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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Abgassensoren bekannt, welche ein metallisches Gehäuse mit einer Durchgangsbohrung aufweist, in der ein keramisches Sensorelement durch eine Dichtpackung sowie durch eine abgasseitige und eine kontaktseitige Isolationshülse festgelegt ist. Auf einen kontaktseitigen Endbereich des Sensorelements sind beispielsweise 4 bis 6 Kontaktfedern aufgeschoben, die wiederum in einem Kontakthalter gehalten sind, welcher radial oder axial mittels der auf das metallische Gehäuse aufgeschweißten Schutzhülse gehalten ist. Auf ihrer dem Abgas abgewandten Seite ist die Schutzhülse durch eine Dichttülle verschlossen, durch die mit den Kontaktfedern elektrisch verbundene Kabel hindurchgeführt sind.
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Zur Montage des herkömmlichen Abgassensors wird eine Baugruppe vormontiert, die aus dem Gehäuse, dem in dem Gehäuse über die Dichtpackung und über die Isolationshülsen festgelegten Sensorelement und gegebenenfalls aus einer abgasseitig auf dem Gehäuse festgelegten Schutzhülse(n) besteht. Ferner wird ein Kabelbaum vormontiert, der die Schutzhülse umfasst, die über die Dichttülle in der Schutzhülse geführten Anschlusskabel umfasst und einen Kontakthalter umfasst, in dem die an den Anschlusskabeln vercrimpten Kontaktfedern eingelegt sind.
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In einem Fügeschritt werden nachfolgend gleichzeitig die in dem Kontakthalter einliegenden Kontaktfedern auf den kontaktseitigen Endbereich des Sensorelements aufgeschoben und die Schutzhülse auf das metallische Gehäuse aufgeschoben.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird anstelle der kontaktseitigen Isolationshülse und des separaten Kontakthalters lediglich eine in der Durchgangsbohrung des metallischen Gehäuses radial zwischen dem abgasseitigen Endbereich des Sensorelements und dem metallischen Gehäuse angeordnete Isolationshülse vorgesehen, die auf ihrer vom Abgas abgewandten Seite eine Ausnehmung aufweist, in die das Sensorelement mit seinem kontaktseitigen Endbereich axial hineinragt und an deren radialer Wandung die metallische Kontaktfeder gegen das keramische Sensorelemente radial abgestützt ist. Die Notwendigkeit eines separaten Kontakthalters entfällt, da dessen Funktionen von der erfindungsgemäßen Isolationshülse mit übernommen werden.
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Stabilitätsvorteile können dadurch erzielt werden, dass ein am metallischen Gehäuse vorgesehenes Außensechskantprofil verlängert und/oder die Schutzhülse verkürzt ausgeführt ist. Auch die Vorsehung von Kühlrippen im Außensechskantprofil ist möglich.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kontaktfeder in sich selbst durch eine Verclipsung in einem in radialer Richtung gespannten Zustand haltbar ist, wobei die Verclipsung durch eine in axialer Richtung auf die Kontaktfeder wirkenden Kraft lösbar ist, sodass die Kontaktfeder in einen in radialer Richtung vermindert gespannten Zustand übergeht, in welchem die benötigte Kraft zur Kontaktierung zur Verfügung aufgebracht wird.
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Desweiteren wird die Rastnase des Kontaktelementes in der Ausnehmung der genannten Kombination aus Dichtscheibe und Kontakthalter verriegelt.
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In spezieller Weiterbildung kann vorgesehen sein, nicht vorgespannte Kontaktfedern in Kontakttaschen kraftfrei hinzuschieben. Insbesondere werden die Kontaktfedern anschließend mit einem oder mehreren keilförmigen Elementen gegen den Kontakt gepresst und reibschlüssig mitsamt den keilförmigen Elementen gehalten. Die keilförmigen Elemente werden insbesondere je einzeln für jedes Kontaktelement ausgebildet und sind bevorzugt untereinander verbunden. Diese Ausgestaltung dient überdies als Halterung der Kontaktelemente während eines optionalen Kabelcrimpens u. als Transport- und Montagehilfe der Kontaktelemente. Die Verbindung ist optional mit Sollbruchstellen zwischen den keilförmigen Elementen ausgebildet um eine individuelle toleranzkompensierende Verkeilung zu gewähren. Die Verkeilung ist insbesondere derart auszubilden, dass Reibkräfte oder Oberfläschenrauhigkeit oder formschlüssige Verbindungen ein Herausrutschen verhindert.
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Hierdurch und insbesondere dadurch, dass die Kontaktfeder im gespannten Zustand in die Ausnehmung einführbar ist und aus der Ausnehmung herausnehmbar ist und dass die Kontaktfeder, wenn sie in die Ausnehmung eingeführt und nachfolgend teil-entspannt wurde, zwischen Sensorelement und radialer Wandung der Ausnehmung verspannt ist, können die während der Montage auf das Sensorelement einwirkenden Kräfte substantiell reduziert werden.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Kontaktfeder, wenn sie in die Ausnehmung eingeführt und nachfolgend entspannt wurde, in der Ausnehmung durch Formschluss dagegen gesichert ist, aus der Ausnehmung heraus zu rutschen. Beispielsweise kann die Ausnehmung zu diesem Zweck einen Hinterschnitt aufweisen, hinter dem sich die Kontaktfeder wenn sie entspannt wurde verhaken kann. Im Fall, dass mehrere Kontaktfedern in der Ausnehmung angeordnet sind, können entsprechende Strukturen der Ausnehmung vorgesehen sein, die diese Aufgabe mit Hinblick auf alle Kontaktfedern erfüllen.
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Eine einfache und zuverlässige Lösung besteht darin, dass die Kontaktfeder einen länglichen Abschnitt aufweist und einen an diesen angeformten zurückgebogenen Abschnitt aufweist und dass die Verclipsung über zwei Rastnasen erfolgt, von denen eine an dem länglichen Abschnitt und eine an dem zurückgebogenen Abschnitt ausgebildet ist. Alternative Lösungen, die auf einem äquivalenten Grundgedanken beruhen, sind möglich.
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Die Erfindung betrifft auch das Fertigungsverfahren, das von den erfindungsgemäßen Vorteilen Gebrauch macht.
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Die Erfindung betrifft als weiteren Gegenstand ferner auch eine Kontaktfeder, die in sich selbst durch eine Verclipsung in einem in radialer Richtung gespannten Zustand haltbar ist, wobei die Verclipsung durch eine in axialer Richtung auf die Kontaktfeder wirkenden Kraft lösbar ist, sodass die Kontaktfeder in einen in radialer Richtung entspannten Zustand übergeht, als solche und die vorliegend offenbarten Weiterbildungen.
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Die Erfindung betrifft als weiteren Gegenstand ferner auch einen Sensor zur Messung der Konzentration eines Bestandteils eines Abgases einer Brennkraftmaschine oder eines Brenners mit einem metallischen Gehäuse und mit einem in einer Durchgangsbohrung des metallischen Gehäuses festgelegten keramischen Sensorelement, das über eine metallische Kontaktfeder kontaktiert ist, die in sich selbst durch eine Verclipsung in einem in radialer Richtung gespannten Zustand haltbar ist, wobei die Verclipsung durch eine in axialer Richtung auf die Kontaktfeder wirkenden Kraft lösbar ist, sodass die Kontaktfeder in einen in radialer Richtung teil-entspannten Zustand übergeht, und die vorliegend offenbarten Weiterbildungen.
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Figurenliste
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- Die 1 zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Abgassensor im Querschnitt.
- Die 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Abgassensor im Querschnitt.
- Die 3 und 4 zeigen eine Kontaktfeder des erfindungsgemäßen Abgassensors im verspannten bzw. entspannten Zustand.
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Ausführungsformen
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1 zeigt einen aus dem Stand der Technik bereits bekannten Abgassensor 110 im Querschnitt entlang der Längsachse des Abgassensors 110. Dieser Abgassensor 110 weist ein metallisches Gehäuse 111 mit einer Durchgangsbohrung 112 auf, in der ein keramisches Sensorelement 113 durch eine Dichtpackung 331 sowie eine abgasseitige Isolationshülse 332 und eine kontaktseitigen Isolationshülse 114 festgelegt ist. Auf einen kontaktseitigen Endbereich des Sensorelements 232 sind beispielsweise 4 bis 6 Kontaktfedern 115 aufgeschoben, die wiederum in einem Kontakthalter 214 gehalten sind, und einer auf das metallische Gehäuse 111 aufgeschweißten Schutzhülse 116 gehalten ist. Auf ihrer dem Abgas abgewandten Seite ist die Schutzhülse 116 durch eine Dichttülle 122 verschlossen, durch die mit den Kontaktfedern 115 elektrisch verbundene Kabel 123 hindurchgeführt sind.
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2 zeigt einen erfindungsgemäßen Abgassensor 10 im Querschnitt entlang der Längsachse des Abgassensors 10. Der Abgassensor 10 weist ein massives metallisches Gehäuse 11 mit einem abgasseitig angeordneten Außengewinde 29 und einem kontaktseitig des Außengewindes 29 angeordneten Außensechskantprofil 26 auf.
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Das metallische Gehäuse 11 weist eine Durchgangsbohrung 12 auf, in der ein keramisches Sensorelement 13 über, beispielsweise Keramik und/oder Glas aufweisende, Dichtungselemente 30,31 festgelegt ist.
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Auf der dem Abgas zugewandten Seite des metallischen Gehäuses 11 sind Schutzrohre 32 zum Schutz des Sensorelements 13 vorgesehen.
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In der Durchgangsbohrung 12, radial zwischen dem abgasseitigen Endbereich des Sensorelements 132 und dem kontaktseitigen Endbereich des metallischen Gehäuses 11 ist eine Isolationshülse 14 vorgesehen, die auf ihrer vom Abgas abgewandten Seite eine Ausnehmung 141 aufweist, die im Beispiel eine etwa rechteckige Grundform einer taschenförmigen Aussparung hat und die im Beispiel auf der dem Abgas abgewandten Seite bündig mit dem metallischen Gehäuse 11 abschließt. Die Isolationshülse 14 ist im Beispiel in ihrem axial mittleren Bereich etwa in Form eines Kegelstumpfes ausgeführt, der sich in Richtung vom Abgas weg aufweitet und in seinen axialen Endbereichen zylindrisch ausgeführt ist. Die Durchgangsbohrung 12 des metallischen Gehäuses 11 ist im kontaktseitigen Endbereich entsprechend ausgeformt, sodass die Isolationshülse 14 mit ihrer Außenkontur an ihr anliegen kann.
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Die Isolationshülse 14 liegt im Beispiel an den Dichtungselementen 30, 31 an. Die Isolationshülse 14 und die Dichtungselemente 30, 31 können durch Verpressung und/oder Stoffschluss aneinander anhaften oder sogar teilweise oder vollständig insgesamt einstückig ausgeführt sein.
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Das Sensorelement 13 ragt von der Abgasseite her kommend mit seinem kontaktseitigen Endbereich 132 axial in die Ausnehmung 141 hinein, sodass es dort über die Kontaktfedern 15,15' kontaktierbar ist. Die Kontaktfedern 15,15' stützen sich an einer radialen Wandung 142 der Ausnehmung 141 ab und sind gegen Kontaktflächen des Sensorelements 13 radial verspannt. In Zusammenwirkung mit einem Steg 21 der Isolationshülse 14 sind die Kontaktfedern 15,15', in der Ausnehmung 141 verhakt und somit gegen herausrutschen gesichert.
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Der Abgassensor 10 weist weiterhin eine Schutzhülse 16 auf, die in ihrem dem Abgas zugewandten Endbereich mit einem dem Abgas abgewandten Endbereich des Gehäuses 11 verschweißt ist, wobei in einem dem Abgas abgewandten Endbereich der Schutzhülse 16 eine Dichttülle 22 aufgenommen ist, durch die Kabel 23, 23', von denen in der 2 zwei Kabel 23, 23' sichtbar sind, hindurchgeführt sind und mit denen Kontaktfedern 15,15' elektrisch leitend verbunden sind. Die Kabel 23, 23' können beispielsweise über eine (nicht gezeichnete) Steckverbindung mit einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs verbunden sein. Die Schutzhülse 16 weist eine Ringschulter 161 die zum Abgas hin weist, und die auf dem vom Abgas abgewandten Endbereich des metallischen Gehäuses 11 und/oder dem vom Abgas abgewandten Endbereich der Isolationshülse 14 insbesondere unmittelbar aufliegt. Eine optionale Sicke zur Halterung der Isolationshülse 14 kann auf diese Weise eingespart werden.
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Das Außensechskantprofil 26 ist in Bohrungsrichtung länger erstreckt ist, als es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das Außensechskantprofil 26 ist in Bohrungsrichtung insbesondere länger erstreckt als die axiale Erstreckung eines Außengewindes 29 des metallischen Gehäuses 11 und/oder länger als der Durchmesser der Durchgangsbohrung 12 des metallischen Gehäuses 11 an seiner engsten und/oder weitesten Stelle.
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3 zeigt eine Kontaktfeder 15 des in der 2 gezeigten Abgassensors 10 in einer Seitenansicht (oben) und in einer Aufsicht (unten). Dabei ist die Kontaktfeder 15 in einem Zustand gezeigt, in dem sie in sich selbst durch eine Verclipsung 15g, 15h in einem in radialer Richtung (in 3 von oben nach unten) gespannten Zustand gehalten ist.
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Die Kontaktfeder 15 weist einen ersten Endbereich 15a auf, der zur elektrischen Kontaktierung eines Anschlusskabels 23, beispielsweise zur Vercrimpung mit einem Anschlusskabel 23, vorgesehen ist und an dem sich über einen U-förmigen mechanischen Entlastungsbereich 15b und über einen geraden, länglicher Abschnitt 15c ein zurückgebogener Abschnitt anschließt, der sich wiederum aus einem Spitzenbereich 15d, einem Kontaktbereich 15e und einem zweiten Endbereich 15f zusammensetzt. Am länglichen Abschnitt 15c sind einander gegenüberliegend zwei Rastnasen 15h ausgebildet, die von zwei Rastnasen 15g hintergriffen werden, die an dem zweiten Endbereich 15f angeordnet sind, sodass sich die Kontaktfeder 15 in einem verspannten Zustand befindet.
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Wirken zwischen dem ersten Endbereich 15a und dem Spitzenbereich 15d die Kontaktfeder 15 in axialer Richtung stauchende Kräfte, so verschieben sich die an dem länglichen Abschnitt 15c angeordneten Rastnasen 15h gegenüber den Rastnasen 15g, die an dem zweiten Endbereich 15f angeordnet sind. Infolgedessen löst sich die Verclipsung und die Kontaktfeder 15 geht in einen entspannten Zustand über, der in der 4 in einer Seitenansicht zu sehen ist. Der entspannte Zustand der Kontaktfeder 15 unterscheidet sich von dem in 3 gezeigten verspannte Zustand der Kontaktfeder 15 dadurch, dass die Rastnasen 15g, 15h einander nun offen gegenüber liegen. Der entspannte Zustand ist insbesondere derart auszulegen, dass dieser in der Ausnehmung 141 in 2 einen teil-entspannten Zustand erreicht, um notwendige Kontaktkräfte sicherzustellen.
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Die Kontaktelemente 15 im komplett montierten Abgassensor 10 (2) befinden sich im entspannten Zustand, zwischen der radialen Wandung 142 der Ausnehmung 141 und dem Sensorelement 13 gespannt.
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In einer alternativen Ausführungsform ist lediglich ein einziges Paar von Rastnasen 15g, 15h vorgesehen.
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Zur Herstellung des Abgassensors 10 wird zunächst ein metallisches Gehäuse 11 mit einer Durchgangsbohrung 12 und einem darin festgelegten keramischen Sensorelement 13, das in Bohrungsrichtung einen abgasseitigen und einen kontaktseitigen Endbereich 132 aufweist, mit einer in der Durchgangsbohrung 12 radial zwischen dem abgasseitigen Endbereich 132 des Sensorelements 13 und dem metallischen Gehäuse 11 angeordneten Isolationshülse 14, die eine abgasabgewandte Ausnehmung 141 aufweist, in die das Sensorelement 13 mit seinem kontaktseitigen Endbereich 132 hineinragt, bereitgestellt. In dieser Ausnehmung 141 wird nachfolgend die Kontaktfeder 15 eingeführt, sodass sie das keramische Sensorelements 13 in seinem kontaktseitigen Endbereich 132 elektrisch kontaktiert und an der radialen Wandung 142 der Ausnehmung 14 gegen das keramische Sensorelement 13 radial abgestützt ist.
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Hierbei wird die Kontaktfeder 15 insbesondere in einem in radialer Richtung gespannten Zustand, nämlich verclipst, mit sich hintergreifenden Rastnasen 15g, 15h (siehe 3), eingeführt. Die während des Einführens zwischen dem Sensorelement 13 der Kontaktfeder 15 in radialer Richtung wirkenden Kräfte können verglichen mit den Kräften im montierten Zustand sehr klein sein. Auch ein Einführen ohne in radialer Wirkung der Kräfte ist möglich.
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Sodann wird die Kontaktfeder 15 weiter in die Ausnehmung 141 eingeführt, bis sie mit dem Spitzenbereich 15d am Grund 143 der Ausnehmung 141 anstößt und es in Folge der Einwirkung einer axialen Kraft auf die Kontaktfeder 15 zu einer Teil-Entspannung der Kontaktfeder 15 kommt, sodass sich die Kontaktfeder 15 an der radialen Wandung 142 der Ausnehmung 141 abstützt und der Kontaktbereich 15e der Kontaktfeder 15 mit einer gewünschten Kraft auf dem Sensorelement 13 gedrückt wird.
