DE19833861A1 - Gasmeßfühler - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Gasmeßfühler, insbesondere zur Bestimmung des Gehaltes von Gasen im Abgas von Brennkraftmaschinen, mit einem am anschlußseitigen Ende (2) eines in eine rohrförmige Schutzhülse (8) eingebauten, axial verlaufenden Sensors (3) kontaktierend angreifenden, aus zwei gegenüberliegenden, äußerlich symmetrischen Halbschalen (9, 10) bestehenden Kontaktteilträger, wobei die Halbschalen (9, 10) des Kontaktteilträgers durch ein Federelement (1) zusammengehalten werden, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das Federelement (1) so gestaltet ist, daß es in einer ersten Verspannungsstufe, wenn der Kontaktteilträger am anschlußseitigen Ende des Sensors (3) vormontiert wird, auf die Halbschalen (9, 10) des Kontaktteilträgers nur eine geringe Klemmkraft ausübt, so daß der Sensor (3) noch leicht zwischen die beiden Halbschalen (9, 10) eingeschoben werden kann, und daß es in einer zweiten Verspannungsstufe durch die Innenwand der Schutzhülse (8) mit einer stärkeren Kraft als in der ersten Verspannungsstufe von allen Seiten gegen die beiden Halbschalen (9, 10) und diese gegen die tragenden Kontaktstellen (21-24) drückt.
Description
Die Erfindung betrifft einen Gasmeßfühler, insbesondere zur Bestimmung des
Gehaltes von Gasen im Abgas von Brennkraftmaschinen, mit einem am
anschlußseitigen Ende eines in eine rohrförmige Schutzhülse eingebauten,
axial verlaufenden Sensors kontaktierend angreifenden, aus zwei gegenüber
liegenden, äußerlich symmetrischen Halbschalen bestehenden Kontaktteil
träger, wobei die Halbschalen des Kontaktteilträgers durch ein Federelement
zusammengehalten werden.
Ein solcher Gasmeßfühler ist z. B. aus der DE 41 26 378 A1 der Robert Bosch
GmbH bekannt. Bei der bekannten Konstruktion werden zwei Kontaktschalen,
in denen die elektrischen Kontaktteile mechanisch fixiert sind, durch ein
hufeisenförmiges bzw. sechseckiges, einseitig offenes Federelement auf die
Kontaktstellen des Sensorelements gepreßt. Ein zusätzlich aufgeklipstes
Federelement (Bügelfeder) stellt die Schwingungsfestigkeit dieser Konstruktion
sicher. Wenn mehr als sechs Anschlüsse am Sensor vorgesehen sind, ist
allerdings keine sichere Auflage mehr für alle Kontaktstellen gewährleistet.
Außerdem würde der Einbauraum durch den zusätzlichen Platzbedarf für die
mechanische Verankerung der Anschlußkontakte zu gering.
Angesichts des oben Gesagten ist es Aufgabe der Erfindung, für einen
Gasmeßfühler eine bis 500°C temperatur- und bis 1300 m/s2 schwingungsfeste
Kontaktierung mit vernachlässigbar kleinen Übergangswiderständen (im
Nanoohmbereich) mit mindestens sieben Anschlüssen so zu ermöglichen, daß
eine genügend hohe Anpreßkraft der Halbschalen des Kontaktteilträgers mit
einem einzigen kostengünstigen Federelement erreichbar ist, wobei gleichzeitig
die Montage des Kontaktteilträgers erleichtert werden soll.
Die oben genannte Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Gasmeßfühler
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Federelement so gestaltet ist, daß
es in einer ersten Verspannungsstufe, wenn der Kontaktteilträger am anschluß
seitigen Ende des Sensors vormontiert wird, auf die Halbschalen des Kontakt
teilträgers nur eine geringe Klemmkraft ausübt, so daß der Sensor noch leicht
zwischen die beiden Halbschalen eingeschoben werden kann, und daß es in
einer zweiten Verspannungsstufe durch die Innenwand der Schutzhülse mit
einer stärkeren Kraft als in der ersten Verspannungsstufe von allen Seiten
gegen die beiden Halbschalen und diese gegen die tragenden Kontaktstellen
drückt.
Die vorgeschlagene Lösung ist eine Kombination aus Löt- bzw. Schweiß- und
Klemmverbindung, wobei die eigentliche Kontaktierung durch die Löt-
Schweißverbindung, die mechanische Entlastung und Kurzschlußsicherheit und
der Berührungsschutz jedoch durch die Halbschalen des Kontaktteilträgers
verwirklicht wird.
Die äußerlich symmetrischen Halbschalen des Kontaktteilträgers werden durch
das erfindungsgemäß gestaltete Federelement zusammengehalten, welches in
der ersten Verspannungsstufe nur eine geringe Klemmkraft auf die
Halbschalen ausübt, so daß zur Montage das die Kontakte tragende Ende des
Sensorelements noch leicht eingeschoben werden kann.
Die Schutzhülse kann einen bestimmten, an den Außenabmessungen des
Kontaktteilträgers sowie des darübergeschobenen Federelements angepaßten
Innendurchmesser haben, so daß die zweite Verspannungsstufe beim
Aufschieben der mit dem bestimmten Innendurchmesser ausgestatteten
Schutzhülse erreicht wird. Alternativ kann die Schutzhülse im fertig montierten
Zustand eine Rundverstemmung aufweisen, so daß diese Rundverstemmung
eine nachträgliche Verringerung des Innendurchmessers der Schutzhülse und
dadurch die zweite Verspannungsstufe bewirkt.
Das Federelement ist bevorzugt eine Ringfeder aus Stahl, und diese kann
verschiedene Formen haben, z. B. eine Schraubenfeder mit schrägliegenden
Windungen sein, wie sie von der Bal Seal Engineering Europe BV,
Rhijnspoorplein 26, Amsterdam, unter der Markenbezeichnung Bal Seal
angeboten wird. Alternativ kann das Federelement auch eine ringförmig
gewickelte Spiralfeder aus dünnem Federdraht sein, die beim Aufschieben der
äußeren Schutzhülse leicht oval verformt wird. Weitere Federelemente können
U-förmig gestaltete Ringe aus dünnwandigem Federband oder sternförmige
Ringe sein, die entweder beim Aufschieben der Schutzhülse mit
entsprechendem Innendurchmesser oder durch eine nachträglich durchge
führte Verringerung des Schutzhülsendurchmessers, insbesondere durch
Rundverstemmung zu ihrer zweiten Verspannungsstufe gebracht werden.
Durch diese nachträglich bewirkte zweite Verspannungsstufe werden durch die
erfindungsgemäße Gestaltung des Federelements die Halbschalen des
Kontaktteilträgers einer von allen Seiten her symmetrisch wirkenden Kraft
ausgesetzt, die sich auf den tragenden Kontaktstellen abstützt, so daß die
Kontaktierung die geforderte Schwingungsbelastung aushält.
Durch nachträgliche Setzvorgänge im Betrieb, die durch geeignete Gestaltung
der Kontaktteile beschleunigt werden können, werden auch bei mehr als drei
Kontakten pro Seite die zunächst noch nicht im Kraftfluß eingebundenen
Kontakte belastet und damit die Löt- oder Schweißverbindung entlastet.
Insgesamt weist der erfindungsgemäß gestaltete Gasmeßfühler folgende
Vorteile auf:
- - Es sind mehr als drei Kontakte pro Seite des Sensors möglich;
- - eine zusätzliche zweite Bügelfeder kann entfallen;
- - es wird ein extrem sicheres Kontaktverhalten durch die Kombination der Löt- bzw. Schweißverbindung mit der Klemmung durch das Feder element erreicht;
- - die verwendeten Bauteile sind kostengünstig; und
- - es werden weitestgehend bekannte Fertigungsverfahren verwendet.
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführung und alternative Ausbildungen
eines erfindungsgemäßen Gasmeßfühlers anhand der beiliegenden Zeichnung
beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß
gestalteten Gasmeßfühler, und
Fig. 2A-E verschiedene alternative Ausbildungen eines beim erfindungs
gemäßen Gasmeßfühler gemäß Fig. 1 einsetzbaren Federelements.
Bei dem in Fig. 1 in einem schematischen Längsschnitt gezeigten erfindungs
gemäß gestalteten Gasmeßfühler ragt ein Sensorelement 3 an seinem
abgasseitigen Ende in das Innere eines für das zu bestimmende Abgas offenen
doppelwandigen Schutzrohrs 4. Zur Abgasseite hin ist das Innere eines
Referenzgasraums durch ein Dichtpaket 5 abgedichtet. Am anschlußseitigen
Ende des Sensorelements 3 befindet sich ein aus zwei symmetrischen
Halbschalen 9, 10 bestehender Kontaktteilträger, der mehrere, z. B. mehr als
sieben, Kontaktteile trägt, von denen in Fig. 1 vier Kontaktteile 21-24 zu
erkennen sind. Zum anschlußseitigen Ende hin sind die genannten Kontaktteile
in Form von Kontaktclips 2 für Lötanschlüsse herausgeführt. Mehrere,
bevorzugt sieben oder mehr, Anschlußleitungen befinden sich innerhalb eines
flexiblen Formschlauchs 7, z. B. aus Polytetrafluorethylen (PTFE).
Die beiden Halbschalen 9, 10 des Kontaktteilträgers sind durch ein Feder
element 1 und durch den dortigen Abschnitt einer rohrförmigen Schutzhülse 8
zusammengepreßt, so daß diese Konstruktion eine bis 500°C temperatur- und
bis 1300 m/s2 schwingungsfeste Kontaktierung ermöglicht, wobei mehr als drei
Kontaktteile pro Seite oder pro Halbschale möglich sind.
Fig. 1 läßt erkennen, daß das Federelement 1 durch den von der Innenwand
der Schutzhülse 8 ausgeübten Druck leicht oval verformt ist und dadurch eine
symmetrische und elastische Druckkraft auf die beiden Halbschalen 9 und 10
ausüben kann. Die in Fig. 1 nicht gezeigten Kontaktbahnen auf dem Sensor 3
sind mit den Kontaktteilen 21-24 in Form einer Kombination einer Löt- bzw.
Schweißverbindung mit einer Klemmverbindung kontaktiert, wobei die
eigentliche Kontaktierung durch die Löt- bzw. Schweißverbindung und die
mechanische Entlastung und Kurzschlußsicherheit und der Berührungsschutz
durch die zwei durch das Federelement 1 angepreßten Halbschalen 9 und 10
verwirklicht wird. Die beiden Halbschalen 9 und 10 des Kontaktteilträgers
bestehen bevorzugt aus einem Keramikmaterial.
Fig. 2 zeigt in den Teilen A-E fünf verschiedene Ausführungsformen eines in
den Gasmeßfühler gem. Fig. 1 einsetzbaren Federelements 1. Gem. Fig. 2A ist
das mit der Bezugszahl 11 bezeichnete Federelement in Form einer
ringförmigen Feder mit schrägliegenden Windungen gestaltet, wie sie von der
Bal Seal Engineering Europe BV erhältlich ist. Die elastische Federkraft dieser
Ringfeder wird stärker, wenn die Schräge der Windungen bei zunehmendem
Druck stärker wird. In Fig. 2A symbolisiert eine schräge Fläche F die
Schrägstellung der Windungen.
Fig. 2B zeigt ein Federelement 12 in Form einer ringförmig gewickelten
Helixfeder aus dünnem Federdraht, deren kreisförmiger Querschnitt bei Druck
oval verformt wird, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 2C zeigt ein Federelement 13 in Form eines wellenförmig verformten
ringförmigen Federdrahts.
In Fig. 2D hat ein Federelement 14 die Form eines offenen, U-förmig
gestalteten Rings aus dünnwandigem Federband, während Fig. 2E einen
sternförmigen Federring zeigt.
Mit den in Fig. 2 gezeigten Gestaltungen wird ein Federelement 1 so realisiert,
daß es in einer ersten Verspannungsstufe, wenn der Kontaktteilträger am
anschlußseitigen Ende des Sensors 3 vormontiert wird, auf die Halbschalen 9
und 10 des Kontaktteilträgers nur eine geringe Klemmkraft ausübt, so daß der
Sensor 3 noch leicht zwischen die beiden Halbschalen 9 und 10 eingeschoben
werden kann, und daß es in einer zweiten Verspannungsstufe durch die
Innenwand der Schutzhülse 8 eine stärkere Kraft von allen Seiten, d. h.
symmetrisch, gegen die beiden Halbschalen 9 und 10 ausübt und diese gegen
die tragenden Kontaktstellen drückt.
Dabei kann entweder die Schutzhülse 8 einen bestimmten Innendurchmesser
haben, so daß die zweite Verspannungsstufe beim Aufschieben der mit dem
bestimmten Innendurchmesser ausgestatteten Schutzhülse 8 erreicht wird,
oder die Schutzhülse 8 weist im fertig montierten Zustand eine Rund
verstemmung auf, wie sie in Fig. 1 durch die Pfeile a-a symbolisiert ist, so daß
die zweite Verspannungsstufe durch die durch die Rundverstemmung bewirkte
nachträgliche Verringerung des Innendurchmessers der Schutzhülse 8 erreicht
wird.
Claims (8)
1. Gasmeßfühler, insbesondere zur Bestimmung des Gehaltes von Gasen
im Abgas von Brennkraftmaschinen, mit einem am anschlußseitigen Ende (2)
eines in eine rohrförmige Schutzhülse (8) eingebauten, axial verlaufenden
Sensors (3) kontaktierend angreifenden, aus zwei gegenüberliegenden,
äußerlich symmetrischen Halbschalen (9, 10) bestehenden Kontaktteilträger,
wobei die Halbschalen (9, 10) des Kontaktteilträgers durch ein Federelement
(1) zusammengehalten werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Federelement (1) so gestaltet ist, daß es in einer ersten Verspannungsstufe, wenn der Kontaktteilträger am anschlußseitigen Ende des Sensors (3) vormontiert wird, auf die Halbschalen (9, 10) des Kontaktteilträgers nur eine geringe Klemmkraft ausübt, so daß der Sensor (3) noch leicht zwischen die beiden Halbschalen (9, 10) eingeschoben werden kann, und
daß es in einer zweiten Verspannungsstufe durch die Innenwand der Schutzhülse (8) mit einer stärkeren Kraft als in der ersten Verspannungsstufe von allen Seiten gegen die beiden Halbschalen (9, 10) und diese gegen die tragenden Kontaktstellen (21-24) drückt.
dadurch gekennzeichnet, daß
das Federelement (1) so gestaltet ist, daß es in einer ersten Verspannungsstufe, wenn der Kontaktteilträger am anschlußseitigen Ende des Sensors (3) vormontiert wird, auf die Halbschalen (9, 10) des Kontaktteilträgers nur eine geringe Klemmkraft ausübt, so daß der Sensor (3) noch leicht zwischen die beiden Halbschalen (9, 10) eingeschoben werden kann, und
daß es in einer zweiten Verspannungsstufe durch die Innenwand der Schutzhülse (8) mit einer stärkeren Kraft als in der ersten Verspannungsstufe von allen Seiten gegen die beiden Halbschalen (9, 10) und diese gegen die tragenden Kontaktstellen (21-24) drückt.
2. Gasmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schutzhülse (8) einen bestimmten Innendurchmesser hat, so daß die zweite
Verspannungsstufe beim Aufschieben der mit dem bestimmten Innendurch
messer ausgestatteten Schutzhülse (8) erreicht wird.
3. Gasmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schutzhülse (8) im fertig montierten Zustand eine Rundverstemmung (a-a)
aufweist, so daß die zweite Verspannungsstufe durch eine nachträgliche
Verringerung des Innendurchmessers der Schutzhülse (8) durch die
Rundverstemmung erreicht wird.
4. Gasmeßfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Federelement (1) eine Ringfeder aus Stahl ist.
5. Gasmeßfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
ringförmige Federelement (1) aus einer Schraubenfeder (11) mit schräg
liegenden Windungen besteht.
6. Gasmeßfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
ringförmige Federelement (1) eine ringförmig gewickelte Spiralfeder (12) aus
dünnem Federdraht ist.
7. Gasmeßfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Federelement (1) einen sternförmigen Ring (13, 15) bildet.
8. Gasmeßfühler nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Federelement (1) ein offener U-förmiger Ring (14) aus
dünnem Federstahlband ist.
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