DE19549283A1 - Im Hochtemperaturbereich verwendbarer Sensor - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Geräte und befaßt sich mit der konstruktiven Ausgestaltung eines sondenförmigen elektrisches Gerätes, das im Hochtemperaturbe­ reich verwendbar ist und innerhalb eines Metallgehäuses einen zylindrischen Keramikkörper aufweist, der eine Sensorplatine umfaßt. Bei einem derartigen elektrischen Gerät kann es sich beispielsweise um eine Lambda-Sonde oder einen Temperatursen­ sor handeln.

Bei einem bekannten Sensor zur Erfassung der Sauerstoffkon­ zentraktion im Abgas einer Brennkraftmaschine ist das eigent­ liche Sensorelement in einem Metallgehäuse angeordnet, das mit einem Befestigungsteil versehen ist. Innerhalb des rohr­ förmigen Metallgehäuses sind mehrere eine Sensorplatine umge­ bende Keramikkörper axial hintereinander angeordnet und mit­ tels luftdichter Abschlußteile und mittels Sicken in dem rohrförmigen Metallkörper axial fixiert. Die Abschlußteile, mit denen die Sensorplatine gehaltert wird, bestehen dabei aus einem anorganischen Füllstoff wie Zement oder Talkum. - Ein weiterer rohrförmiger Keramikkörper nimmt federnde Kon­ taktelemente auf, die an Leitungsdrähte angeschlossen sind, mit denen die elektrische Verbindung zwischen den Strombahnen der Sensorplatine und einem externen Schaltkreis hergestellt wird (DE 35 43 083).

Bei einem anderen bekannten Sensor zur Erfassung der Sauer­ stoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine ist das Sensorelement ebenfalls von einem zylindrischen Keramikkörper umgeben und in diesem Keramikkörper mittels einer Führungs­ buchse und einer speziellen Halterung radial und axial fi­ xiert. Ein metallenes Gehäuse umfaßt den Keramikkörper auf einem Teil seiner axialen Länge sowie einen aus Keramik oder Stahl bestehenden Schutzmantel, der am sensiblen Ende der Sensorplatine angeordnet ist, wobei der Keramikkörper und der Schutzmantel mittels des Gehäuses axial verspannt sind. Der nicht von dem Gehäuse umfaßte Teil des Keramikkörpers ist zu­ sammen mit dem anderen Ende des Sensorelementes als Steck­ buchse ausgebildet, auf die ein elektrischer Anschluß aufge­ steckt werden kann (DE 30 17 947). - Bei einem weiterhin be­ kannten, beheizbaren Meßfühler für Bestandteile von Gasen ist das eigentliche Sensorelement wie ein hohler Finger ausgebil­ det und innerhalb der am Befestigungsteil fixierten Schutz­ kappe des Meßfühlers angeordnet. Das Befestigungsteil ist rückwärtig mit einem rohrförmigen Metallgehäuse verbunden, wobei beide Teile einen Keramikkörper umfassen, der in axia­ len Bohrungen elektrische Anschlußdrähte aufnimmt, die stirn­ seitig das Sensorelement kontaktieren. Zu diesem Zweck ist der Keramikkörper mittels des rohrförmigen Gehäuses unter Zwischenschaltung einer Tellerfeder gegen eine ringförmige Schulter in dem Befestigungsteil axial verspannt (DE 29 42 494).

Ausgehend von einem im Hochtemperaturbereich verwendbaren Sensor mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspru­ ches 1 (DE 35 43 083) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun­ de, den mechanischen Aufbau des Sensors zu vereinfachen und hierbei eine möglichst kurze axiale Baulänge zu erzielen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der die Sensorplatine umfassende Keramikkörper leicht ko­ nisch ausgebildet und in eine zylindrische Bohrung des Befe­ stigungsteiles eingesetzt und dort axial fixiert ist, daß die Sensorplatine mit ihrem der Leitungseinführung zugekehrten Ende in ein Steckerteil hineinragt, das einen hohlzylindri­ schen Keramikkörper aufweist, und daß zwischen dem Stecker­ körper und der Leitungseinführung ein rohrförmiger Abstand­ halter aus keramischem Material und ein Dichtungskörper aus einem elastisch verformbaren Material angeordnet sind und daß das rohrförmige Gehäuseteil und das Befestigungsteil axial miteinander verspannt sind.

Ein derartiger innerer Aufbau des Sensors ermöglicht eine einfache und schnelle Montage und eine möglichst kurze axiale Baulänge. Um hierbei einen zentrischen Sitz des die Sensor­ platine umfassenden Keramikkörpers zu gewährleisten, empfiehlt es sich, daß der Keramikkörper an seinem vorderen Ende einen verringerten Durchmesser mit fasenartigem Über­ gangsbereich aufweist und daß dieser fasenartige Übergangsbe­ reich an einer konischen Schulter in der Bohrung des Befesti­ gungsteiles anliegt; dabei ist es zweckmäßig, den größten Au­ ßendurchmesser des konisch verlaufenden Keramikkörpers und den Innendurchmesser der zylindrischen Bohrung des Befesti­ gungskörpers einander nach Art einer Spielpassung zuzuordnen.

Der die Sensorplatine umfassende, leicht konisch ausgebildete Keramikkörper kann einstückig durch Spritzgießen und an­ schließende Sinterung hergestellt sein oder aus zwei Halb­ schalen bestehen, die miteinander und mit der Sensorplatine verklebt sind oder die durch eine entsprechende Gestaltung der Bohrung des Befestigungsteiles nach Art eines Paßsitzes miteinander verspannt sind.

Ein Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgebilde­ ten Sensors ist in den Fig. 1 bis 3 dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 einen mit einer Anschlußleitung versehenen Sauer­ stoffsensor, wobei die Bauteile des Sensors nach Art einer Montagefolge im wesentlichen als Einzelteile dargestellt sind,

Fig. 2 eine Seitenansicht des die Sensorplatine umfassenden Keramikkörpers und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Befestigungsteiles des Sensors mit eingesetztem Keramikkörper.

Fig. 1 zeigt den Sensor 1, der mit einer Anschlußleitung 2 und einem Stecker 3 versehen ist. Zentraler Baustein des Sen­ sors 1 ist die Sensorplatine 4, die von einem Keramikkörper 5 umfaßt ist. Der Keramikkörper 5 ist zu seinem vorderen Ende hin leicht konisch ausgebildet und ist in eine Bohrung 63 des Befestigungsteiles 6 einzuschieben. Das Befestigungsteil 6 bildet einen Teil des eigentlichen Sensorgehäuses und ist zum Einschrauben des Sensors in eine Wandung ausgebildet. Auf das Befestigungsteil 6 ist eine Schutzkappe 61 aufsetzbar, die den sensiblen Bereich der Sensorplatine 4 schützt. Das Befe­ stigungsteil 6 ist weiterhin mit einem Stutzen 62 versehen, auf dem das rohrförmige Metallgehäuse 7 mechanisch fixierbar ist. Dieses Metallgehäuse 7 ist zunächst auf die Anschlußlei­ tung 2 aufgeschoben, die danach mit einem Dichtungsstück 8 aus einem gummiartigen Material stoffschlüssig verbunden worden ist. Dieses Dichtungsstück weist einen rohrförmigen Ansatz 81 auf, der in einen rohrförmigen Einführungsstutzen 71 des Me­ tallgehäuses 7 einschiebbar ist.

An das Dichtungsstück 8 grenzt ein Abstandskörper 9 an, der zweckmäßig aus keramischem Material besteht. Daran angrenzend ist ein Steckerteil 10 vorgesehen, bei dem es sich um einen Keramikkörper handelt, der Kontaktfedern aufnimmt. Diese Kon­ taktfedern sind in nicht näher dargestellter Weise an die En­ den der Adern der Anschlußleitung 2 anzuschließen und dienen der Kontaktierung der Sensorplatine 4 an dem dem Befesti­ gungsteil 6 abgewandten Ende.

Zur Montage des Sensors werden der Abstandskörper 9 auf die Anschlußleitung 2 aufgefädelt und das Steckerteil 10 mit den innenliegenden Kontaktfedern an die Adern der Anschlußleitung 2 angeschlossen. Über das Dichtungsstück 8, den Abstandskör­ per 9 und das Steckerteil 10 wird dann das rohrförmige Me­ tallgehäuse 7 geschoben, dessen Wandung leicht konisch ver­ läuft, d. h. der Innendurchmesser dieses rohrförmigen Metall­ gehäuses ist an dem den rohrförmigen Ansatz 71 tragenden Ende etwas geringer gewählt als am anderen Ende. Das Dichtungs­ stück 8 und das rohrförmige Metallgehäuse 7 sind dabei nach Art einer Preßpassung dimensioniert.

Nach dem Einschieben des die Sensorplatine 4 umfassenden Ke­ ramikkörpers 5 in das Befestigungsteil 6 und nach dem Auf­ schieben des rohrförmigen Metallgehäuses 7 wird dessen freies Ende auf den Stutzen 62 des Befestigungsteiles 6 aufgeschoben und dort fixiert, wodurch bei einer entsprechenden axialen Dimensionierung auf das Dichtungsstück 8 in axialer Richtung ein Druck ausgeübt wird. Durch diesen Druck werden gleichzei­ tig der Keramikkörper 4, das Steckerteil 10 und der Abstands­ körper 9 innerhalb des Sensorgehäuses axial fixiert.

Gemäß Fig. 2 umfaßt der Keramikkörper 5 die Sensorplatine 4 auf einem Teil ihrer axialen Länge. Dabei ist der Keramik­ körper 4 um die Sensorplatine herum durch Spritzgießen ge­ formt und anschließend gesintert, so daß Sensorplatine und Keramikkörper hohlraumfrei und dicht miteinander verbunden sind und die Sensorplatine 4 durch den Keramikkörper in dem Sensor axial fixiert wird.

Gemäß Fig. 3 ist der Keramikkörper 5 an seinem verjüngten Ende mit einer Fase 51 versehen, die an einer konisch zulau­ fenden Schulter 64 des Befestigungsteiles 6 anliegt. Die ko­ nische Schulter 64 bildet dabei einen Übergangsbereich zu ei­ ner Bohrung 66 kleineren Durchmessers. - Am durchmessergröße­ ren Ende des Keramikkörpers 5 ist dieser nach Art einer Spielpassung in der Bohrung 63 des Befestigungsteiles 60 zen­ triert.

Claims (3)

1. Im Hochtemperaturbereich verwendbarer Sensor mit einer von einem zylindrischen Keramikkörper umfaßten Sensorplatine und einem den Keramikkörper umgebenden Metallgehäuse, wobei das Metallgehäuse im wesentlichen aus einem rohrförmi­ gen Teil besteht, das an seinem einen Ende mit einem Befesti­ gungsteil verbunden und an seinem anderen Ende mit einem im Durchmesser reduzierten Leitungseinführungsstutzen versehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der die Sensorplatine (4) umfassende Keramikkörper leicht konisch ausgebildet und in eine zylindrische Bohrung (63) des Befestigungsteiles (6) eingesetzt und dort axial fixiert ist,
daß die Sensorplatine (4) mit ihrem der Leitungseinführung (2, 8, 71) zugekehrten Ende in ein Steckerteil (10) hineinragt, das einen hohlzylindrischen Keramikkörper aufweist,
daß zwischen dem Steckerteil (10) und der Leitungseinführung (2, 8, 71) ein ringförmiger Abstandshalter (9) aus keramischem Material und ein Dichtungskörper (8) aus einem elastisch ver­ formbaren Material angeordnet sind
und daß das rohrförmige Gehäuseteil (7) und das Befestigungs­ teil (6) axial miteinander verspannt sind.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper (5) an seinem vorderen Ende einen ver­ ringerten Durchmesser mit fasenartigem Übergangsbereich (51) aufweist, wobei der fasenartige Übergangsbereich an einer ko­ nischen Schulter (64) in der Bohrung des Befestigungsteiles (6) anliegt.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper (5) aus zwei Halbzylindern besteht.