DE102010034427A1

DE102010034427A1 - Gekapselter elektrischer Anschluss für insbesondere thermisch und/oder druckseitig beanspruchte Sensoren

Info

Publication number: DE102010034427A1
Application number: DE201010034427
Authority: DE
Inventors: Hendrik Blum; Heiko Lantzsch
Original assignee: Tesona GmbH and Co KG
Current assignee: Tesona GmbH and Co KG
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2011-10-06
Also published as: EP2545351A1; WO2011110541A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen gekapselten elektrischen Anschluss für insbesondere thermisch und/oder druckseitig beanspruchte Sensoren, wie z. B. Messfühler im Abgaszweig von Motoren, insbesondere Mantelthermoelemente, umfassend ein Rohr oder eine Hülse, an dessen zum Messort gerichteten Ende mindestens ein Sensor befindlich ist, wobei über das Rohr oder die Hülse Anschlussleitungen zum vom Messort entfernten Ende geführt sind. Weiterhin stehen die gegeneinander elektrisch isolierten Anschlussleitungen des mindestens einen Sensors mit einem konfektionierten Kabel in Verbindung und es ist der Verbindungsbereich von einer Schutzanordnung umgeben. Erfindungsgemäß ist an der Verbindungsstelle ein Formkörper mit Trennstegen zur beabstandeten Fixierung der Anschlussleitungsenden und des Kabels befindlich, wobei der Formkörper eine mechanisch dämpfende Umhüllung aufweist. Das Kabel verläuft durch mindestens zwei beabstandete Buchsen, welche in ihrem Abstandsraum einen flexiblen Dichtungseinsatz aufnehmen. Die Schutzanordnung ist als metallischer Hohlkörper ausgeführt, welcher sich von der äußeren der Buchsen bis zum Rohr oder zur Hülse des Sensors erstreckt und mehrere Verpressungsabschnitte aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen gekapselten elektrischen Anschluss für insbesondere thermisch und/oder druckseitig beanspruchte Sensoren, wie z. B. Messfühler im Abgaszweig von Motoren, insbesondere Mantelthermoelemente, umfassend ein Rohr oder eine Hülse, an dessen zum Messort gerichteten Ende mindestens ein Sensor befindlich ist, wobei über das Rohr oder die Hülse Anschlussleitungen zum vom Messort entfernten Ende geführt sind, wobei die gegeneinander elektrisch isolierten Anschlussleitungen des mindestens einen Sensors mit einem konfektionierten Kabel in Verbindung stehen und der Verbindungsbereich von einer Schutzanordnung umgeben ist, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der PCT/WO 2007/113105 A1 ist ein Messfühler für Hochtemperaturanwendungen vorbekannt. Der dortige Messfühler dient der Bestimmung einer physikalischen Größe in einem Messvolumen. Der Messfühler umfasst ein Sensorelement, ein Rohr oder einen Stab, an dessen in das Messvolumen gerichtetem Ende das Sensorelement angebracht ist und welcher die für den Anschluss des Sensorelements notwendigen elektrischen Anschlussleitungen aufnimmt. Darüber hinaus ist eine Befestigungshülse vorhanden, durch welche das Rohr oder der Stab durchgeführt und am Gehäuse befestigbar ist. Zwischen der Innenfläche der Befestigungshülse und dem Rohr oder dem Stab ist ein umlaufender Spalt gebildet, wobei eine Glasfüllung, die im Spalt zwischen der Befestigungshülse und dem Rohr befindlich ist, der gasdichten Verbindung dient.
Die Anschlussleitungen des vorbekannten Messfühlers sind mit Verbindungsleitungen eines Kabels kontaktiert und mindestens im Bereich dieser Verbindungen gegeneinander elektrisch isoliert.
Darüber hinaus sind die elektrischen Verbindungen von einer Anschlussschutzhülse umschlossen. Die Anschlussschutzhülse weist eine Einführung für das Kabel auf. Diese Einführung ist durch eine Einrollung der Anschlussschutzhülse querschnittsverkleinert, d. h. verpresst, so dass das Kabel mit der Anschlussschutzhülse fest verbunden und die Einführung abgedichtet ist.
Die Befestigungshülse selbst kann mit einer Hohlmutter an einem Gehäuse oder einer Baueinheit, z. B. einem Abgasrohr fixiert werden.
Zum Stand der Technik sei noch auf die DE 32 37 824 A1 , die US 5,228,975 B und die EP 0 056 585 A2 verwiesen, wobei in diesen Dokumenten Messfühler und Sensoren zur Bestimmung physikalischer Größen auch mit Sinterglas-Formlingen unter dem Aspekt der optimierten Abdichtung beschrieben sind.
Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten gekapselten elektrischen Anschluss für insbesondere thermisch und/oder druckseitig beanspruchte Sensoren, wie z. B. Messfühler im Abgaszweig von Motoren, insbesondere Mantelthermoelemente anzugeben, wobei eine Schutzanordnung zu schaffen ist, die allen mechanischen und thermischen Belastungen genügt, so dass die gewünsche Langzeitstabilität und Betriebsfähigkeit entsprechender Sensoren gewährleistet ist.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch einen gekapselten elektrischen Anschluss für hochbeanspruchte Sensoren gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Es wird demnach von einem gekapselten elektrischen Anschluss für insbesondere thermisch und/oder druckseitig beanspruchte Sensoren, wie z. B. Messfühler im Abgaszweig von Motoren, insbesondere Mantelthermoelementen ausgegangen, wobei dieser Anschluss ein Rohr oder eine Hülse umfasst, an dessen zum Messort gerichteten Ende mindestens ein Sensor befindlich ist. Über das Rohr oder die Hülse werden Anschlussleitungen vom Sensor zum vom Messort entfernten Ende geführt, wobei die gegeneinander elektrisch isolierten Anschlussleitungen des mindestens einen Sensors mit einem, insbesondere konfektionierten, Kabel in Verbindung stehen, wobei der Verbindungsbereich von einer Schutzanordnung umgeben ist. Das konfektionierte Kabel stellt dann die elektrische Verbindung zwischen Sensor und einer Signalverarbeitungs- und Auswerteeinheit dar.
Erfindungsgemäß ist an der Verbindungsstelle zwischen Anschlussleitung und Kabel ein Formkörper mit Trennstegen zur beabstandeten Fixierung der Anschlussleitungsenden und des Kabels befindlich, wobei der Formkörper ergänzend eine mechanisch dämpfende, d. h. schwingungsdämpfende Umhüllung aufweist.
Das Kabel verläuft durch mindestens zwei beabstandete Buchsen, welche in ihrem Abstandsraum einen flexiblen Dichtungseinsatz aufnehmen.
Letztendlich ist die Schutzanordnung als metallischer Hohlkörper ausgebildet, welcher sich von der äußeren der Buchsen hin zum Rohr bzw. zur Hülse des Sensors erstreckt und mehrere Verpressungsabschnitte aufweist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das zum Messort gerichtete Ende des metallischen Hohlkörpers mit dem ebenfalls bevorzugt metallischen Rohr oder der Hülse stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen oder Löten abdichtend verbunden. Insbesondere kommt hier die Technologie des Laserschweißens zur Anwendung.
Am stoffschlüssigen Verbindungsabschnitt angrenzend befindet sich ein erster Verpressungsabschnitt, welcher auf das Rohr oder die Hülse wirkt. Auf diesem Wege wird die ebenfalls hülsenartige Schutzanordnung mit dem metallischen Rohr des bevorzugt eingesetzten Mantelthermoelements großflächig verbunden und die Laserschweißnaht entlastet, so dass hier eine funktionale Trennung vorliegt mit der Folge, dass die Laserschweißnaht primär der Abdichtung und die Verpressung im ersten Verpressungsabschnitt primär der Kraftaufnahme dient.
Im Bereich des Formkörpers mit Umhüllung weist der metallische Hohlkörper eine Aufweitung auf. Unerwünschte Druckkräfte auf den dortigen elektrischen Verbindungsabschnitt werden vermieden.
Der Formkörper kann z. B. als Siliconmaterialformköper mit integrierten Trennstegen ausgebildet sein.
Ein zweiter Verpressungsabschnitt ist zwischen dem Hohlkörper und der inneren der erwähnten Buchsen ausgebildet.
Es erfolgt also hier eine Verpressung des Hohlkörpers mit der innenseitigen Buchse. Diese Verpressung erfolgt bei einer Ausführungsform der Erfindung mit einer reduzierten Presskraft.
Ein dritter Verpressungsabschnitt befindet sich zwischen dem Hohlkörper und dem flexiblen Dichtungseinsatz. Die Dichtung besitzt gummielastische Eigenschaften und ist beispielsweise aus einem Methyl-Vinyl-Silicon hergestellt. Die Dichtung liegt in ihrer Längsausdehnungsrichtung großflächig an der Innenseite des Hohlkörpers an und kann sich nach beiden Seiten hin zu den Buchsen ausdehnen.
Ein vierter Verpressungsabschnitt ist zwischen dem Hohlkörper und der äußeren Buchse ausgebildet.
Die äußere Buchse kann bei einer Ausführungsform der Erfindung einen überstehenden Bund und Mittel zum Fixieren einer Zugentlastung aufweisen.
Die Zugentlastung kann hier mit einer sogenannten Mehrfach-, insbesondere Sechsfach-Verpressung realisiert werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Zuhilfenahme einer Figur näher erläutert werden.
Die Figur zeigt hierbei eine Prinzipdarstellung im Teilschnitt eines Mantelthermoelements mit erfindungsgemäßer Schutzanordnung im Verbindungsbereich.
Gemäß Ausführungsbeispiel wird von einem in einer Schutzumhausung 11 befindlichen Mantelthermoelement ausgegangen, das mit Hilfe einer Druckschraube 12 in einer Bohrung einer Abgasanlage (nicht gezeigt) einsetzbar ist.
Bestandteil des Mantelthermoelements ist ein metallisches Rohr 1, in dessen Inneren Anschlussleitungen verlaufen.
Diese Anschlussleitungen werden mit einem eine Stahlgeflechtumhüllung aufweisenden konfektionierten Kabel 2 verbunden (Bezugszeichen 10).
Im Bereich dieser Verbindung 10 ist ein Siliconformkörper 7 mit Trennstegen eingesetzt, um eine entsprechende Kriechstromfestigkeit sowie eine mechanische Entlastung der Verbindungsstelle zu bewirken. Der Formkörper 7 kann darüber hinaus mit einem rohrförmigen Umhüllungsteil 8 umgeben sein. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, im Bereich der Verbindungsstelle noch Schrumpfschläuche 9 einzusetzen.
Die erfindungsgemäße Schutzanordnung besteht aus einem metallischen Hohlkörper 3 von beispielsweise zylindrischer Kontur.
Das Kabel 2 verläuft durch mindestens zwei beabstandete Buchsen 4 und 6, welche in ihrem Abstandsraum einen flexiblen Dichtungseinsatz 5, z. B. bestehend aus einem Methyl-Vinyl-Silicon, aufnehmen.
Die Schutzanordnung 3 erstreckt sich im montierten Zustand von der äußeren 4 der Buchsen bis hin zum Rohr 1 und weist mehrere Verpressungsabschnitte a bis e auf.
Das zum Messort gerichtete Ende des metallischen Hohlkörpers 3 ist mit dem Rohr oder der Hülse 1 stoffschlüssig, insbesondere durch Laserschweißen (Bezugszeichen f) abdichtend verbunden.
Diesem stoffschlüssigen Verbindungsabschnitt f schließt sich ein erster Verpressungsabschnitt e an, welcher auf die Außenoberfläche des Rohrs oder der Hülse 1 wirkt.
Im Bereich des Formkörpers 7 bzw. der dämpfenden Umhüllung 8 weist der metallische Hohlkörper 3 eine Durchmesser-Aufweitung auf.
Ein zweiter Verpressungsabschnitt d ist zwischen dem Hohlkörper 3 und der inneren Buchse 6 ausgebildet.
Ein dritter Verbindungsabschnitt befindet sich zwischen dem Hohlkörper 3 und dem flexiblen Dichtungseinsatz 5.
Ein vierter Verbindungsabschnitt ist zwischen dem Hohlkörper 3 und der äußeren Buchse 4 vorhanden.
Der Dichtungseinsatz 5 ist auf Abstand zu den Buchsen 4 und 6 gehalten und kann sich in den verbleibenden Abstand hinein ausdehnen. Wesentlich ist, dass die Längsausdehnung des Dichtungseinsatzes 5 und die sich hier ergebende Außenoberfläche optimal mit der Innenoberfläche im Abschnitt c des metallischen Hohlkörpers 3 dichtend anliegt.
Im Bereich a kann eine weitere Verpressung zum Zweck der Zugentlastung für das Kabel 2 ausgeführt werden.
Die Geometrie des Formkörpers 7 berücksichtigt die Art und Weise der Ausbildung der Verbindung an der Stelle 10, z. B. durch Crimpen oder durch Slice-Technik.
Das Kabel 2 ist beispielsweise als Thermoleitung nach IEC 60584 ausgeführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2007/113105 A1 [0002]
DE 3237824 A1 [0006]
US 5228975 B [0006]
EP 0056585 A2 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEC 60584 [0041]

Claims

Gekapselter elektrischer Anschluss für insbesondere thermisch und/oder druckseitig beanspruchte Sensoren, wie z. B. Messfühler im Abgaszweig von Motoren, insbesondere Mantelthermoelemente, umfassend ein Rohr oder eine Hülse, an dessen zum Messort gerichteten Ende mindestens ein Sensor befindlich ist, wobei über das Rohr oder die Hülse Anschlussleitungen zum vom Messort entfernten Ende geführt sind, wobei die gegeneinander elektrisch isolierten Anschlussleitungen des mindestens einen Sensors mit einem Kabel in Verbindung stehen und der Verbindungsbereich von einer Schutzanordnung umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Verbindungsstelle ein Formkörper mit Trennstegen zur beabstandeten Fixierung der Anschlussleitungsenden und des Kabels befindlich ist, wobei der Formkörper ergänzend eine mechanisch dämpfende Umhüllung aufweisen kann, das Kabel durch mindestens zwei beabstandete Buchsen verläuft, welche in ihrem Abstandsraum einen flexiblen Dichtungseinsatz aufnehmen und die Schutzanordnung ein metallischer Hohlkörper ist, welcher sich von der äußeren der Buchsen bis zum Rohr oder zur Hülse des Sensors erstreckt und mehrere, über seine Längsachse verteilte Verpressungsabschnitte aufweist.
Gekapselter elektrischer Anschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Messort gerichtete Ende des metallischen Hohlkörpers mit dem Rohr oder der Hülse stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen oder Löten abdichtend verbunden ist.
Gekapselter elektrischer Anschluss nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich am stoffschlüssigen Verbindungsabschnitt ein erster Verpressungsabschnitt anschließt, welcher auf das Rohr oder die Hülse wirkt.
Gekapselter elektrischer Anschluss nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Formkörpers mit Umhüllung der metallische Hohlkörper eine Aufweitung besitzt.
Gekapselter elektrischer Anschluss nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Verpressungsabschnitt zwischen dem Hohlkörper und der inneren Buchse ausgebildet ist.
Gekapselter elektrischer Anschluss nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Verpressungsabschnitt zwischen dem Hohlkörper und dem flexiblen Dichtungseinsatz ausgebildet ist.
Gekapselter elektrischer Anschluss nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter Verpressungsabschnitt zwischen dem Hohlkörper und der äußeren Buchse ausgebildet ist.
Gekapselter elektrischer Anschluss nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungseinsatz auf Abstand zu den Buchsen gehalten ist und sich in den verbleibenden Raum hinein ausdehnen kann.
Gekapselter elektrischer Anschluss nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Buchse einen überstehenden Bund und Mittel zum Fixieren einer Zugentlastung aufweist.