigen Verbindung zu verhindern. Das Füllmaterial 19 ist beispielsweise Glas.After insertion of the clamping element 18 in the opening 16 becomes the opening 16 of the connector 15 for example, with a filler 19 at least partially filled to prevent release of the frictional connection. The filling material 19 is glass, for example.

Bei der Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung wird die elastische und/oder plastische Verformbarkeit der metallischen Anschlussleitungen 12 ausgenutzt. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von keramischen Klemmelementen 18 vorteilhaft.In the production of the non-positive connection, the elastic and / or plastic deformability of the metallic connecting leads 12 exploited. This is especially true when using ceramic clamping elements 18 advantageous.

Der Anschlussstecker 15 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel deckelförmig ausgebildet und reicht mit einem Zylinderabschnitt 15.1 in eine Ausnehmung 14.1 eines Einsatzteils 14 hinein, das in den Durchgangskanal 4 des Sensorgehäuses 1 eingesetzt ist. Das Einsatzteil 14 ist aus einem beliebigen hochtemperaturbeständigen Material, beispielsweise Glas oder Keramik, hergestellt. Mit einem Schulterabschnitt 15.3 liegt der Anschlussstecker 15 stirnseitig an dem Einsatzteil 14 an. Das Sensorelement 2 durchragt das zumindest eine Dichtelement 8 und das Einsatzteil 14.The connector 15 is formed according to the embodiment lid-shaped and extends with a cylinder portion 15.1 in a recess 14.1 an insert 14 into it, into the passageway 4 of the sensor housing 1 is used. The insert part 14 is made of any high temperature resistant material, such as glass or ceramic. With a shoulder section 15.3 is the connector 15 frontally on the insert part 14 at. The sensor element 2 penetrates the at least one sealing element 8th and the insert part 14 ,

Beispielsweise ist das zumindest eine Dichtelement 8 als Glasdichtung ausgebildet, die als Schmelzkörper oder als Pulverpackung in den Durchgangskanal 4 eingesetzt ist und bei der Herstellung durch Erhitzen schmilzt und den Durchgangskanal 4 derart gasdicht abschliesst, dass kein Messgas zum anschlussseitigen Abschnitt 2.2 des Sensorelementes 2 gelangt. Das zumindest eine Dichtelement 8 kann aber auch als eine bekannte Pulverpackung bestehend aus Steatit bzw. Steatit und Bornitrid ausgeführt sein.For example, this is at least one sealing element 8th designed as a glass seal, as a fusible element or as a powder pack in the passageway 4 is used and melts in the production by heating and the passageway 4 gas-tight concludes that no sample gas to the connection-side section 2.2 of the sensor element 2 arrives. The at least one sealing element 8th but can also be designed as a known powder pack consisting of steatite or steatite and boron nitride.

Beispielsweise bildet das als Glasdichtung ausgeführte Dichtelement 8 auch das Füllmaterial 19 für die Öffnung 16, indem das geschmolzene Glas des Dichtelementes auch in die Öffnung 16 gelangt, dort erstarrt und auf diese Weise das Klemmelement 18 fixiert.For example, the sealing element designed as a glass seal forms 8th also the filling material 19 for the opening 16 by passing the molten glass of the sealing element into the opening as well 16 arrives there solidified and in this way the clamping element 18 fixed.

2 zeigt einen Anschlussstecker gemäß dem Gassensor nach 1. 2 shows a connector according to the gas sensor 1 ,

Bei dem Anschlussstecker nach 2 sind die gegenüber dem Gassensor nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.At the connector after 2 are the opposite to the gas sensor 1 Constant or equivalent parts by the same reference numerals.

Die rechteckförmige Öffnung 16 des Anschlusssteckers 15 weist an ihrer langen Seite zumindest eine Aussparung 22 auf, die mit der erfindungsgemäßen Schräge 17 in die Öffnung 16 führt. Die Schräge 17 ist derart ausgebildet, dass sich die Aussparung 22 mit zunehmender Tiefe der Öffnung 16 verengt. Jede Aussparung 22 hat zwei quer zur Öffnung 16 verlaufende Seitenwandungen 23, 24 und eine rutschenförmig in die Öffnung 16 führende Schräge 17. Beispielsweise sind auf jeder langen Seite der Öffnung 16 zwei derartige Aussparungen 22 angeordnet. Somit ist für jede Anschlussleitung 12 eine Aussparung 22 vorgesehen. Zwischen zwei benachbarten Aussparungen 22 ist ein Steg 25 gebildet.The rectangular opening 16 of the connector 15 has at least one recess on its long side 22 on, with the slope according to the invention 17 in the opening 16 leads. The slope 17 is formed such that the recess 22 with increasing depth of the opening 16 narrows. Every recess 22 has two across the opening 16 running side walls 23 . 24 and a slide-shaped in the opening 16 leading slope 17 , For example, on each long side of the opening 16 two such recesses 22 arranged. Thus, for each connection line 12 a recess 22 intended. Between two adjacent recesses 22 is a jetty 25 educated.

3 zeigt eine Schnittansicht des Anschlusssteckers nach 2. 3 shows a sectional view of the connector after 2 ,

Bei dem Anschlussstecker nach 3 sind die gegenüber dem Anschlussstecker nach 2 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.At the connector after 3 are the opposite to the connector after 2 Constant or equivalent parts by the same reference numerals.

Die Öffnung 16 hat einen ersten Öffnungsabschnitt 16.1, in den das Sensorelement 2 hineinreicht und in dem die Aussparungen 22 mit den Schrägen 17 ausgebildet sind, und einen gegenüberliegenden zweiten Öffnungsabschnitt 16.2, in den die Anschlussleitungen 12 hineinreichen. Die beiden Öffnungsabschnitte 16.1, 16.2 sind über mehrere Verbindungsöffnungen 16.3 miteinander verbunden, durch die die Anschlussleitungen 12 in den ersten Öffnungsabschnitt 16.1 verlaufen. Das Sensorelement 2 wird innerhalb des ersten Öffnungsabschnitts 16.1 mit den Anschlussleitungen 12 kontaktiert. An den Enden der Anschlussleitungen 12 können Kontaktmittel, beispielsweise Crimphülsen, vorgesehen sein, die mit den elektrischen Anschlusskontakten 3 kontaktieren. Die Anschlussleitungen 12 können aber auch unmittelbar an die elektrischen Anschlusskontakte 3 angepresst sein.The opening 16 has a first opening section 16.1 in which the sensor element 2 extends and in which the recesses 22 with the slopes 17 are formed, and an opposite second opening portion 16.2 in which the connecting cables 12 extend. The two opening sections 16.1 . 16.2 are over several connection openings 16.3 interconnected through which the connecting cables 12 in the first opening section 16.1 run. The sensor element 2 becomes within the first opening section 16.1 with the connecting cables 12 contacted. At the ends of the connecting cables 12 can contact means, such as Crimphülsen, be provided with the electrical connection contacts 3 to contact. The connecting cables 12 But also directly to the electrical connection contacts 3 be pressed.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1677104 A1 [0001]

Claims

A gas sensor having a sensor element which is electrically contacted at a connection-side section of electrical connection lines, wherein the connection-side section of the sensor element and the connection lines extend into an opening of a connection plug, characterized in that the opening (FIG. 16 ) of the connector ( 15 ) at least one slope ( 17 ) and a clamping element ( 18 ) provided with the slope ( 17 ) cooperates such that the electrical connection line ( 12 ) against the connection side section ( 2.2 ) is pressed.

Gas sensor according to claim 1, characterized in that the clamping element ( 18 ) is spherical, cylindrical or wedge-shaped.

Gas sensor according to claim 1, characterized in that the clamping element ( 18 ) is made of ceramic or metal.

Gas sensor according to claim 1, characterized in that the clamping element ( 18 ) in the opening ( 16 ) by means of a filling material ( 19 ) is fixed.

Gas sensor according to claim 4, characterized in that the filling material ( 19 ) Glass is.

Gas sensor according to claim 1, characterized in that the opening ( 16 ) is rectangular.

Gas sensor according to claim 1, characterized in that the opening ( 16 ) at least one recess ( 22 ), at which the slope ( 17 ) is trained.

Gas sensor according to claim 7, characterized in that four recesses ( 22 ) are provided, wherein in each case two recesses ( 22 ) are arranged opposite one another.