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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl verschiedener Sensoren zur Erfassung von mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum bekannt. Grundsätzlich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einer Eigenschaft eine beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaft des Messgases zu verstehen, wobei eine oder auch mehrere Eigenschaften des Messgases erfasst werden können. Mit einem solchen Sensor kann eine qualitative und/oder quantitative Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases erfolgen, beispielsweise eine Erfassung mindestens einer Gaskomponente des Messgases, insbesondere eine Erfassung einer Gaskomponente in einem Luft-Kraftstoff-Gemisch, und/oder eine Erfassung einer Partikelkonzentration in dem Messgas, insbesondere einer Rußmassenkonzentration. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Eigenschaften des Messgases erfassbar.
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Ein Sensor zur Erfassung von einer Gaseigenschaft kann beispielsweise wie in Konrad Reif (Herausgeber) „Sensoren im Kraftfahrzeug", 2. Auflage 2012, S. 160 - 165, als eine Lambda-Sonde ausgestaltet werden, wobei eine Ausgestaltung sowohl als Zweipunkt-Lambda-Sonde als auch als Breitband-Lambda-Sonde, insbesondere als eine planare Breitband-Lambda-Sonde beschrieben wird. Mit einer Lambda-Sonde kann ein Gasanteil eines Gasgemisches in einem Brennraum bestimmt werden, beispielsweise die Luftzahl λ, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis angibt. Mit Zweipunkt-Lambda-Sonden ist eine Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nur in einem engen Bereich, bei stöchiometrischen Gemischen (λ=1), möglich. Dagegen kann mit einer Breitband-Lambda-Sonde eine Bestimmung über einen großen Bereich von λ erfolgen. Diese beschriebenen Lambda-Sonden umfassen ein Sensorelement, meist ein keramischer Festkörperelektrolyt, bevorzugt aus Zirkoniumdioxid und Yttriumoxid oder auch Festkörperschichten, bevorzugt aus Zirkoniumdioxid.
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Grundsätzlich weisen Sensoren zur Messung einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, beispielsweise Lambda-Sonde oder beispielsweise Partikelsensoren, welche den gleichen geometrischen Aufbau wie eine Lambda-Sonde aufweisen können, ein Sonden- oder Sensorgehäuse auf. In diesem Sensorgehäuse ist das jeweilige Sensorelement zur Erfassung der Eigenschaft des Messgases angeordnet. Das Sensorelement ist mit mindestens einem Kabel elektrisch kontaktiert, das wiederum durch eine Kabeldurchführung an einem anschlussseitigen Ende des Sensorgehäuses aus diesem herausgeführt ist. Zum Schutz vor Wärme und Beschädigungen ist das Kabel von einem Wärmeschutzrohr umgeben.
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Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft mindestens eines Messgases in einem Messgasraum und Verfahren zum Herstellen derselben, beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So wird zum Befestigen des Wärmeschutzrohrs an der richtigen Position auf das sensorabgewandte Ende des Wärmeschutzrohrs, d.h. in Richtung des Steckers, eine Hülse gecrimpt. Um zu verhindern, dass das Wärmeschutzrohr zu weit auf das Sensorgehäuse rutscht, wir das sensorseitige Ende des Wärmeschutzrohrs vorgecrimpt. Schließlich wird das Wärmeschutzrohr auf das Sensorgehäuse geschoben und dann auf dem Kabelstrang mit einem Kabelbinder hinter der Hülse befestigt. In einigen Fällen muss der Kabelstrang noch zuvor von einem zusätzlichen Band umwickelt werden. Somit ist die Befestigung des Wärmeschutzrohrs arbeitsaufwändig, platzraubend und nicht für jedes Wärmeschutzrohr geeignet.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird daher ein Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft mindestens eines Messgases in einem Messgasraum und Verfahren zum Herstellen derselben vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Sensoren und Verfahren zum Herstellen dieser Sensoren zumindest weitgehend vermeidet. Insbesondere soll das Herstellungsverfahren mit weniger Arbeitsschritten und unter Verwendung weniger Bauteile als bei den herkömmlichen Herstellungsverfahren unter Ausbildung realisierbar sein. Weiterhin soll die Befestigung des Wärmeschutzrohrs platzsparender als bei den herkömmlichen Sensoren realisierbar sein.
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Bei der mindestens einen Eigenschaft des Messgases kann es sich, wie oben ausgeführt, grundsätzlich um eine beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaft eines Messgases handeln. Beispielsweise kann die Eigenschaft des Messgases ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem Anteil mindestens einer Gaskomponente in dem Messgas, insbesondere einem Sauerstoffanteil und/oder einem NOx-Anteil; einer Partikelbeladung des Messgases; einer Temperatur des Messgases; einem Druck des Messgases. So kann die mindestens eine Eigenschaft beispielsweise eine Partikelmasse pro Volumeneinheit sein, beispielsweise angegeben in kg/m3 oder eine Partikelanzahl pro Volumeneinheit, angegeben beispielsweise in Partikel/m3. Auch andere Eigenschaften sind grundsätzlich alternativ oder zusätzlich erfassbar.
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Das Messgas kann grundsätzlich ein beliebiges Gas oder Gasgemisch sein, beispielsweise Abgas, Luft, ein Luft-Kraftstoff-Gemisch oder auch ein anderes Gas. Die Erfindung ist insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik einsetzbar, so dass es sich bei dem Messgasraum um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine handeln kann. Bei dem Messgas kann es sich deshalb insbesondere um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch handeln.
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Unter einem Sensor kann grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung oder eine Kombination von Vorrichtungen verstanden werden, welche zur qualitativen oder quantitativen Erfassung der mindestens einen Eigenschaft eingerichtet sind. Beispielsweise kann der Sensor eingerichtet sein, um mindestens ein Messsignal zu erzeugen, welches zu der mindestens einen zu erfassenden Eigenschaft korreliert. Insbesondere kann der Sensor ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einer Lambda-Sonde und einem Partikelsensor. Auch eine andere Ausgestaltung des Sensors, beispielsweise als ein Temperaturfühler und/oder ein Drucksensor und/oder ein NOx-Sensor zur Erfassung mindestens einer Gaskomponente in dem Messgas, beispielsweise zur Erfassung des Anteils von Sauerstoff und/oder Stickoxiden in dem Messgas, ist jedoch grundsätzlich möglich.
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Der Sensor weist mindestens ein Sensorelement zur Erfassung der Eigenschaft des Messgases und mindestens ein, das Sensorelement umschließendes, Sensorgehäuse auf. Unter einem Sensorelement kann grundsätzlich ein beliebiges Messelement oder eine Kombination von Messelementen verstanden werden, beispielsweise ein Sensorchip, welche zur qualitativen oder quantitativen Erfassung der mindestens einen Eigenschaft eingerichtet sind. Beispielsweise kann das Sensorelement einen Sensorchip und/oder eine elektronische Messschaltung umfassen. Das Sensorelement kann insbesondere eingerichtet sein, um mindestens ein Messsignal zu erzeugen, welches zu der mindestens einen zu erfassenden Eigenschaft korreliert. Das Sensorelement kann insbesondere ein keramisches Sensorelement sein. Insbesondere kann das Sensorelement ein keramisches Sensorelement sein, welches mindestens einen keramischen Körper und mindestens zwei mit dem keramischen Körper verbundenen Elektroden aufweist. Der keramische Körper kann mindestens einen keramischen Festelektrolyten aufweisen. Insbesondere kann das Messprinzip des Sensorelements auf der elektrolytischen Eigenschaft von bestimmten Festkörpern beruhen. Insbesondere eignen sich als Festkörper keramische Festelektrolyte, wie beispielsweise Zirkoniumdioxid (ZrO2), insbesondere Yttrium-stabilisiertes (YSZ) oder Skandium-dotiertes Zirkoniumdioxid (ScSZ). Alternativ oder zusätzlich kann das Sensorelement beispielsweise mindestens zwei Elektroden aufweisen, beispielsweise auf einer Messoberfläche, insbesondere einer keramischen Messoberfläche, und kann beispielsweise eingerichtet sein, um einen elektrischen Widerstand zwischen den mindesten zwei Elektroden zu erfassen, welcher beispielsweise durch eine Partikelbeladung des Messgases beeinflusst werden kann. Weiter kann ein solches Sensorelement in der Regel ein Heizelement umfassen, um eine geeignete Funktionstemperatur zu gewährleisten. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich denkbar.
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Unter einem Sensorgehäuse kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Bauteil verstanden werden, welches das Sensorelement zumindest teilweise oder vollständig umgibt, beispielsweise eine Hülle, welche das Sensorelement umgibt und vor thermischen und mechanischen Einflüssen schützt. Das Sensorgehäuse kann insbesondere mindestens einen Innenraum umfassen, in welchem das mindestens eine Sensorelement angeordnet ist. Das Sensorgehäuse kann insbesondere ganz oder teilweise aus einem mechanisch starren Material hergestellt sein, welches das Sensorelement ganz oder teilweise gegenüber mechanischen Einflüssen schützt, beispielsweise aus mindestens einem metallischen Material.
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Das Sensorgehäuse ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass das Sensorelement in dem Sensorgehäuse mit dem Messgas beaufschlagbar ist. Beispielsweise kann das Sensorgehäuse eine Öffnung aufweisen, durch welche das Messgas in das Sensorgehäuse eindringen und zu dem Sensorelement gelangen kann.
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Das Sensorgehäuse weist an einem anschlussseitigen Ende eine Kabeldurchführung für mindestens ein mit dem Sensorelement elektrisch kontaktierbares Kabel auf. Unter einem anschlussseitigen Ende kann dabei dasjenige Ende des Sensorgehäuses verstanden werden, das dem Messgasraum abgewandt und einem elektrischen Anschluss zugewandt ist. Bei dem elektrischen Anschluss kann es sich beispielsweise um einen Stecker handeln.
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Unter einer Kabeldurchführung kann ein Bauteil verstanden werden, das zur Ein- bzw. Durchführung von elektrischen Leitungen oder Kabeln dient. Anwendungen sind im Bereich von Sensoren, aber auch in Schaltschränken, Verteilerkästen, Klemmenkästen, Maschinen oder auch innerhalb von Fahrzeugen, Flugzeugen und Schiffen zu finden. Der Zweck ist das Erreichen einer Schutzart (Dichtheit, Berührungsschutz, Staubschutz), der Schutz des Kabels vor scharfen metallischen Kanten oder zusätzlich auch eine Zugentlastung der Leitungen. Es gibt Kabeldurchführungen für das Durchstecken von Leitungen ohne Stecker (zum Beispiel Gummi-Kabeldurchführungen als Ringe, Tüllen, gelochte oder geschlitzte Platten) und teilbare oder halboffene Systeme, durch die auch bereits vorkonfektionierte Leitungen bzw. Kabelbäume mit Steckern eingeführt werden können. Das sind zum Beispiel im Bereich einer Lochreihe geteilte Gummiplatten oder besenartige Barrieren gegen Schmutz und Fusseln. Eine solche Kabeldurchführung kann ein sogenannter Grommet sein. Als Grommet bezeichnet man einen Ring oder eine Tülle, die man durch Löcher in Materialien steckt, um diese z. B. zu verstärken, zu schützen oder abzudichten. Meist sind sie aus Gummi oder Metall.
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Der Sensor weist weiterhin ein Wärmeschutzrohr auf. Unter einem Wärmeschutzrohr kann ein schlauch- oder rohrförmiges Bauteil mit thermisch isolierenden Eigenschaften verstanden werden.
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Das Wärmeschutzrohr ist zum Umgeben des Kabels ausgebildet. Das Wärmeschutzrohr ist mit dem Sensorgehäuse an dem anschlussseitigen Ende formschlüssig verbunden.
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Unter einer formschlüssigen Verbindung kann eine Verbindung verstanden werden, die durch das Ineinandergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern entsteht. Dadurch können sich die Verbindungspartner auch ohne oder bei unterbrochener Kraftübertragung nicht lösen. Anders ausgedrückt ist bei einer formschlüssigen Verbindung der eine Verbindungspartner dem anderen im Weg. Bei Betriebsbelastung wirken Druckkräfte normal, das heißt rechtwinklig zu den Flächen der Verbindungspartner. Solche „Sperrungen“ kommen in mindestens einer Richtung vor. Ist ein zweites homogenes Flächenpaar gegenüber angeordnet, ist auch die Gegenrichtung gesperrt. Besteht das Paar aus zwei zueinander koaxialen Zylinderflächen, so besteht Formschluss in allen Richtungen der zur Zylinderachse senkrechten Ebene. Beispiel ist der in ein Loch gesteckte Stift, der wieder herausnehmbar ist. Das Loch ist vorteilhaft ein Sackloch, damit der Stift nicht durchfallen kann. Dabei kommt ein einseitiger Formschluss in Axialrichtung hinzu. Stiftartige Verbindungselemente sind auch Niete und Schrauben, wobei Schraubenverbindungen in der Regel sowohl form- als auch kraftschlüssig sind. Primär sind nur zwei Bauteile formschlüssig miteinander zu verbinden, was aber oft mit Hilfe eines dritten Teils - des speziellen Verbindungselements - verwirklicht wird. Beispiel ist die Verbindung zweier sich überlappender Blechränder mittels Niete oder Schrauben. Der Formschluss ist außer in der Blechebene auch senkrecht dazu herzustellen. Die Bleche sollen aufeinander gehalten werden, und die Verbindungselemente sollen nicht herausfallen. Zu diesem Zweck haben die Niete beiderseits Köpfe. Die Schraube hat ihren Kopf, und gegenüber befindet sich die Mutter (falls die Schraube nicht ins Blech geschraubt ist). Beispiele für lösbare formschlüssige Verbindungen sind Nut-Feder-Verbindung, Passfeder, Reißverschluss, Klettverschluss, Schwalbenschwanzverbindung, Verbindungsbeschlag, Zahnkupplung, ineinandergreifende Verzahnungen, z. B. Zahnrad und Zahnstange. Beispiele für nicht lösbare formschlüssige Verbindungen sind Durchsetzfügen, Heißverstemmen, Crimpen.
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Durch die spezielle formschlüssige Verbindung des Wärmeschutzrohrs direkt am anschlussseitigen Ende des Sensorgehäuses wird keine Hülse, kein Kabelbinder und auch kein den Kabelstrang umwickelndes Band zur Befestigung benötigt. Dadurch werden zur Montage weniger Arbeitsschritte und weniger Bauteile benötigt, was die Montage insgesamt erleichtert. Außerdem wird die Temperaturbeständigkeit erhöht, die bislang aufgrund des Kabelbinders und des den Kabelstrang umwickelnden Bands begrenzt war. Außerdem kann der Durchmesser des Wärmeschutzrohrs verringert werden und insgesamt eine Kostenreduktion erzielt werden. Weiterhin wird durch die formschlüssige Verbindung des Wärmeschutzrohrs direkt am anschlussseitigen Ende des Sensorgehäuses eine Lufttasche zwischen dem Wärmeschutzrohr und dem Sensorgehäuse vermieden, in der sich ein Wärmestau bilden könnte. Stattdessen kann die Wärme vom Sensor weggeleitet werden.
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Bevorzugt ist das Wärmeschutzrohr flexibel ausgebildet. Dadurch kann das Wärmeschutzrohr sich dem Kabel und seiner Erstreckungsrichtung anpassen. So kann das Wärmeschutzrohr auch kurvig oder gekrümmt ausgebildet bzw. verlegt werden.
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Das Wärmeschutzrohr kann zumindest teilweise aus mindestens einem Leichtmetall hergestellt sein. Unter einem Leichtmetall kann ein Metall oder eine Legierung verstanden werden, dessen bzw. deren Dichte unter 5,0 g/cm3 liegt. Alle anderen Metalle sind Schwermetalle. Magnesium ist mit einer Dichte von 1,738 g/cm3 (20 °C) das leichteste Nutzmetall. Im technischen Bereich sind vor allem Aluminium, Magnesium, Titan sowie in geringem Umfang Beryllium und Lithium im Gebrauch - sowie weitere Elemente als Legierungselemente in geringer Konzentration. Die Verarbeitung metallischer Werkstoffe erfolgt bei Leichtmetallen grundsätzlich wie bei anderen Metallen auch.
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Beispielsweise kann das Wärmeschutzrohr zumindest teilweise und bevorzugt vollständig aus Aluminium hergestellt sein. Dadurch weist das Wärmeschutzrohr gute thermisch isolierende Eigenschaften auf und ist auch gegenüber Abgas einer Brennkraftmaschine und dessen Temperaturen stabil.
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Das Wärmeschutzrohr kann mit dem Sensorgehäuse an dem anschlussseitigen Ende mittels einer Crimpverbindung formschlüssig verbunden sein. Unter einer Crimpverbindung kann eine Verbindung verstanden werden, die mittels eines Fügeverfahrens ausgebildet wird, bei dem zwei Komponenten durch plastische Verformung miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Bördeln, Quetschen, Kräuseln oder Falten. Eine Crimpverbindung ist nur bedingt lösbar und kann bei Reparaturen nur mit geeignetem Werkzeug erneuert werden. Sie ist eine Alternative zu anderen Verbindungen wie Verlöten oder Verschweißen. Die Crimpverbindung kann mit Hilfe einer speziellen Crimpzange hergestellt werden. Beim Verpressen wirkt die Kraft zur plastischen Verformung des einen Verbindungspartners. Hierbei muss das Werkzeug und die Presskraft der Crimpzange genau an die Crimpverbindung angepasst werden.
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Die Crimpverbindung kann das anschlussseitige Ende in einer Umfangsrichtung um die Kabeldurchführung gesehen im Wesentlichen und bevorzugt vollständig umgeben. Die formschlüssige Crimpverbindung zwischen dem Wärmeschutzrohr und dem Sensorgehäuse ist an dem anschlussseitigen Ende bzw. am Kabelabgang bewusst nicht gas- oder wasserdicht ausgebildet, da Wasser wegen der Gefahr des Einfrierens an dieser Stelle abfließen können soll.
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Der Ausdruck „im Wesentlichen vollständig umgibt“ ist dabei so zu verstehen, dass die Crimpverbindung soweit technisch möglich das anschlussseitige Ende in Umfangsrichtung um die Kabeldurchführung gesehen umgibt, fertigungstechnisch bedingt jedoch eine oder mehrere Unterbrechungen oder Lücken aufweisen kann.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft mindestens eines Messgases in einem Messgasraum vorgeschlagen.
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Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Auch eine andere Reihenfolge ist grundsätzlich möglich. Weiterhin können einer oder mehrere oder alle Verfahrensschritte auch wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können zwei oder mehrere der Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten auch weitere Verfahrensschritte umfassen.
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Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
- - Anordnen mindestens eines Sensorelements zur Erfassung der Eigenschaft des Messgases in mindestens einem Sensorgehäuse derart, dass das Sensorgehäuse das Sensorelement zumindest teilweise umschließt,
- - Anordnen einer Kabeldurchführung für mindestens ein mit dem Sensorelement elektrisch kontaktierbares Kabel an einem anschlussseitigen Ende des Sensorgehäuses, und
- - formschlüssiges Verbinden eines Wärmeschutzrohrs, das zum Umgeben des Kabels ausgebildet ist, mit dem Sensorgehäuse an dem anschlussseitigen Ende.
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Bei dem Verfahren kann insbesondere ein Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung, also gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen, hergestellt werden. Dementsprechend kann für Definitionen, Ausgestaltungen und Vorteile auf die Beschreibung des Sensors verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich.
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Das Wärmeschutzrohr kann flexibel ausgebildet sein.
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Das Wärmeschutzrohr kann zumindest teilweise aus mindestens einem Leichtmetall hergestellt sein. Das Wärmeschutzrohr kann beispielsweise zumindest teilweise und bevorzugt vollständig aus Aluminium hergestellt sein.
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Das Wärmeschutzrohr kann mit dem Sensorgehäuse an dem anschlussseitigen Ende mittels einer Crimpverbindung formschlüssig verbunden werden.
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Die Crimpverbindung kann das anschlussseitige Ende in einer Umfangsrichtung um die Kabeldurchführung gesehen im Wesentlichen und bevorzugt vollständig umgebend ausgebildet werden.
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Durch die Wahl des Crimpwerkzeugs mit zwei oder mehr Klauen kann die Größe und Anzahl der so gebildeten Flügel am gecrimpten Wärmeschutzrohr beeinflusst werden.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
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Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Sensors;
- 2 Querschnittsansicht eines Teils des Sensors;
- 3A eine Draufsicht einer beispielhaften Crimpzange;
- 3B eine perspektivische Darstellung einer Klaue der Crimpzange;
- 4A bis 4E schematische Darstellungen eines Crimpwerkzeugs während eines beispielhaften Herstellungsprozesses und
- 5 bis 7 perspektivische Darstellungen verschiedener Crimpverbindungen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Sensors 110 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft mindestens eines Messgases in einem Messgasraum 112. Der Sensor 110 kann insbesondere als Lambda-Sonde ausgestaltet sein, welche insbesondere zur Erfassung einer Gaskomponente in einem Luft-Kraftstoff-Gemisch in einem Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird. Bei dem Messgasraum 112 kann es sich demnach insbesondere um ein Strömungsrohr handeln. Der Sensor 110 umfasst ein Sensorelement 114 zur Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des Messgases. Beispielsweise kann das Sensorelement 114 wie in Konrad Reif, (Hrsg.) „Sensoren im Kraftfahrzeug", erste Auflage 2012, S. 160-165, ausgestaltet sein. Auch andere Ausgestaltungen des Sensorelements 114 sind jedoch grundsätzlich möglich,
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Der Sensor 110 weist weiterhin mindestens ein Sensorgehäuse 116 auf, das das Sensorelement 114 zumindest teilweise umschließt. Das Sensorgehäuse 116 kann insbesondere mindestens einen Innenraum umfassen, in welchem das mindestens eine Sensorelement 114 angeordnet ist. Das Sensorgehäuse 116 kann insbesondere ganz oder teilweise aus einem mechanisch starren Material hergestellt sein, welches das Sensorelement 114 ganz oder teilweise gegenüber mechanischen Einflüssen schützt, beispielsweise aus mindestens einem metallischen Material. Das Sensorgehäuse 116 ist derart ausgestaltet, dass das Sensorelement 114 in dem Sensorgehäuse 116 mit dem Messgas beaufschlagbar ist. Beispielsweise kann das Sensorgehäuse 116 eine nicht näher gezeigte Öffnung aufweisen, durch welche das Messgas in das Innere des Sensorgehäuses 116 eindringen und zu dem Sensorelement 114 gelangen kann.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils des Sensors 110. An einem anschlussseitigen Ende 118 weist das Sensorgehäuse 116 eine Kabeldurchführung 120 für mindestens ein mit dem Sensorelement 114 elektrisch kontaktierbares Kabel 122 auf. Die Kabeldurchführung 120 ist beispielsweise als Grommet ausgebildet.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, weist der Sensor 110 weiterhin ein Wärmeschutzrohr 124 auf. Das Wärmeschutzrohr 124 ist zum Umgeben des Kabels 122 ausgebildet. Das Wärmeschutzrohr 124 ist flexibel ausgebildet. Weiterhin ist das Wärmeschutzrohr 124 zumindest teilweise aus mindestens einem Leichtmetall hergestellt. Beispielsweise ist das Wärmeschutzrohr 124 zumindest teilweise und bevorzugt vollständig aus Aluminium hergestellt. Bei dem Wärmeschutzrohr 124 kann es sich beispielsweise um das OHLER® Wärmeschutzrohr Typ GA2-A der Firma Novelis Deutschland GmbH OHLER® - Flexrohre, Am Eisenwerk 30, DE-58840 Plettenberg handeln.
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Das Wärmeschutzrohr 124 ist mit dem Sensorgehäuse 116 an dem anschlussseitigen Ende 118 formschlüssig verbunden. Genauer ist das Wärmeschutzrohr 124 mit dem Sensorgehäuse 116 an dem anschlussseitigen Ende 118 mittels einer Crimpverbindung 125 formschlüssig verbunden. Die Crimpverbindung 125 umgibt die Kabeldurchführung 120 in einer Umfangsrichtung gesehen im Wesentlichen vollständig. Bevorzugt und sofern technisch realisierbar, ist dabei eine vollständige Ausbildung der Crimpverbindung 125 in der Umfangsrichtung gesehen. Optional kann das Wärmeschutzrohr 124 zusätzlich stoffschlüssig mit dem Sensorgehäuse 116 an dem anschlussseitigen Ende 118 verbunden sein, wie beispielsweise verklebt.
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Nachstehend wird ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors 110 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft mindestens eines Messgases in einem Messgasraum 112 beschrieben. Das Verfahren wird dabei unter Bezugnahme auf den oben beschriebenen Sensor 110 erläutert. In an sich bekannter weise wird das Sensorelement 114 zur Erfassung der Eigenschaft des Messgases in dem Sensorgehäuse 116 derart angeordnet, dass das Sensorgehäuse 116 das Sensorelement 114 zumindest teilweise umschließt. Weiterhin wird die Kabeldurchführung 120 für mindestens ein mit dem Sensorelement 114 elektrisch kontaktierbares Kabel 122 an dem anschlussseitigen Ende 118 des Sensorgehäuses 116 angeordnet. Weiterhin wird das Wärmeschutzrohr 124 auf dem bzw. um das Kabel 122 bzw. Kabelstrang angeordnet. Die Orientierung des Wärmeschutzrohrs 124 spielt dabei keine Rolle. Dann wird das Wärmeschutzrohr 124 auf das anschlussseitige Ende 118 des Sensorgehäuses 116 geschoben. Schließlich erfolgt ein formschlüssiges Verbinden des Wärmeschutzrohrs 124 mit dem Sensorgehäuse 116 an dem anschlussseitigen Ende 118. Insbesondere wird das Wärmeschutzrohr 124 mit dem Sensorgehäuse 116 an dem anschlussseitigen Ende 118 mittels einer Crimpverbindung 125 formschlüssig verbunden. Dabei wird die Crimpverbindung 125 im Wesentlichen vollständig in einer Umfangsrichtung um die Kabeldurchführung 120 gesehen ausgebildet. Es versteht sich, dass die Größe des Wärmeschutzrohrs 124 der Größe des Sensorgehäuses 116 an dem anschlussseitigen Ende 118 angepasst sein muss. Beispielsweise weist das Sensorgehäuse 116 an dem anschlussseitigen Ende 118 einen Außendurchmesser von 10,8 mm bis 12,1 mm und insbesondere 10,98 mm bis 11,00 mm auf und das Wärmeschutzrohr 124 weist in diesem Fall einen Innendurchmesser von 12,0 bis 12,5 mm, wie beispielsweise 12,44 bis 12,46 mm auf. Auch die Innenform und der Innendurchmesser des Crimpwerkzeugs müssen den zuvor genannten Größen und der Form des Sensorgehäuses 116 an dem anschlussseitigen Ende 118 angepasst sein. Beispielsweise ist der Innendurchmesser des Crimpwerkzeugs bei dem genannten Ausführungsbeispiel 13,5 mm. Die Anpresskraft für die Crimpverbindung 125 ist 500 N bis 900 N, insbesondere 550 N bis 800 N, wie beispielsweise 600 N.
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3A zeigt eine Draufsicht einer beispielhaften Crimpzange 126. Die Crimpzange 126 weist zwei Klauen 128 auf. Die Klauen 128 sind gegenläufig bewegbar. Im geschlossenen Zustand, der in 3 dargestellt ist, umschließen die Klauen 128 das Wärmeschutzrohr 124 in Umfangsrichtung vollständig.
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3B zeigt eine perspektivische Darstellung einer Klaue 128 der Crimpzange 126. Wie in 3B gezeigt, ist die Innenform der Klaue 128 der Außenform des Sensorgehäuses 116 an dem anschlussseitigen Ende 118 angepasst. Weist das Sensorgehäuses 116 an dem anschlussseitigen Ende 118 beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf, so weist die Innenform der Klaue eine konkave Form auf. Genauer ist die Innenform der Klaue 128 eine Halbkreisform.
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4A bis 4E zeigen schematische Darstellungen eines Crimpwerkzeugs 130 während eines beispielhaften Herstellungsprozesses. Das Crimpwerkzeug 130 ist zum Ausbilden der formschlüssigen Verbindung des Wärmeschutzrohrs 124 mit dem anschlussseitigen Ende 118 des Sensorgehäuses 116 ausgebildet.
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4A zeigt dabei eine perspektivische Darstellung des Crimpwerkzeugs 130. Das Crimpwerkzeug 130 weist acht Klauen 132 auf, die gleichmäßig in einer Umfangsrichtung in einer scheibenförmigen Aufnahme 134 für ein zu crimpendes Bauteil angeordnet sind. Das Crimpwerkzeug 130 weist einen Antrieb 136, wie beispielsweise einen Motor, zum Bewegen der Klauen 132 auf. Die Klauen 132 sind dadurch in radialer Richtung zwischen einer offenen und geschlossenen Stellung bewegbar. Ein Innendurchmesser zwischen den Klauen 132 ist über eine manuell oder motorisch betriebene Einstellschraube 138 variierbar.
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4B zeigt eine Draufsicht auf die Aufnahme 134 mit den Klauen 132. Wie zu erkennen ist, weisen die Klauen 132 jeweils eine konkave, achtelkreisförmige Innenform auf. 4B zeigt dabei die Klauen 132 in geschlossener Stellung mit einer Durchmessereinstellung für das Befestigen der Kabeldurchführung 120 im Sensorgehäuse 116. In dieser geschlossenen Stellung mit einer Durchmessereinstellung für das Befestigen der Kabeldurchführung 120 im Sensorgehäuse 116 berühren sich benachbarte Klauen 132 jeweils.
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4C zeigt eine Draufsicht auf die Aufnahme 134 mit den Klauen 132 mit einer in einem Sensorgehäuse 116 darin angeordneten Kabeldurchführung 120 mit beispielsweise vier Kabeln 122. 4C zeigt das Befestigen der Kabeldurchführung 120 im Sensorgehäuse 116. 4C zeigt dabei die Klauen 132 bei ihrer Bewegung in die geschlossene Stellung. Dargestellt sind die Klauen 132 in einer fast vollständig geschlossenen Stellung mit einer Durchmessereinstellung für das Befestigen der Kabeldurchführung 120 im Sensorgehäuse 116. In dieser fast geschlossenen Stellung mit einer Durchmessereinstellung für das Befestigen der Kabeldurchführung 120 im Sensorgehäuse 116 sind benachbarte Klauen 132 geringfügig voneinander beabstandet und sind somit kurz vor dem gegenseitigen Berühren dargestellt.
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4D zeigt eine Draufsicht auf die Aufnahme 134 mit den Klauen 132. Wie zu erkennen ist, weisen die Klauen 132 jeweils eine konkave, achtelkreisförmige Innenform auf. 4D zeigt dabei die Klauen 132 in geschlossener Stellung mit einer Durchmessereinstellung für das Befestigen des Wärmeschutzrohrs 124 am anschlussseitigen Ende 118 des Sensorgehäuses 116. Wie in 4D gezeigt, ist die Innenform der Klaue 132 der Außenform des Sensorgehäuses 116 an dem anschlussseitigen Ende 118 angepasst. In dieser geschlossenen Stellung mit einer Durchmessereinstellung für das Befestigen des Wärmeschutzrohrs 124 am anschlussseitigen Ende 118 des Sensorgehäuses 116 sind benachbarte Klauen 132 jeweils geringfügig voneinander beabstandet, da das Wärmeschutzrohr 124 einen größeren Außendurchmesser als das Sensorgehäuse 116 am anschlussseitigen Ende 118 aufweist.
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4E zeigt eine Draufsicht auf die Aufnahme 134 mit den Klauen 132 mit einem darin angeordneten Wärmeschutzrohr 124. 4E zeigt das Befestigen des Wärmeschutzrohrs 124 am anschlussseitigen Ende 118 des Sensorgehäuses 116. 4E zeigt dabei die Klauen 132 bei ihrer Bewegung in die geschlossene Stellung. Dargestellt sind die Klauen 132 in einer fast vollständig geschlossenen Stellung mit einer Durchmessereinstellung für das Befestigen des Wärmeschutzrohrs 124 am anschlussseitigen Ende 118 des Sensorgehäuses 116. In dieser fast geschlossenen Stellung mit einer Durchmessereinstellung für das Befestigen des Wärmeschutzrohrs 124 am anschlussseitigen Ende 118 des Sensorgehäuses 116 sind benachbarte Klauen 132 voneinander beabstandet und berühren sich daher nicht.
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Die 5 bis 7 zeigen perspektivische Darstellungen verschiedener Crimpverbindungen 125 zwischen dem Wärmeschutzrohr 124 und dem anschlussseitigen Ende 118 des Sensorgehäuses 116. Allgemein gilt, dass in Abhängigkeit von der Innenform des Crimpwerkzeugs und der Anzahl der Klauen des Crimpwerkzeugs die Form der Crimpverbindung 125 variiert. 5 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Crimpverbindung 125 zwischen dem Wärmeschutzrohr 124 und dem anschlussseitigen Ende 118 des Sensorgehäuses 116. Die Crimpverbindung 125 weist dabei zwei gegenüberliegende Flügel 140 auf. Mit anderen Worten sind die Flügel 140 in Umfangsrichtung um die Kabeldurchführung 120 gesehen um 180° zueinander beabstandet. Zwei solche Flügel 140 können beispielsweise mittels der in den 3A und 3B gezeigten Crimpzange 126 ausgebildet werden.
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6 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Crimpverbindung 125 zwischen dem Wärmeschutzrohr 124 und dem anschlussseitigen Ende 118 des Sensorgehäuses 116. Die Crimpverbindung 125 weist dabei mehrere Flügel 140 auf, wie beispielsweise acht Flügel 140. Die Flügel 140 sind in Umfangsrichtung um die Kabeldurchführung 120 gesehen gleichmäßig zueinander beabstandet. Eine solche Mehrzahl von Flügeln 140 können beispielsweise mittels des in den 4A und 4E gezeigten Crimpwerkzeugs 130 ausgebildet werden. Bedingt durch die Form der Klauen 132 sind die Flügel 140 bei der Crimpverbindung 125 der 6 kleiner als bei der Crimpverbindung 125 der 5.
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7 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Crimpverbindung 125 zwischen dem Wärmeschutzrohr 124 und dem anschlussseitigen Ende 118 des Sensorgehäuses 116. Die Crimpverbindung 125 weist einen Flügel 140 auf. Eine solche Form für den Flügel 140 kann durch ein Crimpwerkzeug realisiert werden, bei dem zwei Klauen nur an einer Stelle eine Öffnung bilden können. Bedingt durch die Form der Klauen eine solchen Crimpwerkzeugs ist der Flügel 140 bei der Crimpverbindung 125 der 7 größer als einer der Flügel 140 bei der Crimpverbindung 125 der 5.
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Die vorliegende Erfindung ist nachweisbar durch Untersuchung der Art der Befestigung des Wärmeschutzrohrs am Sensorgehäuse.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Konrad Reif (Herausgeber) „Sensoren im Kraftfahrzeug“, 2. Auflage 2012, S. 160 - 165, [0002]
- Konrad Reif, (Hrsg.) „Sensoren im Kraftfahrzeug“, erste Auflage 2012, S. 160-165 [0035]
