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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Messfühlern und Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum bekannt. Dabei kann es sich grundsätzlich um beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaften des Messgases handeln, wobei eine oder mehrere Eigenschaften erfasst werden können. Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf eine qualitative und/oder quantitative Erfassung einer Gaskomponente des Messgases beschrieben, insbesondere unter Bezugnahme auf eine Erfassung eines Sauerstoffanteils in dem Messgas. Der Sauerstoffanteil kann beispielsweise in Form eines Partialdrucks und/oder in Form eines Prozentsatzes erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Eigenschaften des Messgases erfassbar, wie beispielsweise die Temperatur des Messgases.
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Beispielsweise können derartige Messfühler als sogenannte Lambdasonden ausgestaltet sein, wie sie beispielsweise aus Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seiten 160–165, bekannt sind. Mit Breitband-Lambdasonden, insbesondere mit planaren Breitband-Lambdasonden, kann beispielsweise die Sauerstoffkonzentration im Abgas in einem großen Bereich bestimmt und damit auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum geschlossen werden. Alternativ ist jedoch ebenso die Ausbildung als Fingersonde möglich. Die Luftzahl λ beschreibt dieses Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
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Dabei ragt allgemein ein Sensorelement des Messfühlers in einer Längserstreckungsrichtung des Messfühlers aus dem Messfühlergehäuse heraus. Diese Längserstreckungsrichtung oder auch Längsachse des Messfühlers kann dabei gleichzeitig eine Symmetrieachse des Messfühlers vorgeben, da bekannte Messfühler verbreitet einen rotationssymmetrischen Aufbau und Bezug auf die genannte Längsachse aufweisen. Zum Schutz des Sensorelements vor Beschädigungen ist dieses üblicherweise von zumindest einem Schutzrohr umgeben. Des Weiteren ist in der Regel entscheidend, dass das Sensorelement in einen direkten Kontakt mit dem Messgas bringbar sein muss. Daher weist bei derartigen Messfühlern das Schutzrohr stets geeignete Öffnungen auf, um einen Durchtritt des umströmenden Messgases zu ermöglichen.
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Üblicherweise ist das Sensorelement im Inneren des Messfühlergehäuses mit einem Kontaktelement, wie beispielsweise einem Crimpkontakt, verbunden. Das Kontaktelement ist wiederum mit einem Anschlusskabel verbunden. Das Anschlusskabel führt aus dem Messfühlergehäuse heraus. Die Verbindungen zwischen dem Sensorelement und dem Kontaktelement sowie zwischen dem Kontaktelement und dem Anschlusskabel sind elektrische Verbindungen. Dadurch kann ein von dem Sensorelement geliefertes Signal aus dem Messfühlergehäuse heraus übertragen werden. Die Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Anschlusskabel wird üblicherweise als formschlüssige Verbindung in Form einer Crimpverbindung ausgeführt.
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Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Messfühler und Verfahren zum Herstellen derselben beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So ist üblicherweise das Kontaktelement aus Stahl und das Anschlusskabel als vernickelte Kupferleitung hergestellt, d. h. als elektrische Leitung mit einem Kupferkern, der von einer Nickelschicht umgeben ist. Eine robuste sichere elektrische Verbindung zwischen der vernickelten Kupferleitung und dem Kontaktelement aus Stahl ist aufgrund harter Oxidschichten auf der Oberfläche des Anschlusskabels und dem Kontaktelement aus Stahl nur schwer herzustellen. Daher wurde versucht, die Crimpverbindung mittels Laserschweißen zu verschließen, um den Formschluss zu verbessern, so dass die elektrische Kontaktierung gesichert wird. Aufgrund der Materialien des Kontaktelements und des Anschlusskabels lassen sich jedoch Schweißverfahren, die eine Schmelze erzeugen, nicht anwenden oder es würde eine derartige Materialschwächung erfolgen, dass der Messfühler nicht mehr den Anforderungen während eines Betriebs standhält.
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Offenbarung der Erfindung
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Es werden daher ein Verfahren zur Herstellung eines Messfühlers zur Bestimmung mindestens einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum sowie ein Messfühler vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Messfühler und Herstellungsverfahren zumindest weitgehend vermeiden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Messfühlers, insbesondere eines Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zum Nachweis einer Gaskomponente in dem Messgas oder einer Temperatur des Messgases, umfasst die folgenden Schritte:
- – Anordnen mindestens eines Sensorelements in einem Messfühlergehäuse,
- – Verbinden des Sensorelements mit mindestens einem Kontaktelement,
- – Bereitstellen mindestens eines Anschlusskabels,
- – formschlüssiges und/oder kraftschlüssiges Verbinden des Anschlusskabels mit dem Kontaktelement, und
- – stoffschlüssiges Verbinden des Anschlusskabels mit dem Kontaktelement.
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Das Kontaktelement kann das Anschlusskabel zumindest teilweise umgeben. Das Kontaktelement kann eine Crimphülse aufweisen, in der das Anschlusskabel angeordnet wird, wobei das Kontaktelement und das Anschlusskabel durch eine Crimpverbindung formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden werden. Das Kontaktelement kann zumindest teilweise aus Edelstahl hergestellt sein. Das Anschlusskabel kann zumindest teilweise aus Kupfer mit einer Nickelbeschichtung hergestellt sein. Das Kontaktelement und das Anschlusskabel können durch eine Schweißverbindung stoffschlüssig verbunden werden. Zum Herstellen der Schweißverbindung können das Kontaktelement und das Anschlusskabel in eine erste Elektrode eingelegt werden, wobei eine zweite Elektrode so auf das Kontaktelement und das Anschlusskabel angeordnet wird, dass ein Schweißstrom von der zweiten Elektrode durch das Kontaktelement und das Anschlusskabel zu der ersten Elektrode fließt. Das Kontaktelement und das Anschlusskabel können sich zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode befinden. Während des Schweißens können die erste Elektrode und die zweite Elektrode relativ zueinander mit einer vorbestimmten Kraft zum Verformen des Kontaktelements und des Anschlusskabels bewegt werden. Bei Erreichen einer vorbestimmten Verformung des Kontaktelements und des Anschlusskabels kann der Schweißstrom von der zweiten Elektrode durch das Kontaktelement unter Umgehung des Anschlusskabels zu der ersten Elektrode fließen. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode können sich relativ zueinander parallel zu einer Ebene senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Kontaktelements und des Anschlusskabels bewegen. Zum Herstellen der Schweißverbindung kann zumindest eine dritte Elektrode vorgesehen werden, das Kontaktelement und das Anschlusskabel durch die vorbestimmte Kraft so verformt werden, dass das Kontaktelement die dritte Elektrode berührt, wobei bei einer Berührung zwischen dem Kontaktelement und der dritten Elektrode der Schweißstrom von der zweiten Elektrode durch das Kontaktelement und über die dritte Elektrode zu der ersten Elektrode fließt.
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Ein erfindungsgemäßer Messfühler, insbesondere Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zum Nachweis einer Gaskomponente in dem Messgas oder einer Temperatur des Messgases, umfasst ein Messfühlergehäuse und zumindest ein Sensorelement in dem Messfühlergehäuse, wobei das Sensorelement mit zumindest einem Kontaktelement verbunden ist, wobei das Kontaktelement mit zumindest einem Anschlusskabel formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden ist, wobei das Kontaktelement mit dem Anschlusskabel stoffschlüssig, insbesondere mittels einer Schweißverbindung, verbunden ist.
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Unter einer formschlüssigen Verbindung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Verbindung zu verstehen, bei der einer der Verbindungspartner einem anderen im Weg ist und so eine Relativbewegung der Verbindungpartner in zumindest der Richtung, in der der eine Verbindungspartner dem anderen im Weg ist, verhindert wird. Bei Betriebsbelastung wirken Druckkräfte normal, das heißt rechtwinklig zu den Flächen der Verbindungspartner und verhindern so eine Bewegung. Solche „Sperrungen“ kommen in mindestens einer Richtung vor. Beispiele für formschlüssige Verbindungen sind Schwalbenschwanzverbindung, Zahnkupplung, Nut-Feder-Verbindung, Passfeder, Verbindungsbeschlag, Reißverschluss, Durchsetzfügen und Heißverstemmen.
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Unter einer kraftschlüssigen Verbindung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Verbindung zu verstehen, die eine Normal-Kraft auf die miteinander zu verbindenden Flächen der Verbindungspartner voraussetzet. Eine gegenseitige Verschiebung der Verbindungspartner ist verhindert, solange die durch die Haftreibung bewirkte Gegenkraft nicht überschritten wird. Beispiele für kraftschlüssige Verbindungen sind Verbindungen mittels Klemmen oder Schrauben.
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Unter einer stoffschlüssigen Verbindung ist im Rahmen der vorliegenden Verbindung eine Verbindung zu verstehen, bei der die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Sie sind gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen. Beispiele für stoffschlüssige Verbindungen sind Löten, Schweißen, Kleben und Vulkanisieren.
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Unter Edelstahl sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung legierte oder unlegierte Stähle mit besonderem Reinheitsgrad zu verstehen, zum Beispiel Stähle, deren Schwefel- und Phosphorgehalt, sogenannte Eisenbegleiter, 0,025 % nicht überschreitet. Beispiele für Edelstähle sind Stähle mit den Werkstoffnummern 1.4003 (X2CrNi12), 1.4006 (X12Cr13), 1.4016 (X6Cr17), 1.4021 (X20Cr13), 1.4104 (X14CrMoS17, früher X12CrMoS17), 1.4301 (X5CrNi18-10), 1.4303 (X4CrNi18-12), 1.4305 (X8CrNiS18-9), 1.4306 (X2CrNi19-11), 1.4307 (X2CrNi18-9), 1.4310 (X10CrNi18-8), 1.4316 (X1CrNi19-9), 1.4401 (X5CrNiMo17-12-2), 1.4404 (X2CrNiMo17-12-2), 1.4440 (X2CrNiMo19-12), 1.4435 (X2CrNiMo18-14-3), 1.4452 (X13CrMnMoN18-14-3), 1.4462 (X2CrNiMoN22-5-3), 1.4541 (X6CrNiTi18-10), 1.4571 (X6CrNiMoTi17-12-2), 1.4581 (GX5CrNiMoNb19-11-2), 1.4841 (X15CrNiSi25-21) und 1.7218 (25CrMo4).
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Unter Crimpen, das auch als Bördeln bezeichnet wird, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Fügeverfahren zu verstehen, bei dem zwei Verbindungspartner durch plastische Verformung miteinander verbunden werden. Es handelt sich somit um eine spezielle Form des Bördelns. Eine Crimpverbindung ist nur bedingt lösbar und meist nicht reparabel.
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Der Messfühler kann zum Nachweis von physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften eines Gases verwendet werden, wobei eine oder mehrere Eigenschaften erfasst werden können. Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf eine qualitative und/oder quantitative Erfassung einer Gaskomponente des Gases beschrieben, insbesondere unter Bezugnahme auf eine Erfassung eines Sauerstoffanteils in dem Gas. Der Sauerstoffanteil kann beispielsweise in Form eines Partialdrucks und/oder in Form eines Prozentsatzes erfasst werden. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Arten von Gaskomponenten erfassbar, beispielsweise Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und/oder Wasserstoff. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Eigenschaften des Gases erfassbar. Die Erfindung ist insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik einsetzbar, so dass es sich bei dem Messgasraum insbesondere um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine handeln kann und bei dem Gas insbesondere um ein Abgas.
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Das Material im Kern der Leitung besteht aus Kupfer mit einer Schmelztemperatur von 1083 °C. Der Kern ist ummantelt mit einer Nickelschicht mit einer Schmelztemperatur von 1455 °C. Diese Nickelschicht muss stoffschlüssig mit dem Stahl des Kontaktelements, wie beispielsweise 1.4310, mit einer Schmelztemperatur von ungefähr 1500 °C verbunden werden. Der Herstellungsprozess wird so geführt, dass durch Erwärmung kombiniert mit einer Druckerhöhung im inneren ein Diffusionsprozess zwischen der Nickelbeschichtung und dem Stahl stattfindet (Diffusionsschweißen), ohne dass das Kupfer aufschmilzt. Die Vermeidung des Aufschmelzens des Kupfers ist vorteilhaft, da ansonsten das Gefüge verändert und geschwächt wird.
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Der Prozessablauf, kann grob geschildert wie folgt sein:
- 1. Crimp wird in Elektroden eingelegt.
- 2. Elektroden fahren zusammen.
- 3. Elektroden drücken mit genau definierter Kraft zusammen.
- 4. Definierter Strom wird für eine definierte Zeit angelegt, hierdurch erwärmt sich das Material. Das weichere, erwärmte Material verformt sich und füllt die untere Elektrode aus. Hierdurch wird eine gleichmäßigere Druckverteilung im Inneren erreicht und es findet durch die Kombination aus Druck und Temperatur ein Diffusionsprozess zwischen den Grenzflächen statt, der die Leitungen untereinander und mit dem Crimpmaterial verbindet. Das Design der unteren Elektrode kann so gewählt sein, dass der Prozess sich selbst begrenzt wenn die untere Elektrode ausgefüllt ist. Durch Berührung des Crimps mit den seitlichen Elektroden fließt der Strom dann durch diese ab und es erfolgt keine weitere Erwärmung im Inneren.
- 5. Strom wird ausgeschaltet, Kraft mit der die Elektroden andrücken bleibt erhalten bis Crimp ausreichend abgekühlt ist.
- 6. Elektroden öffnen.
- 7. Crimp wird entnommen.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Messfühlers werden die Oxidschichten des Kontaktelements und des Anschlusskabels durchbrochen und die Metalle stoffschlüssig direkt miteinander verbunden. Das Bauteil wird hinsichtlich elektrischer Kontaktierung deutlich robuster. Die Erfindung zielt darauf ab die Kontaktpartner stoffschlüssig miteinander zu verbinden und so die Stromleitung sicherzustellen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Messfühlers,
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2 eine Seitenansicht eines Kontaktelements,
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3 eine Draufsicht des Kontaktelements,
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4 eine Draufsicht auf eine Crimpverbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Anschlusskabel vor einem Verfahrensschritt zum Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung,
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5 eine Draufsicht auf eine Crimpverbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Anschlusskabel nach einem Verfahrensschritt zum Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung,
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6 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 5,
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7 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten zum Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung,
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8 eine perspektivische Ansicht einer „U“-förmigen ersten Elektrode, und
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9 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Elektrode.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Messfühlers 10. Der Messfühlers 10 ist beispielhaft als eine Lambdasonde ausgestaltet. Die Lambdasonde dient zur Steuerung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches einer Brennkraftmaschine, um mittels einer Messung der Konzentration des Sauerstoffgehalts im Abgas ein möglichst stöchiometrisches Gemisch einstellen zu können, so dass durch eine möglichst optimale Verbrennung der Schadstoffausstoß minimiert wird. Daher kann es sich bei dem Messgasraum im Rahmen der vorliegenden Erfindung um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine handeln. Der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise ist beispielsweise in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seiten 160–165, beschrieben. Mit Breitband-Lambdasonden, insbesondere mit planaren Breitband-Lambdasonden, kann beispielsweise die Sauerstoffkonzentration im Abgas in einem großen Bereich bestimmt und damit auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum geschlossen werden. Alternativ ist jedoch ebenso die Ausbildung als Fingersonde möglich. Die Luftzahl λ beschreibt dieses Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
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Diese Lambdasonde wird nachfolgend als Ausführungsbeispiel für einen Messfühler 10 zur Bestimmung mindestens einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft eines Messgases, insbesondere der Temperatur oder der Konzentration einer Gaskomponente, insbesondere im Abgas einer Brennkraftmaschine, beschrieben.
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Der Messfühler 10 weist ein Sensorelement 12 auf, das mit einem dem Messgas ausgesetzten, gasseitigen Sensorabschnitt 14 aus einem Messfühlergehäuse 16 herausragt. Dieser gasseitige Sensorabschnitt 14 des Sensorelements 12 wird von außen nach innen gesehen zunächst von einem Doppelschutzrohr 18 umgeben. Dieses Doppelschutzrohr 18 umfasst ein äußeres Schutzrohr 20 und ein inneres Schutzrohr 22. Das Sensorelement 12 ist mit mindestens einem Kontaktelement 24 verbunden. Beispielsweise sind vier Kontaktelemente 24 bei einer Lambdasonde vorgesehen. Beispielsweise ist das Kontaktelement 24 als Crimpkontakt 26 ausgebildet, wie er in den 2 und 3 dargestellt ist.
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2 zeigt eine Seitenansicht des Crimpkontakts 26 und 3 zeigt eine Draufsicht des Crimpkontakts 26. Insbesondere weist der Crimpkontakt 26 eine sensorelementseitiges Ende 28 und ein anschlussseitiges Ende 30 auf. Das Sensorelement 12 ist mit dem Crimpkontakt 26 verbunden, insbesondere elektrisch verbunden. Die Verbindung kann durch einen Kontaktbügel 32 an dem sensorseitigen Ende 28 realisiert werden, in dem der Kontaktbügel 32 das Sensorelement 12 berührt. Beispielsweise ist der Kontaktbügel 32 elastisch verformbar und so vorgespannt, dass er gegen das Sensorelement 12 drückt. An dem anschlussseitigen Ende 30 weist der Crimpkontakt 26 eine Crimphülse 34 auf. Der Crimpkontakt 26 ist aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, wie beispielsweise Edelstahl der Werkstoffnummer 1.4310. Insbesondere ist die Crimphülse 34 aus einem Edelstahl hergestellt, wie beispielsweise Edelstahl der Werkstoffnummer 1.4310.
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Wie die 1 zeigt, ist das Kontaktelement 24 mit mindestens einem Anschlusskabel 36 verbunden, insbesondere elektrisch verbunden. Beispielsweise sind vier Anschlusskabel 36 vorgesehen, von denen jeweils eines mit einem Kontaktelement 24 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Kontaktelement 24 und dem Anschlusskabel 36 ist formschlüssig und/oder kraftschlüssig. Beispielsweise ist das Kontaktelement 24 mittels einer Crimpverbindung mit dem Anschlusskabel 36 verbunden.
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4 zeigt beispielsweise eine Draufsicht einer Crimpverbindung zwischen einem Kontaktelement 24 und einem Anschlusskabel 36. Das Anschlusskabel 36 ist beispielsweise als Leitung mit einem Kupferkern 38 mit einer äußeren Nickelbeschichtung 40 ausgeführt. Entsprechend ist der Kupferkern 38 in Umfangsrichtung um seine Erstreckungsrichtung von der Nickelbeschichtung 40 ummantelt (6). Die Crimphülse 34 umschließt das Anschlusskabel 36. 4 zeigt dabei eine Draufsicht auf die Crimpverbindung, bevor das Kontaktelement 24 mit dem Anschlusskabel 36 erfindungsgemäß stoffschlüssig verbunden werden.
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5 zeigt beispielsweise eine Draufsicht einer Crimpverbindung zwischen einem Kontaktelement 24 und einem Anschlusskabel 36 nachdem diese stoffschlüssig verbunden sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktelement 24 und dem Anschlusskabel 36 mittels einer Schweißverbindung 42 ausgeführt. Wie 5 zeigt erstreckt sich die Schweißverbindung parallel zu einer Ebene senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Anschlusskabels 36 und des Kontaktelements 24.
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6 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 5. Aus 6 ist der Kupferkern 38 und die Nickelbeschichtung 40 des Anschlusskabels 36 gut zu erkennen. Ferner ist aus 6 gut zu erkennen, wie die Crimphülse 34 des Kontaktelements 24 das Anschlusskabel 36 umschließt. Insbesondere besteht dabei die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Edelstahl der Crimphülse 34 und der Nickelbeschichtung 40 des Kontaktelements, nicht jedoch mit dem Kupferkern 38. Das heißt, der Kupferkern 38 ist durch die Schweißverbindung nicht aufgeschmolzen. Dies ist zwingend erforderlich, da ansonsten das Gefüge verändert und geschwächt wird, was zu Bauteilversagen führt.
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Nun wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des Messfühlers 10 beschrieben. Nachfolgend wird insbesondere anhand der 7 bis 9 beschrieben, wie die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktelement 24 und dem Anschlusskabel 36 hergestellt wird.
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Zunächst wird das Anschlusskabel 36 bereitgestellt. Insbesondere wird das Anschlusskabel 36 in die Crimphülse 34 an dem anschlussseitigen Ende 30 des Kontaktelements 24 eingelegt und in an sich bekannter Weise mittels eines nicht gezeigten Crimpwerkzeugs formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden. Daraufhin wird das Kontaktelement 24 und das Anschlusskabel 36 in dem Bereich, in dem sie miteinander verbunden sind, in eine erste Elektrode 44 eingelegt. Eine derartige Elektrode ist beispielsweise in 8 dargestellt. Zum Einlegen des Kontaktelements 24 und des Anschlusskabels 36 im Bereich der Crimpverbindung weist die erste Elektrode 44 eine Aussparung 46 auf. Beispielsweise ist die erste Elektrode 44 einstückig im Wesentlichen „U“-förmig ausgebildet. Die Aussparung 46 kann daher von zwei seitlichen Schenkeln und dem Boden der „U“-Form der ersten Elektrode 44 definiert werden. Auf das Kontaktelement 24 und das Anschlusskabel 36 wird dann an die Crimpverbindung eine zweite Elektrode 48 angelegt oder angesetzt. Eine derartige zweite Elektrode 48 ist beispielsweise in 9 dargestellt. Die zweite Elektrode 48 weist eine Spitze 50 auf. Diese Spitze 50 ist beispielsweise als annähernd quaderförmiger Vorsprung ausgebildet. Dabei befinden sich das Kontaktelement 24 und das Anschlusskabel 36 zwischen der ersten Elektrode 44 und der zweiten Elektrode 48, wie in dem linken Bereich der 7 gezeigt ist. Alternativ kann die erste Elektrode 44 eine untere Elektrode 44 sein und durch zwei dritte Elektroden 52 zu einer im Wesentlichen „U“-Form zusammengesetzt werden. Mit anderen Worten bilden diese zusammengesetzten drei Elektroden 44 und 52 einen Querschnitt mit der Form im Wesentlichen eines „U“. Insbesondere bilden die zwei dritten Elektroden 52 die seitlichen Schenkel des „U“ und die untere Elektrode 44 bildet den Boden des „U“. Daher können die dritten Elektroden 52 auch als Seitenabschnitte oder Seitenteile der ersten Elektrode 44 angesehen werden. Insbesondere sind die dritten Elektroden 52 geeignet, einen Stromfluss von der ersten Elektrode 44 zu der zweiten Elektrode 48 und umgekehrt zu erlauben.
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Die zweite Elektrode 48 wird dabei mit der Spitze 50 so auf das Kontaktelement 24 und das Anschlusskabel 36 mit einer Kraft von beispielsweise 130 N angesetzt, dass die Spitze 50 im Wesentlichen senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Kontaktelements 24 und des Anschlusskabels 36 angeordnet ist.
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An die zweite Elektrode 48 und die erste Elektrode 44 wird ein Schweißstrom angelegt. Der Schweißstrom fließt dabei grundsätzlich von der zweiten Elektrode 48 zu der ersten Elektroden 44. Dieser Schweißstrom wird beispielsweise mit einem Anstieg von 10 ms auf beispielsweise 1600 A angelegt. Während dieses Anstiegs des Schweißstroms wird die zweite Elektrode 48 mit einer Kraft von beispielsweise 360 N relativ zu der ersten Elektrode 44 auf diese zu bewegt, wie durch Pfeile 54 in 7 angedeutet ist. Insbesondere wird die zweite Elektrode 48 parallel zu einer Ebene senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Kontaktelements 24 und des Anschlusskabels 36 bewegt. Der Schweißstrom fließt dabei insbesondere von der zweiten Elektrode 48 durch die Crimphülse 34, die Nickelbeschichtung 40, den Kupferkern 38 zu der ersten Elektrode 44, wie durch Pfeile 56 in dem linken Bereich der 7 angedeutet ist. Der Schweißstrom sorgt für eine Erwärmung der Crimphülse 34 und des Anschlusskabels 36 insbesondere der Nickelbeschichtung 40. Durch die Erwärmung werden die Materialien der Crimphülse 34 und des Anschlusskabels 36 weich und lassen sich durch das Andrücken der zweiten Elektrode 48 verformen. Der Schweißstrom wird schließlich bei 1600 A für beispielsweise 60 ms gehalten. Während dieser Haltezeit drückt die zweite Elektrode 48 mit einer Kraft von beispielsweise 360 N gegen die Crimphülse 34 und das Anschlusskabel 36. Dadurch werden die Crimphülse 34 und das Anschlusskabel 36 weiter verformt. Die Verformung tritt dabei als Verformung in seitlicher Richtung zu den dritten Elektroden 52 auf, wie beispielsweise durch Pfeile 58 in dem rechten Bereich der 7 angedeutet ist. Hierdurch wird eine gleichmäßigere Druckverteilung im Inneren der Crimpverbindung erreicht. Der Prozess wird so geführt, dass durch Erwärmung kombiniert mit einer Druckerhöhung im Inneren der Crimpverbindung ein Diffusionsprozess zwischen der Nickelbeschichtung 40 und dem Stahl der Crimphülse 34 stattfindet. Es erfolgt daher ein Diffusionsschweißen. Die Verformung wird dabei so ausgeführt bis schließlich eine vorbestimmte Verformung des Kontaktelements 24 und des Anschlusskabels 36 erreicht wird, bei der die Crimphülse 34 die dritten Elektroden 52 berührt. Da Strom allgemein den kürzesten elektrisch leitenden Weg sucht, fließt der Schweißstrom bei dieser Berührung von der zweiten Elektrode 48 durch die Crimphülse 34 zu den dritten Elektroden 52, wie durch Pfeile 60 in dem rechten Bereich der 7 dargestellt ist, und von den dritten Elektroden 52 zu der ersten Elektrode 44, wie durch Pfeile 62 in dem rechten Bereich der 7 angedeutet ist. Es versteht sich, dass bei einer Ausführungsform, bei der die erste Elektrode 44 einstückig in der Form eines „U“ ausgebildet ist, der Strom von der zweiten Elektrode 48 über die seitlichen Schenkel zu dem Boden der „U“-Form der ersten Elektrode 44 fließt. Der Schweißstrom umgeht dabei das Anschlusskabel 36 und fließt daher nicht mehr durch das Anschlusskabel 36 und insbesondere nicht mehr durch den Kupferkern 38 und die Nickelbeschichtung 40. Daher wird das Anschlusskabel 36 und insbesondere der Kupferkern 38 nicht weiter erwärmt, so dass kein Aufschmelzen des Kupferkerns 38 erfolgt. Einen Weg 64, den die zweite Elektrode 48 zu der ersten Elektrode 44 bewegt wird, kann beispielsweise 130 µm bis 200 µm sein. Schließlich wird der Schweißstrom abgeschaltet, was mit einem Abfall über beispielsweise 2 ms erfolgt. Die Kraft, mit der die zweite Elektrode 48 gedrückt wird, wird noch für beispielsweise 50 ms gehalten, bis die Crimpverbindung ausreichend abgekühlt ist. Es versteht sich, dass auch die erste Elektrode 44 zu der zweiten Elektrode 48 bewegt werden kann. Auch der Stromfluss kann von der ersten Elektrode 44 zu der zweiten Elektrode 48 sein.
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Nach dem Abkühlen werden schließlich die erste Elektrode 44 und die zweite Elektrode 48 geöffnet und die Crimpverbindung kann entnommen werden. Das Sensorelement 12 wird in dem Messfühlergehäuse 16 angeordnet. Das mit dem Anschlusskabel 36 verbundene Kontaktelement 24 wird dann in an sich bekannter Weise mit dem sensorelementseitigen Ende 28 mit dem Sensorelement 12 verbunden, wie es beispielsweise in 1 dargestellt ist. Es versteht sich, dass ein Funktionstest der elektrischen Verbindung zwischen dem Anschlusskabel 36 und dem Kontaktelement 24 durchgeführt werden kann. Wenn beispielsweise ein Strom an diese angelegt wird, zeigt sich eine gute elektrische Verbindung an einer gemessenen Spannung von maximal beispielsweise 1500 mV bis 2200 mV. Die qualitativen Sollvorgaben für die Spannung können beispielsweise 900 mV bis 1200 mV sein. Die gemessene Spannung lässt dabei auf den elektrischen Widerstand und somit auf die Leitfähigkeit der elektrischen Verbindung zwischen dem Kontaktelement 24 und dem Anschlusskabel 36 schließen. Dieser Funktionstest kann auch in bestimmten zeitlichen Abständen zum Überprüfen des Messfühlers 10 durchgeführt werden. Die erfindungsgemäß vorgesehene stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktelement 24 und dem Anschlusskabel 36 anhand des sichtbaren Abdruckes der Schweißverbindung 42 auf der Crimpverbindung und der Anhaftung der Anschlusskabel 36 im Inneren erkennbar und nachweisbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seiten 160–165 [0002]
- Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seiten 160–165 [0029]
