DE19540022A1

DE19540022A1 - Anordnung zum Abdichten einer Kabeldurchführung

Info

Publication number: DE19540022A1
Application number: DE1995140022
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl Ing Wehrmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 1997-04-30
Also published as: WO1997015974A3; WO1997015974A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Abdichten einer Kabeldurchführung in ein Gehäuse, insbesondere einer Lambda Sonde nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

Stand der Technik

Vollständig dichte und in gewissem Maße temperaturfeste Abdichtungen werden vielfach bei Gassensoren und insbesondere bei Lambda-Sonden für Abgaskatalysatoren benötigt.

Derartige Abdichtung von Kabeldurchführungen werden häufig als durch Quetschdichtung unter Umständen unter Zuhilfenahme zusätzlicher Dichtelemente verwirklicht. Hierbei ist zu beachten, daß Gassensoren in der Regel eine kleine Kammer mit Referenzluft, d. h. in der Regel Umgebungsluft, aufweisen muß, damit für die im Abgas gemessenen Werte eine Bezugsgröße zur Verfügung steht. Diese Referenzluft muß regemäßig erneuert werden, d. h. sie muß mit der Umgebungsluft in Verbindung stehen. Andererseits ist es für ein unverfälschtes Ergebnis zwingend notwendig, daß die Referenzluft absolut dicht von dem zu messenden Abgas, oder aber auch z. B. vor Schmutz, Wasser, Öl oder Benzin aus der Umgebungsluft abgeschlossen ist. Die Verbindung der Referenzluft mit der Umgebungsluft wird nach dem heutigen Stand der Technik über die Kabelseele, d. h. über die innenliegende Litze des Meßkabels z. B. aus dem Steuergerät durchgeführt. Demnach muß der Isolationsmantel eines Meßkabels bei der Kabeldurchführung in die Meßsonde mit dem Gehäuse absolut dicht abgeschlossen werden. Der bei Quetschverbindungen hierbei aufbringbare Druck ist naturgemäß begrenzt, da ansonsten die Verbindung der Referenzluft mit der Umgebungsluft beeinträchtigt wird.

Mit der DE 3 19 486 ist eine derartige Kabeldurchführung bekannt geworden, bei der ein elastischer Dichtschlauch über den Isoliermantel des Kabels geschoben wird. Durch eine ausgeklügelte Formgebung eines weiteren Dichtelementes im Zusammenspiel mit einer Überwurfhülse, die aufeinandergeschoben werden und über Rastmittel miteinander verankert werden, wird eine Längsverformbarkeit des elastischen Dichtschlauchs erreicht. Durch diese Längsverformung wird der Isolationsmantel des Kabels gegenüber dem Dichtkörper abgedichtet. Die genannte Kabeldurchführung ist sehr aufwendig, da verschiedene Bauelemente gefertigt und bei der Montage zusammengesetzt werden müssen. Dieser Aufwand schlägt sich dementsprechend in den Fertigungskosten nieder.

Weiterhin ist mit der DE 41 26 378 ein Kabeldurchführung bekannt geworden, bei dem die Verbindungsstellen von Kontaktteilen und Anschlußleitern jeweils in einem Durchgangsloch eines elastischen stopfenartigen Formteils eng umfaßt werden. Das elastische stopfenartige Formteil ist dabei aus einem wärmefesten Material, z. B. aus PTFE gefertigt. Dieses Formteil wird von einem anschlußseitigen Längsabschnitt einer Metallhülse umfaßt und zusammengepreßt, was sowohl eine Abdichtung zwischen dem Metallhülsenlängsabschnitt und dem Formteil als auch eine Abdichtung zwischen den Anschlußleitern und dem Formteil bewirken soll.

Je nach Material des Formteils bzw. des Isoliermantels der abzudichtenden Kabel können hierbei folgende Nachteile auftreten. Insbesondere PTFE dehnt sich bei Erwärmung aus, wobei diese Ausdehnung aufgrund der umgebenden Metallhülsen vorzugsweise in Längsrichtung dieser Hülse stattfindet. Bei anschließender Kühlung bleibt diese Längenausdehnung erhalten, weil PTFE nur gering elastisch ist. Hierdurch können sich beim Zusammenziehen des Isolationsmantels des Kabels Undichtigkeiten zwischen Kabel und Formteil ergeben.

Vorteile der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung vorzuschlagen, die mit vertretbaren Aufwand gefertigt werden kann und dabei eine dauerhafte und zuverlässige Abdichtung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Kabeldurchführung der einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend wird bei einer erfindungsgemäßen Anordnung (im folgenden Kabeltülle genannt) mit einem Tüllenkörper, der von einem Kabel bestehend aus einer elektrisch leitenden Seele und einem Isolationsmantel durchsetzt ist, der Tüllenkörper und der Isolationsmantel des Kabels formschlüssig über den gesamten Umfang des Isolationsmantels fest miteinander verbunden. Durch eine derartige feste rundum verlaufende Verbindung sind die Bewegungen der Materialien des Isolationsmantels bzw. des Tüllenkörpers nicht nur während der Erwärmung, sondern auch in der Abkühlungsphase miteinander gekoppelt. Daher bleibt auch während der Abkühlungsphase eine formschlüssige Verbindung zwischen Isolationsmantel und Tüllenkörper gewährleistet.

Wie die genaue Rückverformung in einer Abkühlphase vor sich geht, spielt dabei keine Rolle. In der Regel wird der Isolationsmantel aufgrund der festen Verbindung zum nicht vollständig in seine ursprüngliche Form zurückfindende Tüllenkörper bei der Abkühlung etwas ausgedehnt verbleiben.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Verbindung zwischen dem Isolationsmantel und dem Tüllenkörper durch eine Verschmelzung oder zumindest durch ein Anschmelzen der beiderseitigen Materialien hergestellt. Durch ein Anschmelzen der beiden Materialien läßt sich eine hohe Adhäsion zwischen Isolationsmantel und Tüllenkörper herstellen, die ausreichend ist, um die erforderliche Dichtheit der Kabeltülle dauerhaft zu gewährleisten. Durch eine Verschmelzung wird im Übergangsbereich eine Vermischung der beiderseitigen Materialien erzielt, womit die beiden Bauteile insgesamt zu einer einheitlichen und dementsprechend dichten Baueinheit verschmelzen.

Die erforderliche Verbindung läßt sich jedoch je nach verwendetem Material auch durch eine Verklebung herstellen. Sofern ein geeigneter Kleber zur Verfügung steht läßt sich durch eine derartige Klebeverbindung ebenfalls ein dauerhafter und rundum verlaufender Formschluß zwischen dem Isolationsmantel und Tüllenkörper bewirken.

Vorteilhafterweise werden der Isolationsmantel und der Tüllenkörper wenigstens teilweise aus dem gleichen Material gefertigt. Bei einer derartigen Materialauswahl ist ein An- oder Verschmelzen der beiden Bauteile in der Regel leichter zu bewerkstelligen.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung bestehen der Isolationsmantel und/oder Tüllenkörper wenigstens teilweise aus Teflon (PTFE). Dieses Material bietet den Vorteil der hohen Temperaturbeständigkeit, bei gleichzeitigem hohen Dichtvermögen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile, die durch die hohe Wärmeausdehnung und eine gewisse Fließfähigkeit dieses Materials entstehen, werden wie oben angeführt durch die erfindungsgemäße formschlüssige Verbindung zwischen Tüllenkörper und Isolationsmantel dauerhaft und zuverlässig vermieden.

Vorteilhafterweise wird hierbei zumindest für den Tüllenkörper wenigstens teilweise glasfasergefülltes Teflon als Fertigungsmaterial verwendet. Der Tüllenkörper kann hierdurch besser die an ihn gestellten mechanischen Anforderungen erfüllen, wobei gegebenenfalls auch eine inhomogene Glasfaserfüllung denkbar wäre, so daß im Bereich der Grenzflächen zwischen Isolationsmantel und Tüllenkörper reines PTFE vorliegt. Eine erfindungsgemäße formschlüssige Verbindung läßt sich jedoch ohne weiteres auch unmittelbar zwischen reinem Teflon und glasfasergefülltem Teflon herstellen.

Eine erfindungsgemäße Kabeltülle kann vorteilhafterweise durch Erwärmen des Kabels und damit dessen Isolationsmantels nach dem Einführen durch einen entsprechenden Durchlaß in dem Tüllenkörper hergestellt werden. Durch eine solche Erwärmung kommt es zu einer Anschmelzung oder Verschmelzung der beiderseitigen Materialien, so daß sich die gewünschte rundum verlaufende formschlüssige Verbindung ergibt.

Die genannte Erwärmung wird vorteilhafterweise in einem Temperaturbereich oberhalb 300°C, bevorzugt bei ca. 370°C durchgeführt.

Vorteilhafterweise wird hierbei die Erwärmung unter Druck durchgeführt. Dies hat den Vorteil, daß bei der Dimensionierung des Kabeldurchlasses in den Tüllenkörper -größere Toleranzen zulässig sind. Zum einen wird die Fertigung des Tüllenkörpers weniger aufwendig und zum anderen läßt sich das Meßkabel leichter durch den Tüllenkörper einfädeln. Wird der Tüllenkörper anschließend unter Druck gesetzt, so legt sich dieser formschlüssig an den Isolationsmantel des Kabels an, so daß im Anschluß hieran, beispielsweise durch Erwärmung, die gewünschte formschlüssige Verbindung hergestellt werden kann.

Zur Erzeugung des für die Herstellung der Verbindung zwischen Tüllenkörper und Isolationsmantel vorteilhaften Drucks wird jedoch in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Wärmeausdehnung des Tüllenkörpers und/oder des eingefädelten Meßkabels genutzt. Hierzu wird der Tüllenkörper mit eingefädeltem Meßkabel vor der Erwärmung wenigstens teilweise formschlüssig von einem Druckelement umschlossen. Das Druckelement wird dabei so ausgebildet, daß seine Wärmeausdehnung geringer als die des Tüllenkörpers bzw. des Meßkabels ist. Wird ein so eingespannter Tüllenkörper mit samt dem Meßkabel erwärmt, so schließt sich aufgrund der Materialausdehnung zunächst ein eventuell vorhandener Spalt zwischen den beiden zu verbindenden Bauteilen. Hierdurch ergibt sich beim weiteren An- bzw. Verschmelzen der Grenzflächen die notwendige Formschlüssigkeit der Verbindung.

Das Druckelement kann hierbei durchaus als Hülse mit offenen Stirnseiten vorgesehen werden, so daß sich bei weiterer Druckerhöhung aufgrund der Wärmeausdehnung der Tüllenkörper in axialer Richtung bezüglich des Druckelements verformen kann. Auf diese Weise bleibt der Druck, der im Bereich der Verbindung auf das Kabel ausgeübt wird, begrenzt.

Die Erwärmung des Tüllenkörpers und des Meßkabels zur Herstellung der erfindungsgemäßen festen und formschlüssigen Verbindung kann in bekannter Weise in einem Ofen, beispielsweise in einem Durchlaufofen durchgeführt werden. Denkbar wäre jedoch auch die unmittelbare Erhitzung des Druckelementes, das den Tüllenkörper wenigstens teilweise umgibt. Die Erwärmung des Druckelementes kann über eine elektrische Heizung durchgeführt werden, wobei in vorteilhafter Weise das Druckelement selbst elektrisch leitend ausgebildet wird, so daß die Heizströme unmittelbar durch das Druckelement fließen können. Ein solcher Heizstrom kann beispielsweise durch unmittelbare Leiterkontakte oder aber auch durch Induktionsspulen erzeugt werden.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kabeltülle in eingebautem Zustand in einer Lambda-Sonde.

Die Anschlußseite 1 einer Lambda-Sonde umfaßt eine teilweise dargestellte Metallhülse 2 in der sich der Tüllenkörper 3 befindet. Zwei Anschlußkabel 4, 5 durchsetzen den Tüllenkörper 3 und sind an ihrem unteren Ende mit Crimpkontakten 6, 7 versehen. Der Tüllenkörper 3 ist in der Metallhülse 2 verstemmt, weshalb die Metallhülse 2 eine ringförmige Ausdellung 8 und der Tüllenkörper 3 einen in die Ausdellung 8 passenden Ringwulst 9 aufweist, der eine Nut 10 umfaßt. In die Nut 10 ist ein O-Ring 11 eingelegt. Die Isolationsmäntel 12, 13 der Anschlußkabel 4, 5 liegen formschlüssig an dem Tüllenkörper 3 an und sind fest mit diesem verbunden.

Im Betrieb der Lambda-Sonde treten an dem Kabelausgang Temperaturen zwischen 250-280°C auf. Die Wärmeausdehnung des Tüllenkörpers 13, der vorzugsweise aus glasfasergefülltem Teflon (PTFE) besteht, führt dazu, daß sich der Tüllenkörper in axialer Richtung, d. h. in Richtung des Doppelpfeils p ausdehnt, da er durch die Metallhülse 2 radial fest umschlossen ist. Bei Abkühlung geht der Tüllenkörper 3 nicht vollständig in seine ursprüngliche Form zurück, so daß sich unter Umständen eine Undichtigkeit zwischen dem Tüllerkörper 3 und der Metallhülse 2 bilden kann. Um hier einen dichten Abschluß zu gewährleisten, ist die Nut 10 mit dem innen liegenden Viton-O-Ring 11 vorgesehen. Der O-Ring 11 ist in der Lage, die durch die genannte Wärmeausdehnung entstehenden schmalen Spalten aufgrund seiner Elastizität dauerhaft zu dichten.

Die fertige Kabeltülle 14 besteht in der Regel aus den fest mit dem Tüllenkörper 3 verbundenen Kabeln 4, 5. Im vorliegenden Fall sind auch die Crimpkontakte 6, 7 fest in die Kabeltülle integriert. Die Isolationsmäntel 12, 13 sind formschlüssig entlang ihrem gesamten Umfang mit dem Tüllenkörper 3 verbunden. Die Kabeltülle 14 ist somit in sich dicht, wobei ein durchgehender Luftaustauschkanal über die Kabelseele erhalten bleibt. Durch die feste Verbindung der Isolationsmäntel 12, 13 mit dem Tüllenkörper 3 werden sämtliche Verformungen bei der Erwärmung bzw. Abkühlung der Kabeltülle 14 von den Isolationsmänteln 12, 13 und dem Tüllenkörper 3 gekoppelt durchgeführt.

Die erfindungsgemäße Tülle 14 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel so hergestellt, daß der Tüllenkörper 3 mit eingeführten Anschlußkabeln 4, 5 von einem nicht näher dargestellten Fertigungswerkzeug umklammert wird. Dieses Fertigungswerkzeug kann beispielsweise in Form einer Hülse oder auch in Form zweier Spannbacken ausgebildet sein.

Anschließend wird die gesamte Kabeltülle 14 beispielsweise in einem Ofen erhitzt, wobei sich der Tüllenkörper 3 sowie die Isolationsmäntel 12, 13 ausdehnen. Eventuell vorhandene Ringspalte um die Isolationsmäntel 12, 13 herum werden dabei geschlossen. Innerhalb des Herstellungswerkzeugs ist somit die gesamte Kabeltülle 14 unter Druck gesetzt. Während der Erhitzung werden die Grenzflächen zwischen Isolationsmäntel 12, 13 sowie dem Tüllenkörper 3 an- bzw. verschmolzen. Hierdurch ergibt sich die gewünschte feste und rundum formschlüssig dichte Verbindung.

Eine solche Kabeltülle 14 ist mit bedeutend weniger Aufwand herzustellen, als die bislang übliche Abdichtung mittels Dichtschläuchen, die um die Anschlußkabel herum gelegt werden. Die notwendige Dichtigkeit ist jederzeit und dauerhaft gewährleistet, wobei ohne weiteres sowohl der Tüllenkörper 3 als auch die Isolationsmäntel 12, 13 aus Teflon bestehen können. Die Dichtheit ist auch dann vorhanden, wenn an der Grenzfläche glasfasergefülltes PTFE des Tüllenkörpers 3 auf reines PTFE der Isolationsmäntel 12, 13 trifft.

Die genannte Verstemmung der Kabeltülle 14 in der Metallhülse 2 wird vorzugsweise erst nach dem Einbau der Kabeltülle 14 in die Metallhülse 2 mit eingelegtem O-Ring vorgenommen.

Bezugszeichenliste

1 Anschlußseite
2 Metallhülse
3 Tüllenkörper
4 Anschlußkabel
5 Anschlußkabel
6 Crimpkontakt
7 Crimpkontakt
8 Ausdellung
9 Ringwulst
10 Nut
11 O-Ring
12 Isolationsmantel
13 Isolationsmantel
14 Kabeltülle

Claims

1. Anordnung (14) zum Abdichten einer Kabeldurchführung in ein Gehäuse (2) insbesondere einer Lambda-Sonde, mit wenigstens einem Kabel (4, 5) bestehend aus einer elektrisch leitenden Seele und einem Isolationsmantel (12, 13) und mit einem Tüllenkörper (3), der von dem Kabel (4, 5) durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tüllenkörper (3) und der Isolationsmantel (12, 13) des Kabels (4, 5) formschlüssig über den gesamten Umfang des Isolationsmantels (12, 13) fest miteinander verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Verbindung zwischen Isolationsmantel (12, 13) und Tüllenkörper (3) durch eine An- und/oder Verschmelzung der beiderseitigen Materialien hergestellt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Verbindung zwischen Isolationsmantel (12, 13) und Tüllenkörper (3) durch eine Verklebung hergestellt ist.

4. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationsmantel (12, 13) und der Tüllenkörper (3) wenigstens teilweise aus dem gleichen Material bestehen.

5. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationsmantel (12, 13) und/oder der Tüllenkörper (3) wengistens teilweise aus Teflon (PTFE) bestehen.

6. Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tüllenkörper (3) wenigstens teilweise aus glasfasergefülltem Teflon besteht.

7. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung (14) zum Abdichten einer Kabeldurchführung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Kabel (4, 5) durch den Tüllenkörper (3) durchgeführt und anschließend der Tüllenkörper (3) mit dem Isolationsmantel (12, 13) des Kabels (4, 5) über dessen gesamten Umfang formschlüssig fest verbunden wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationsmantel (12, 13) mit dem Tüllenkörper (3) durch Anschmelzen, Verschmelzen und/oder Verkleben verbunden wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschmelzen durch Erhitzen des Tüllenkörpers (3) mit eingeführtem Kabel (4, 5) durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das An- und/oder Verschmelzen unter Druck durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Tüllenkörper (3) vor der Erwärmung wenigstens teilweise formschlüssig von einem Druckelement umschlossen wird, dessen Wärmeausdehnung geringer als die des Tüllenkörpers (3) ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung in einem Ofen und/oder durch unmittelbare Erhitzung des Druckelements durchgeführt wird.

13. Gasmeßsonde, insbesondere Lambda-Sonde für Kraftfahrzeugabgase, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung (14) nach einem der vorgenannten Ansprüche eingebaut ist.