DE19833863A1

DE19833863A1 - Cable termination for a sensor probe used for oxygen monitoring in a vehicle internal combustion engine exhaust system includes a corrugated stainless steel tube fitted over the metal sleeve of the sensor

Info

Publication number: DE19833863A1
Application number: DE1998133863
Authority: DE
Inventors: Helmut Weyl; Bernhard Wild
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 2000-02-03
Also published as: JP2000055851A

Abstract

An exhaust gas, oxygen monitoring probe has a metal sleeve (19) surrounding the connection end of the probe and the cable support spigot (16). A corrugated stainless steel tube (10) is fitted over the sleeve (19) and its end remote from the sensor is sealed around the cable conductors (4,5) by a cylindrical plug (11) of a polymeric material such as FPM or VMQ. An Independent claim is also included for production of a sensor probe by: (a) preparing a corrugated tube (10) to the required dimensions from a bulk length; (b) pushing an end of the corrugated tube over the outside of the metal sleeve (19); (c) laser welding the end of the tube (10) to the outside of the sleeve (19), to form a gas and liquid proof joint (13); and (d) crimping the tube (10) to form a tight seal against the preformed plug (11).

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft einen Meßfühler, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Verbrennungsmotoren, mit einem am anschlußseitigen Ende einer den Meßfühler und eine die Anschlußkabel stützende Tülle umhüllenden äußeren Metallhülse dicht anschließenden rohrförmigen Anschlußstutzen, der an seinem anschlußseitigen Ende von einem zylinderförmigen, von den Anschlußkabeln durchsetzten Formteil abgedichtet ist und ein Verfahren zur Herstellung eines Kabelanschlusses an einem solchen Meßfühler.The invention relates to a sensor, in particular for determining the Oxygen content in exhaust gases from internal combustion engines, with an am one end of the sensor and one of the connecting cables supporting sleeve enclosing outer metal sleeve tightly adjoining tubular connecting piece, which at its connection end of a cylindrical shaped part interspersed with the connecting cables is sealed and a method for producing a cable connection such a sensor.

Ein derartiger Meßfühler ist z. B. aus DE 195 23 903 bekannt.Such a sensor is such. B. from DE 195 23 903 known.

Die beiliegende Fig. 2 zeigt in Form eines schematischen Längsschnitts den konstruktiven Aufbau des anschlußseitigen Endes des bekannten Meßfühlers. Gemäß Fig. 2 besteht bei diesem bekannten Meßfühler der am anschluß seitigen Ende an die den (nicht gezeigten) Meßfühler und seine Kabelanschlüsse 4, 5 stützende glasfasergefüllte PTFE-Tülle 6 umhüllende äußere Metallhülse 9 dicht anschließende rohrförmigen Anschlußstutzen 1 aus einem gewellten Formschlauch aus PTFE-Material. An seinem in Fig. 2 unten liegenden Ende ist dieser PTFE-Formschlauch 1 durch eine Crimphülse 7 zwischen dem anschlußseitigen Ende der Metallhülse 19 und der PTFE-Tülle 6 dicht eingeklemmt. Der aus PTFE-Material bestehende Formschlauch 1 umhüllt die flexiblen, mit Kunststoff isolierten Kabelanschlüsse 4, 5 und ein diese Kabelanschlüsse umhüllendes flexibles Füllmaterial 8, so daß der gewellte Formschlauch 1 aus PTFE flexibel in eine gewünschte Richtung abgebogen werden kann. An seinem Kabelausgang, d. h. am anschlußseitigen Ende A wird der gewellte PTFE-Formschlauch 1 dadurch abgedichtet, daß er durch eine darüber gecrimpte Crimphülse 2 gegen einen inneren, von den Kabel anschlüssen 4 und 5 durchsetzten Dichtungsstopfen 3 gepreßt wird.The enclosed Fig. 2 shows in the form of a schematic longitudinal section the structural design of the connection-side end of the known sensor. According to FIG. 2, in this known sensor there is an outer metal sleeve 9 tightly adjoining tubular connecting piece 1 made of a corrugated molded hose made of PTFE- at the connection-side end to the (not shown) sensor and its cable connections 4 , 5 supporting glass fiber-filled PTFE sleeve 6. Material. At its bottom in FIG. 2, this PTFE molded tube 1 is tightly clamped by a crimp sleeve 7 between the connection-side end of the metal sleeve 19 and the PTFE spout 6 . The molded hose 1 made of PTFE material encases the flexible, plastic-insulated cable connections 4 , 5 and a flexible filling material 8 enveloping these cable connections, so that the corrugated molded hose 1 made of PTFE can be bent flexibly in a desired direction. At its cable outlet, ie at the connection-side end A, the corrugated PTFE molded hose 1 is sealed in that it is pressed by an crimping sleeve 2 crimped over it against an inner sealing plug 3 penetrated by the cable connections 4 and 5 .

Der bei dem bekannten Meßfühler gem. Fig. 2 verwendete, gewellte PTFE-Formschlauch 1 hat zwar eine Temperaturbeständigkeit bis 250°C, kurzzeitig bis 280°C, diese stellt jedoch eine obere Grenze der Temperaturbelastbarkeit dar. Ferner kann bei dem gewellten PTFE-Formschlauch 1 ein Abknicken bei häufiger Knickbeanspruchung, beim Schütteln etc. auftreten, da er aufgrund seiner Flexibilität nicht ausreichend starr ist.According to the known sensor. . Used Figure 2, corrugated PTFE molding tube 1 does have a temperature resistance up to 250 ° C, for a short time to 280 ° C, however, this represents an upper limit of the temperature resistance. Further, a bending can occur when convoluted PTFE molded hose 1 with frequent buckling stress, occur when shaking etc., because it is not sufficiently rigid due to its flexibility.

Objects and advantages of the invention

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Meßfühler sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kabelanschlusses an einem solchen Meßfühler anzugeben, so daß der Kabelanschluß des Meßfühlers eine höhere Temperatur- und Knickbelastbarkeit aufweist und gegenüber mechanischen Beanspruchungen, wie z. B. gegen Schütteln oder Steinschlag wesentlich unempfindlicher ist, als der in Fig. 2 gezeigte und oben beschriebene gewellte PTFE-Formschlauch.It is therefore an object of the invention to provide a generic sensor and a method for producing a cable connection to such a sensor, so that the cable connection of the sensor has a higher temperature and buckling resistance and against mechanical stresses such as. B. is much less sensitive to shaking or stone chips than the corrugated PTFE molded hose shown in Fig. 2 and described above.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der bekannte PTFE-Formschlauch durch ein Wellrohr aus Metall, insbesondere aus rostfreiem Stahl, ersetzt wird.This object is achieved in that the known PTFE molded hose through a corrugated tube made of metal, especially stainless Steel being replaced.

Durch die Verwendung des metallischen Wellrohrs läßt sich die Temperaturbelastbarkeit auf ca. 280°C und kurzzeitig auf 300°C erhöhen. Eine weitere Erhöhung der Temperaturbelastbarkeit ist durch Einsatz der in Fig. 2 gezeigten, glasfasergefüllten PTFE-Tülle 6 durch ein entsprechendes Keramikteil möglich. By using the metallic corrugated pipe, the temperature resistance can be increased to approx. 280 ° C and briefly to 300 ° C. A further increase in the temperature resistance is possible by using the glass-fiber-filled PTFE spout 6 shown in FIG. 2 by means of a corresponding ceramic part.

Das metallische Wellrohr ist außerdem gegenüber mechanischer Beschädigung durch Steinschlag u. a. wesentlich unempfindlicher als der bekannte PTFE-Formschlauch.The metallic corrugated pipe is also more mechanical Damage from stone chips and a. much less sensitive than that well-known PTFE molded hose.

Bei Verwendung eines Wellrohrs aus rostfreiem Stahl als Meterware, ist diese Lösung mit Sicherheit kostengünstiger als die bekannte mit dem PTFE-Formschlauch, da die Herstellungsschritte vereinfacht sind.When using a corrugated tube made of stainless steel by the meter, this is Solution certainly cheaper than the known one with the PTFE molded hose because the manufacturing steps are simplified.

In bevorzugter Weiterbildung weist das das anschlußseitige Ende des Wellrohrs abdichtende zylindrische Formteil eine an die Innenkontur des Wellrohrs angepaßte, gewellte Außenkontur auf. Dieses zylinderförmige Formteil kann aus FPM- oder VMQ-Elastomer bestehen. Damit kann diese Dichtung bequem vormontiert und nach Montage des kompletten Meßfühlers durch radiale Verstemmung des metallischen Wellrohrs sicher abgedichtet werden.In a preferred development, this has the connection-side end of the Corrugated tube sealing cylindrical molded part to the inner contour of the Corrugated tube adapted, corrugated outer contour. This cylindrical The molded part can consist of FPM or VMQ elastomer. So that can Easily preassembled seal and after assembly of the complete sensor securely sealed by radial caulking of the metallic corrugated pipe become.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden nachstehend anhand der ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Meßfühlers sowie Herstellungsschritte zur Herstellung eines Kabelanschlusses an einem solchen Meßfühler beschreibenden Fig. 1 näher erläutert.Further advantageous features of the invention are explained in more detail below with reference to FIG. 1, which describes an exemplary embodiment of the sensor according to the invention and manufacturing steps for establishing a cable connection to such a sensor.

Embodiment

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß gestalteten Meßfühlers, bei dem der rohrförmige Anschlußstutzen aus einem Wellrohr 10 aus rostfreiem Stahl besteht. Das Wellrohr 10 ist durch eine Rundum schweißnaht 13 mit der den (nicht gezeigten) Meßfühler und eine die Kabelanschlüsse stützende Tülle 16 umhüllenden äußeren Metallhülse 19 gas- und flüssigkeitsdicht verschweißt. Die Tülle 16 kann alternativ als GF-gefüllte PTFE-Tülle oder als Keramikteil realisiert werden. In letzterem Fall erhöht sich die Temperaturbelastbarkeit des Meßfühlers auf 300°C und mehr. Die im bekannten Meßfühler verwendete PTFE-Isolierung der Litzen der Anschlußkabel 4 und 5 müßte innerhalb des Wellrohrs 10 durch eine hochtemperaturfeste Isolierung, wie z. B. durch eine Glas-Seiden-Isolierung ersetzt werden. Fig. 1 shows an embodiment of a sensor designed according to the invention, in which the tubular connecting piece consists of a corrugated tube 10 made of stainless steel. The corrugated tube 10 is welded in a gas-tight and liquid-tight manner by an all-round weld 13 with the measuring sensor (not shown) and a grommet 16 supporting the cable connections 16, the outer metal sleeve 19 . The spout 16 can alternatively be realized as a GF-filled PTFE spout or as a ceramic part. In the latter case, the temperature resistance of the sensor increases to 300 ° C and more. The PTFE insulation used in the known sensor of the strands of the connecting cable 4 and 5 would have to be inside the corrugated tube 10 by a high-temperature resistant insulation, such as. B. can be replaced by a glass-silk insulation.

Mit 14 ist der Verstemmbereich angedeutet, längs dem die äußere Metallhülse 19 verstemmt werden kann, wenn als Tülle 16 eine PTFE-Tülle Verwendung findet.With 14 the caulking area is indicated, along which the outer metal sleeve 19 can be caulked if a PTFE spout is used as the spout 16 .

Fig. 1 zeigt im Vergleich mit Fig. 2 deutlich, daß bei der erfindungsgemäßen Gestaltung des Meßfühlers die untere Crimphülse 7, wie sie in Fig. 2 zum Einklemmen des gewellten PTFE-Formschlauchs 1 notwendig ist, entfallen kann. Fig. 1 shows clearly in comparison with Fig. 2 that in the inventive design of the sensor, the lower crimp sleeve 7 , as is necessary in Fig. 2 for clamping the corrugated PTFE molded tube 1 , can be omitted.

Am Kabelausgang, d. h. am anschlußseitigen Ende A ist das Wellrohr 10 mittels eines zylinderförmigen Formteils 11 z. B. aus FPM- oder VMQ-Elastomer abgedichtet, welches an seinem Außenumfang eine der gewellten Innenkontur des Wellrohrs angepaßte Rillenstruktur aufweist. Damit kann das Dichtungs formteil 11 bequem vormontiert und das anschlußseitige Ende A nach Montage der kompletten Sonde durch eine durch den Pfeil 12 symbolisierte Radial verstemmung des Wellrohrs 10 sicher abgedichtet werden.At the cable output, that is, at the connection end A is the corrugated tube 10, for by means of a cylinder-shaped molding. 11 B. sealed from FPM or VMQ elastomer, which has on its outer circumference a corrugated structure adapted to the corrugated inner contour of the corrugated tube. Thus, the sealing molded part 11 can be conveniently preassembled and the connection-side end A can be securely sealed after the complete probe has been mounted by a radial caulking of the corrugated tube 10 symbolized by the arrow 12 .

Weiterhin werden Schritte zur Herstellung des Kabelanschlusses an dem in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Meßfühler beschrieben.Furthermore, steps for establishing the cable connection on the sensor according to the invention shown in FIG. 1 are described.

Das Wellrohr, z. B. mit einem Außendurchmesser von ca. 9 mm, einem Innendurchmesser von ca. 6,5 mm und einer Wandstärke von ca. 0,15 mm wird als Meterware bereitgestellt und in die gewünschte Länge geschnitten. Das das anschlußseitige Ende A des Wellrohrs 10 abschließende Formteil 11 wird in das anschlußseitige Ende A des Wellrohrs 10 eingesetzt. Das entgegen gesetzte Ende des Wellrohrs 10 wird mit der äußeren Metallhülse 19 durch eine Laser-, Rollnaht- oder ähnliche Verschweißung 13 vor der Sonden montage gas- und flüssigkeitsdicht verbunden. Dazu wird das Wellrohr 10 mit einem Wellengrund bündig auf den trichterförmigen Ansatz der Metallhülse 19 aufgeschoben und dann an dem Wellengrund verschweißt.The corrugated tube, e.g. B. with an outer diameter of approximately 9 mm, an inner diameter of approximately 6.5 mm and a wall thickness of approximately 0.15 mm is provided by the meter and cut to the desired length. Containing the connection-side end A of the corrugated tube 10 final mold portion 11 is inserted the corrugated tube 10 into the connection-side end A. The opposite end of the corrugated tube 10 is connected to the outer metal sleeve 19 by a laser, roller seam or similar welding 13 in a gas and liquid-tight manner in front of the probes. For this purpose, the corrugated tube 10 is pushed flush with a shaft base onto the funnel-shaped attachment of the metal sleeve 19 and then welded to the shaft base.

Im Falle der Realisierung der Tülle 16 aus glasfasergefülltem PTFE-Material wird anschließend die Metallhülse 19 der PTFE-Tülle 16 längs des Verstemmungsbereichs 14 radial verstemmt, um so eine ausreichende Schüttel- und Kabelauszugsfestigkeit herzustellen. Wenn statt dessen ein Keramikkörper als Tülle 16 verwendet wird, wird die Schüttel- und Kabelauszugsfestigkeit ohne Verstemmung erreicht.If the spout 16 is made of glass-fiber-filled PTFE material, the metal sleeve 19 of the PTFE spout 16 is then caulked radially along the caulking area 14 in order to produce sufficient resistance to shaking and pulling out of the cable. If instead a ceramic body is used as the grommet 16 , the shaking and pull-out strength is achieved without caulking.

Nach der kompletten Sondenmontage wird schließlich das Wellrohr 10 an dem Dichtungsformteil 11 radial verstemmt (siehe Pfeile 12). Deshalb entfällt die Crimphülse 2 gem. Fig. 2.After the complete assembly of the probe, the corrugated tube 10 is finally caulked radially on the molded sealing part 11 (see arrows 12 ). Therefore, the crimp sleeve 2 according to. Fig. 2.

Das Wellrohr 10 des komplett montierten Meßfühlers läßt sich nach der Montage in der Auspuffleitung einfach in die gewünschte Vorzugsrichtung biegen und bleibt in der gebogenen Richtung. Verschiedene Wellrohrlängen sind - je nach Anwendungsfall - kostengünstig realisierbar.The corrugated tube 10 of the completely assembled sensor can be easily bent in the preferred direction after installation in the exhaust pipe and remains in the bent direction. Different lengths of corrugated pipe can be realized cost-effectively, depending on the application.

Der oben beschriebene Kabelanschluß des Meßfühlers ist, wie schon erwähnt, bei Verwendung einer Keramiktülle 16 für höhere Temperaturen als 300°C geeignet, wenn die herkömmlicherweise verwendete PTFE-Isolierung der CU-Kabellitzen der Anschlußkabel 4, 5 durch Litzen aus rostfreiem Stahl und - innerhalb des Wellrohrs - z. B. durch einen Glas-Seiden-Isolierung ersetzt werden.The above-described cable connection of the sensor is, as already mentioned, suitable when using a ceramic grommet 16 for temperatures higher than 300 ° C., if the conventionally used PTFE insulation of the CU cable strands of the connection cables 4 , 5 by stainless steel strands and - inside the corrugated tube - e.g. B. be replaced by a glass-silk insulation.

Die obige Beschreibung zeigt, daß die Montage des Kabelanschlusses an den Meßfühler bei der Verwendung von Wellrohr als Meterware kostengünstiger als die bisher bekannte Lösung mit PTFE-Formschlauch ist, da die beiden Crimphülsen 2 und 7 als Bauteile entfallen.The above description shows that the assembly of the cable connection to the sensor when using corrugated tube as yard goods is less expensive than the previously known solution with molded PTFE tube, since the two crimp sleeves 2 and 7 are omitted as components.

Claims

1. Measuring sensor, in particular for determining the oxygen content in exhaust gases from internal combustion engines, with an outer metal sleeve ( 19 ) tightly adjoining at the connection-side end of an outer metal sleeve ( 19 ) that surrounds the measurement sensor and a connecting pipe supporting the connecting cable. is sealed by the connecting cables ( 4 , 5 ) molded part ( 11 ), characterized in that the tubular connecting piece has a metallic corrugated tube ( 10 ).

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the corrugated tube ( 10 ) consists of stainless steel and is welded to the metal sleeve ( 19 ) through an all-round seam ( 13 ) gas and liquid-tight.

3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the connection-side end (A) of the corrugated tube ( 10 ) sealing molded part ( 11 ) to the inner contour of the corrugated tube ( 10 ) adapted, corrugated outer contour, and the corrugated tube ( 10 ) has a radial caulking in the area of this molded part ( 11 ).

4. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the molded part ( 11 ) consists of FPM or VMQ elastomer material.

5. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting cable ( 4 , 5 ) in the region of the metal sleeve ( 19 ) supporting spout ( 16 ) is a ceramic molded part.

6. Method for establishing a cable connection to a sensor, which is designed according to one of claims 1 to 5,

characterized by the following steps:

a) providing the corrugated tube ( 10 ) in a desired dimension of the same by the meter;
b) pushing the end of the corrugated tube ( 10 ), which ends in the form of a wave base, flush onto the outer circumference of the metal sleeve ( 19 );
c) Attaching a gas and liquid-tight laser weld seam for welding the sensor-side end of the corrugated tube ( 10 ) to the outer circumference of the metal sleeve ( 19 ), the molded part ( 11 ) sealing the connection-side end (A) of the corrugated tube ( 10 ) before the assembly of the complete sensor pre-assembled in the corrugated tube ( 10 ) and after assembly by radial caulking of the corrugated tube a secure seal is achieved in this area.

7. The method according to claim 6, characterized in that the Corrugated pipe after mounting the sensor in an exhaust pipe Internal combustion engine is bendable in the desired direction.