DE3506327C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sauer­ stoffsensor zur Bestimmung oder Messung der in einem zu prüfenden Gas, insbesondere im Abgas einer Brennkraftma­ schine, enthaltenen Sauerstoffkonzentration, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Sensor ist aus der DE-OS 29 12 332 bekannt.

In der Technik der Steuerung oder Regelung eines Luft/ Kraftstoff-Verhältnisses einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug oder für andere Anwendungszwecke ist es be­ kannt, einen Sauerstoffsensor zu verwenden, der eine Masse aus Zirkonerde oder einen anderen festen, Sauerstoffionen leitenden Elektrolyten benutzt, um die Konzentration oder den Anteil des Sauerstoffs in dem vom Motor erzeugten Ab­ gas nach dem Prinzip einer Sauerstoff-Konzentrationszelle zu ermitteln. Ein solcher Sauerstoffsensor verwendet bei­ spielsweise einen rohrförmigen Festelektrolytkörper aus Zirkonerde, der an seiner Innen- sowie Außenfläche mit ge­ eigneten Elektroden, z. B. porösen Platinelektroden, ver­ sehen ist. Im einzelnen wird die Elektrode an der Innen­ fläche des rohrförmigen Körpers aus Zirkonerde der Umge­ bungsluft ausgesetzt, so daß diese Elektrode als einem Be­ zugsgas, dessen Sauerstoffkonzentration bekannt ist, aus­ gesetzte Elektrode dient. Andererseits wird die an der Außenfläche des rohrförmigen Zirkonerdekörpers befindliche Elektrode dem Abgas der Brennkraftmaschine ausgesetzt, so daß diese Elektrode als einem Prüfgas, dessen Sauerstoff­ konzentration zu bestimmen ist, ausgesetzte Meßelektrode dient. Ein solcher Sauerstoff-Fühler ermittelt die Sauer­ stoffkonzentration im Abgas, indem er eine elektromoto­ rische Kraft (EMK) mißt, die zwischen der Bezugs- sowie Meßelektrode auf Grund eines Unterschieds in den Sauer­ stoffkonzentrationen der Umgebungsluft und des Abgases, die von der Bezugs- sowie Meßelektrode erfühlt werden, induziert wird.

Der rohrförmige Festelektrolytkörper eines Sauerstoff- Fühlers der oben beschriebenen Art wird üblicherweise von einem metallischen Gehäuse derart getragen, daß eine von der Innenwand abgegrenzte Längsbohrung in einem gasdich­ ten Zustand in bezug auf das Abgas gehalten wird, dem die Außenfläche des rohrförmigen Körpers an seinem geschlos­ senen Endabschnitt ausgesetzt ist. Das Metallgehäuse weist einen ringförmigen Kragen auf, der an dem der Umgebungs­ luft zugewandten Ende des rohrförmigen Körpers eine Öff­ nung umschließt. Verschiedene Teile des Sauerstoffsensors sind so angeordnet, daß sie sich axial nach außen vom Festelektrolytkörper und von der vom Kragen des Metallge­ häuses umschlossenen Öffnung weg erstrecken. Diese Teile werden über einen geeigneten oder angemessenen Teil ihrer Länge von einem ringförmigen Metallmantel umgeben, der an seinem einen axialen Ende an der Außenfläche des ring­ förmigen Kragens des Metallgehäuses angebracht ist. Im Fall der DE-OS 29 12 332 erfolgt diese Befestigung mittels eines nach innen gebogenen Kragens, der gegen eine Schulter gespannt wird, wobei ein Dichtring und eine Spannmutter Verwendung finden. Bei einem ähnlichen Sensor gemäß US-PS 43 47 113 oder EP-A 00 56 837 wird der Endabschnitt über einen zylindrischen Kragen geschoben und rastet dort mittels nach innen gebogener Zungen ein. Man hat auch bereits versucht, die Befestigung dieses ringförmigen Metallmantels am ringför­ migen Kragen des Gehäuses derart zu gestalten, daß der Endabschnitt des ringförmigen Mantels zuerst über die Außenfläche des Kragens des Metallgehäuses gepaßt und dann am Kragen durch Verstemmen des ringförmigen Mantels an mehreren, in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten Stellen befestigt wird.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Anbringung des ringför­ migen Metallmantels selbst durch Verstemmen am Kragen des Metall­ gehäuses, wie es oben geschildert wurde, keine allen Einsatzgebieten gerecht werdende fluiddichte Berührung oder Anlage dieser beiden Bauteile aneinander gewährleisten konnte. Falls der Sauerstoff-Fühler Wasser ausgesetzt wird, mit diesem in Berührung kommt oder in dieses eingetaucht wird, so wird dadurch das Innere des Sauerstoff-Fühlers abgekühlt, die Luft im Fühler wird zusammengezogen, und damit wird der Druck innerhalb des Sauerstoff-Fühlers - im Metallgehäuse und im Mantel - herabgesetzt. Diese Verminderung im Innendruck führt dazu, daß das umgebende Wasser durch Spalte zwischen der In­ nenfläche des ringförmigen Mantels und der Außenfläche des ringförmigen Kragens am Metallgehäuse in den Sauerstoff- Fühler eingesaugt wird. In diesem Fall versagt der Sau­ erstoff-Fühler in der Erzeugung einer EMK, die genau die Sauerstoffkonzentration des Abgases wiedergibt und dar­ stellt. Ferner besteht die große Wahrscheinlichkeit, daß dem Wassereinfluß unterliegende Teile des Sauerstoff-Füh­ lers Schaden erleiden. Die oben angesprochenen Probleme sind vor allem dann schwerwiegend, wenn der Sauerstoff- Fühler für einen Kraftfahrzeugmotor verwendet wird, wobei der Fühler nahe dem Motor angeordnet und mehr oder weniger für Wassertröpfchen zugänglich oder empfänglich ist.

Um das obige Problem des Eindringens von Wasser in den Sau­ erstoffsensor zu lösen oder zu beseitigen, hat man ferner versucht, den ringförmigen Metallmantel mit dem Metallge­ häuse auf dem gesamten Umfang von Mantel und Gehäuse zu verschweißen. Es ist jedoch äußerst schwierig, arbeitsin­ tensiv und kostspielig, eine qualitativ hochwertige Schweißnaht zwischen Mantel und Gehäuse über des gesamten Umfang zu bewerkstelligen. Insbesondere setzt dieses Schwei­ ßen aber die Montageleistung bei diesen Sensoren herab und kann zu einer Unbeständigkeit oder Schwankung in der Quali­ tät der einzelnen Sensoren führen. Insofern hat sich dieser Lösungsvorschlag als nicht praktikabel und nützlich erwie­ sen.

Es ist demzufolge die Aufgabe der Erfindung, einen Sauerstoffsensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, derart weiterzubilden, daß bei einfachem Aufbau eine lange Betriebsdauer und von Umgebungseinflüssen unverfälschte Meßergebnisse erzielt werden können, wobei der Aufbau so gewählt sein soll, daß eine zuverlässige Montage der Einzelkomponenten ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Anpassung des Innendurchmessers des Endab­ schnitts des Metallmantels an den Außendurchmesser des Kragens des Metallgehäuses und geeignete Wahl des Mate­ rials und der Geometrie des Endabschnitts des Metallman­ tels wird die plastische Verformung dieses Metallmantels zur Bereitstellung einer fluiddichten Abkapselung des Inneren des Sauerstoffsensors herangezogen. Neben einer guten fluiddichten Verbindung ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß diese Verbindung in sehr einfacher Weise, d. h. in einem sehr einfachen Verfahrensschritt vorgenommen werden kann, der mit einer einfachen translatorischen Relativbewegung zwischen Metallgehäuse und Metallmantel auskommt.

Vorteilhafte Weiterbildungen hinsichtlich der Anpassung des ringförmigen Kragens des Metallgehäuses an den Endab­ schnitt des Metallmantels sind Gegenstand der Patentan­ sprüche 2 bis 5, wobei es selbstverständlich auch möglich ist, die in diesen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen unter­ einander zu kombinieren, um in geeigneter Weise zwei oder mehr ringförmig umlaufende Abdichtungen zwischen den zu koppelnden Bauteilen herzustellen.

Da anmeldungsgemäß beim Montagevorgang ein Verschiebeweg des Metallmantels bezüglich des Kragens des Metallgehäuses unbedingt erforderlich ist, um die fluiddichte Verbindung herzustellen, ist es vorteilhaft, zusätzliche Maßnahmen zu ergreifen, um die Leiterverbindungen im Inneren des Me­ tallmantels so zu fixieren, daß beim Zusammenbau keine Komplikationen auftreten. Diese zusätzlichen Maßnahmen sind Gegenstand der Patentansprüche 6 bis 22.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen meh­ rere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Sauerstoffsensor in einer ersten Ausfüh­ rungsform gemäß der Erfindung teils im Längs­ schnitt, teils in einer Seitenansicht;

Fig. 2 einen Teil-Längsschnitt in vergrößertem Maßstab der Ausbildung von Befestigungen zwischen einem Metallgehäuse und einem Metallmantel;

Fig. 3(a) bis 3(d) vergrößerte Teil-Längsschnitte von weiteren Ausführungsformen für die Befestigung zwischen dem Metallgehäuse und -mantel;

Fig. 4, 5 und 6 der Fig. 2 entsprechende Teil-Längsschnitte von weiteren Ausführungsformen für einen Sauer­ stoffsensor;

Fig. 7 einen anderen Sauerstoffsensor teils im Längsschnitt, teils in einer Sei­ tenansicht mit einer abgewandelten Anordnung für die an eine Elektrode und ein Heizelement ange­ schlossenen Stromleiter;

Fig. 8(a) eine Draufsicht auf einen ringförmigen Leiter und einen daran angeschlossenen Stromleiter des Sensors;

Fig. 8(b) den Längsschnitt nach der Linie 8-8 in der Fig. 8(a);

Fig. 9 eine Draufsicht auf das Heizelement und die damit verbundenen Stromleiter;

Fig. 10 und 11 Seitenansichten von abgewandelten Strom­ leitern, die mit einem ringförmigen Leiter ver­ bunden sind;

Fig. 12 eine Draufsicht auf ein Heizelement mit daran angeschlossenen Stromleitern;

Fig. 13 einen weiteren Sauerstoffsensor teils im Längs­ schnitt, teils in einer Seitenansicht mit einer abgewandelten Ausführung eines ringförmigen Lei­ ters und Heizelements;

Fig. 14(a) eine perspektivische Ansicht eines auf das stab­ förmige Heizelement gepaßten ringförmigen Lei­ ters in größerem Maßstab;

Fig. 14(b) einen Teilschnitt zu Fig. 14(a), wobei der ringförmige Leiter in einer Ausnehmung des Heizelements verrastet ist;

Fig. 15(a) eine teilweise geschnittene Teilansicht zur Darstellung einer weiteren Ausführungsform für die Anordnung des ringförmigen Leiters und des Heizelements;

Fig. 15(b) den Schnitt nach der Linie 15-15 in der Fig. 15(a);

Fig. 15(c) eine Draufsicht auf eine Grünkeramiktafel, die zur Ausbildung eines stabförmigen Heizelements um einen Keramikstab herumgelegt wird;

Fig. 16 einen weiteren Sauerstoffsensor teils in einer Seitenansicht, teils im Längsschnitt mit einer Anordnung zur Halterung von Leitungsdrähten am Ende des Metallmanels;

Fig. 17 einen vergrößerten Teilschnitt eines Endes des Metallmantels, in das zur Halterung der Leitungs­ drähte ein elastischer Stopfen eingesetzt ist;

Fig. 18 und 19 Seitenansichten eines Verbinders zum An­ schluß eines Leitungsdrahtes an einen Strom­ leiter;

Fig. 20 eine zu Fig. 17 gleichartige Darstellung eines Metallmantels in abgewandelter Ausführungsform;

Fig. 21 eine perspektivische Ansicht eines Verbinders;

Fig. 22 den Verbinder von Fig. 21 mit einem Leitungs­ draht und einem Stromleiter;

Fig. 23 eine perspektivische Darstellung eines Kragen­ teils, durch das am Verbinder radial gerichtete Ansätze gebildet werden;

Fig. 24 eine Seitenansicht eines mit dem Kragenteil von Fig. 23 versehenen Verbinders im in einen Isolator des Sauerstoffsensors eingebauten Zustand;

Fig. 25 eine weitere Ausführungsform eines Sauerstoff­ sensors mit einer abge­ wandelten Anordnung von Verbindern zwischen den Stromleitern und zugeordneten Leitungs­ drähten;

Fig. 26(a) eine Draufsicht auf eine Stecker/Kupplung-Ver­ bindung für einen Stromleiter des Heizelements;

Fig. 26(b) eine teilweise geschnittene Seitenansicht zu Fig. 26(a);

Fig. 27 eine Seitenansicht des Heizelements mit einem darauf gepaßten ringförmigen Leiter sowie den an das Heizelement und die Elektrode angeschlosse­ nen Stromleitern.

Die Fig. 1 zeigt einen Sauerstoffsensor, der einen rohr­ förmigen festen Elektrolytkörper (Festkörperelektrolyt) 2 aus Zirkonerde oder anderem Festkörperelektrolytmaterial mit einer länglichen, zylindrischen, im Festkörper 2 in dessen Längsrichtung ausgebildeten Bohrung 2 a und mit einer (nicht gezeigten) inneren (Bezugs-)Elektrode an sei­ ner Innen- sowie mit einer (nicht gezeigten) äußeren (Meß-) Elektrode an seiner Außenfläche, wie es in der einschlägi­ gen Technik bekannt ist, umfaßt. Diese Elektroden sind aus einem geeigneten Material, z. B. porösem Platin, gefertigt und über geeignete Leiterverbindungen an eine externe Vor­ richtung angeschlossen. Der rohrförmige Festkörperelektro­ lyt 2 wird an seinem offenen Endabschnitt von einem zylin­ drisch ausgestalteten Metallgehäuse 4 abgestützt, das über eine Kontaktpackung oder einen Kontaktring 3 an der Außen­ oberfläche des Festkörpers 2 anliegt, der vom Gehäuse 4 der­ art getragen wird, daß die Außenfläche des geschlossenen Endabschnitts einem zu prüfenden Gas, z. B. dem Abgas einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, ausgesetzt und die läng­ liche Bohrung 2 a in gasdichtem Zustand mit Bezug zum zu prüfenden Gas gehalten ist, so daß dieses Gas also nicht in die Bohrung 2 a eintreten kann. Im einzelnen ist das Me­ tallgehäuse 4 mit einem Ringbund 6 sowie einem Außengewin­ destück 7 versehen, durch das das Gehäuse 4 an einem (nicht gezeigten) vom Prüfgas durchströmten Rohr, z. B. an einem Abgasrohr, befestigt wird. Der geschlossene Endabschnitt des rohrförmigen Festkörperelektrolyten 2 ragt in das Rohr hinein, um ihn dem zu prüfenden Gas auszusetzen, jedoch ist die längliche Bohrung 2 a so geschützt, daß sie dem Prüfgas nicht ausgesetzt wird. Damit der geschlossene Endabschnitt des Festkörpers 2 der Strömung des zu prüfenden Gases nicht unmittelbar ausgesetzt wird, ist eine Schutzhülle 8 vor­ gesehen, die Öffnungen aufweist, durch die das Prüfgas zum geschlossenen Endabschnitt des Festkörpers 2 hin ein­ geführt wird. Eine Dichtung 10 sorgt für eine Abdichtung zwischen dem Ringbund 6 und dem Abgasrohr.

Das Metallgehäuse 4 hat einen ringförmigen Kragen 12, der in Achsrichtung des Gehäuses 4 in einer vom geschlossenen zum offenen Endabschnitt des rohrförmigen Festkörpers 2 verlaufenden Richtung vorragt. Dieser Kragen 12 bestimmt einen offenen Endabschnitt des Metallgehäuses 4 auf seiten der Umgebungsluft. Verschiedene Teile des Sauerstoff­ sensors sind so angeordnet, daß sie die vom Kragen 12 um­ schlossene Öffnung durchsetzen. Insbesondere ist in der länglichen Bohrung 2 a des Festkörperelektrolyten 2 ein stabförmiges Heizelement 14 so angeordnet, daß dessen rück­ wärtiger Endabschnitt durch den ringförmigen Kragen 12 nach rückwärts ragt. Das Heizelement 14 ist zum Anschluß an eine externe Energiequelle mit Leitungsdrähten 16 verbunden.

Ein Elektrodenleiter in Form eines ringförmigen Leiters 18 ist so angeordnet, daß er mit der vorher erwähnten inneren Elektrode des Festkörperelek­ trolyten 2 Verbindung hat. Im einzelnen ist der rückwärti­ ge Endabschnitt des Heizelements 14 von einem frontseitigen keramischen Isolier-Ringkörper bzw. Isolator 20 umschlossen, dessen frontseitiger Endabschnitt in den ringförmigen Kragen 12 des Metallge­ häuses 4 eingepaßt ist. Der ringförmige Leiter 18 ist mit der Außenfläche des elektrischen Heizelements 14 und mit der Innenfläche des frontseitigen keramischen Isolators 20 in Anlage. Des weiteren hat der Leiter 18 einen Flansch, der durch die frontseitige Stirnfläche des frontseitigen Isolators 20 gegen die gegenüberliegende Stirnfläche des Festkörperelektrolyten 2 gepreßt wird. Der ringförmige Leiter 18 wird auf diese Weise in seiner Lage gehalten. Der frontseitige Isolator 20 ist über ein Abstands- oder Zwischenglied 22 mit einem rückwärtigen keramischen Isola­ tor 24 zusammengefügt. Diese beiden keramischen Isola­ toren 20 und 24 umschließen zusammen rund um den rückwär­ tigen Abschnitts des Heizelements 14 einen innenliegenden Isolier- oder Schutzraum. Die Leitungsdrähte 16 sind in den rückwärtigen Isolator 24 eingesetzt und innerhalb des Isolierraumes an zugeordnete Stromleiter 26 a sowie 26 b angeschlossen, die mit dem ringförmigen Leiter 18 und dem Heizelement 14 verbunden sind.

Der front- und rückseitige Isolator 20, 24 sind von einem metallischen ringförmigen Mantel 28 umschlossen und abge­ deckt, wobei zwischen der Innenfläche des Metallmantels 28 und den Außenflächen der keramischen Isolatoren 20, 24 aus­ reichende bzw. angemessene Ringräume belassen werden. Der Metallmantel 28 ist mit einem ersten Endabschnitt 28 a, der mit der Außenfläche des ringförmigen Kragens 12 des Metallgehäuses 4 in Anlage ist, und mit einem zweiten End­ abschnitt 28 b von zum ersten Endabschnitt 28 a vergleichs­ weise geringem Durchmesser versehen. Ein federnder oder elastischer Stopfen 30, z. B. aus Gummi, ist im zweiten End­ abschnitt 28 b festgehalten, und durch diesen Stopfen tre­ ten die Leitungsdrähte 16 in das Innere des rückwärtigen Isolators 24 ein. Angrenzend an den zweiten Endabschnitt 28 b weist der Metallmantel 28 eine Schulter 28 c auf, zwi­ schen deren Innenfläche und dem Isolator 24 eine kegelige Tellerfeder 32 so angeordnet ist, daß deren Innenumfang mit der Außenfläche des rückwärtigen Isolators 24 in An­ lage ist. Diese Tellerfeder 32 übt auf den rückwärtigen Isolator 24 einen zum frontseitigen Isolator 20 hin in de­ ren Achs- oder Längsrichtung gerichteten Druck aus. Die Schulter 28 c ist mit (nicht gezeigten) Nadellöchern ver­ sehen, durch die die Umgebungsluft als Bezugsgas in den Ringmantel 28 eingeführt wird. Durch Spalte zwischen den verschiedenen Teilen des Fühlers wird die eingeführte Umge­ bungsluft zur länglichen Bohrung 2 a hin geleitet.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 wird die Art der Befestigung des Metallmantels 28 am ringförmigen Kragen 12 des Metallgehäuses 4 näher erläutert.

Wie die Fig. 2 in größerem Maßstab zeigt, ist der Endabschnitt 28 a des Metallmantels 28 mit dem Kragen 12 an meh­ reren Stellen auf dem Umfang verstemmt, nachdem die Innen­ fläche dieses Endabschnitts 28 a mit der Außenfläche des Kragens über ihren gesamten Umfang in eine fluiddichte Preß­ berührung oder zu einem fluiddichten Preßsitz gebracht wor­ den ist. Im einzelnen werden am Kragen 12 eine in der ein­ schlägigen Technik bekannte V-förmige Ringkehle 34 sowie ein mit dem Kragen einstückiger ringförmiger Außen-Vor­ sprung 36, der von der Außenfläche des Kragens 12 radial auswärts mit vorbestimmter Höhe zwischen der V-Ringkehle 34 und dem rückwärtigen Ende des Kragens vorsteht, ausge­ staltet. Der Außendurchmesser des Außen-Vorsprungs 36 wird - gemessen an seinem Scheitel - so gewählt, daß er geringfügig größer ist als der Innendurchmesser des ersten Endabschnitts 28 a des Metallmantels 28.

Um den ringförmigen Metallmantel 28 am Kragen 12 des Metallge­ häuses 4 zu befestigen, wird der Endabschnitt 28 a des Mantels 28 auf den ringförmigen Kragen 12 gedrückt, während er in gleitender Reibberührung mit dem Außen-Vorsprung 36 am Kragen 12 in Richtung zum Ringbund 6 hin geschoben wird. Im Verlauf der Preßsitz-Reibungsbewegung des Mantels 28 mit Bezug zum Kragen 12 wird der erste Endabschnitt 28 a auf Grund einer Verformung radial aufgeweitet, wobei seine In­ nenfläche unter Druck am Außen-Vorsprung 36 anliegt. Nach dem Einbringen des ringförmigen Kragens 12 in den ersten Endabschnitt 28 a wird dieser mit dem Kragen 12 an mehreren über den Umfang beabstandeten Stellen verstemmt, so daß verstemmte Teile 38 des ersten Mantelendabschnitts 28 a mit der V-Ringkehle 34 zum Eingriff kommen. Auf diese Weise wird der Ringmantel 28 am ringförmigen Kragen 12 befestigt.

Wenn der Metallmantel 28 am Metallgehäuse 4 in der beschriebe­ nen Weise befestigt ist, so wird die Innenfläche des Endabschnitts 28 a des Mantels 28 in fluiddichter Druckbe­ rührung oder -anlage am Außen-Vorsprung 36 des Kragens 12 gehalten, was bedeutet, daß die Anordnung des ringförmigen Außen-Vorsprungs 36 die Erstellung eines durchlaufenden, ringförmigen und fluiddichten Ab- oder Verschlusses zwi­ schen dem ringförmigen Kragen 12 und dem ersten Endabschnitt 28 a des Mantels 28 über deren gesamte Umfänge ermöglicht und gewährleistet.

Das Ausmaß der Verformung, d. h. der radialen Erweiterung, des Endabschnitts 28 a bei seiner Bewegung in bezug zum Kragen 12 zum Preßsitz hängt vom Außendurchmesser des Außen-Vorsprungs 36 ab, was bedeutet, daß der Grad der ra­ dialen Erweiterung des Endabschnitts 28 a in Abhängigkeit vom Unterschied zwischen dem Außendurchmesser des Außen- Vorsprungs 36 und dem Innendurchmesser des Endab­ schnitts 28 a zu verändern ist. Der Außendurchmesser des Außen-Vorsprungs 36 kann gleich dem Innendurchmesser des Endabschnitts 28 a sein. Der oben erwähnte Unter­ schied, der Null sein kann, wird durch das Material und die Wandstärke des metallischen Mantels 28 sowie durch andere Faktoren bestimmt.

Die durchlaufende fluiddichte Abdichtung zwischen dem Me­ tallmantel 28 und dem ringförmigen Metallgehäuse 4 bzw. dessen Kragen 12 über deren gesamte Umfänge verhindert ein Eindringen von Wasser in den Sauerstoffsensor durch anson­ sten vorhandene Spalte zwischen dem Gehäuse 4 und dem Man­ tel 28, wenn der Sauerstoffsensor Wasser ausgesetzt oder in solches eingetaucht wird, was ein Abkühlen im Innern des Fühlers und damit ein Einsaugen von Wasser in diesen zur Folge hat. Die bauliche Ausgestaltung der fluiddichten Befestigung des Mantels 28 am Gehäuse 4 in der oben beschrie­ benen Weise bietet eine wirksame, leistungsfähige Lösung gegenüber dem üblicherweise aufgetretenen Wassereindringen in den Fühler, das eine nachteilige Wirkung auf die vom Füh­ ler erzeugte EMK ausübt und einen Schaden an oder ein Fehl­ verhalten von verschiedenen Teilen des Fühlers hervorru­ fen kann.

Die Fig. 3(a)-3(d) zeigen abgewandelte Ausbildungen für eine fluiddichte Befestigung des Metallmantels 28 am ringförmigen Kragen 12 des Metallgehäuses 4.

Gemäß Fig. 3(a) hat der Kragen des Gehäuses 4 an seinem freien Ende einen konischen oder kegeligen Abschnitt 40 sowie einen großkalibrigen Abschnitt 44, der sich über eine beträchtliche Länge vom großkalibrigen Ende des ko­ nischen Abschnitts 40 weg erstreckt. Der großkalibrige Ab­ schnitt 44 hat einen gegenüber dem Innendurchmesser des ersten Endabschnitts 28 a des Mantels 28 größeren Außen­ durchmesser.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 3(b) weist der Kragen 12 einen von seinem Ende ausgehenden konischen Abschnitt 42 von beträchtlicher Länge auf. Dieser Abschnitt 42 ist mit einem großkalibrigen Abschnitt 44 versehen, dessen Außen­ durchmesser größer ist als der Innendurchmesser des ersten Endabschnitts 28 a des Mantels 28.

Gemäß Fig. 3(c) hat der Kragen 12 einen kleinkalibrigen Ab­ schnitt 43, der sich vom freien Kragenende aus über eine angemessene Länge erstreckt, einen großkalibrigen Abschnitt 44 und einen konischen Abschnitt 46 zwischen dem klein- sowie großkalibrigen Abschnitt 43 und 44. Der Außendurch­ messer des kleinkalibrigen Abschnitts 43 ist geringer als der Innendurchmesser des ersten Endabschnitts 28 a des Mantels 28, während der Außendurchmesser des großkalibrigen Abschnitts 44 im wesentlichen gleich dem oder größer ist als der Innendurchmesser des ersten Endabschnitts 28 a. Der großkalibrige Abschnitt 44 ist mit einer V-förmigen Kehle 34 zum Verstemmen versehen.

Der in Fig. 3(d) gezeigte ringförmige Kragen 12 hat einen zusätzlichen großkalibrigen Abschnitt 44, der einen Außen- Vorsprung am in Fig. 3(c) gezeigten kleinkalibrigen Ab­ schnitt 43 dargestellt. Das heißt mit anderen Worten, daß der ringförmige Kragen 12 nach Fig. 3(d) mehrere großkali­ brige Abschnitte oder Außen-Vorsprünge 44 aufweist.

Bei jeder der verschiedenen Ausführungsformen für den ring­ förmigen Kragen 12, die in den Fig. 3(a)-3(d) gezeigt sind, wird, wenn der Endabschnitt 28 a auf den Kragen 12 gedrückt wird, dieser Endabschnitt 28 a des Metallmantels 28 an der Keilfläche des jeweiligen konischen Abschnitts 40, 42 oder 46 geführt. Während der Preßsitzbewegung des ersten Endabschnitts 28 a mit Bezug zum Kragen 12 wird der Endabschnitt 28 a auf Grund seiner Verformung bei der unter Pressung erfolgenden Reibanlage am ringförmigen Kragen 12 radial erweitert und schließlich infolgedessen am groß­ kalibrigen Abschnitt 44 in fluiddichter Berührung unter Druck gehalten. Bei den in Fig. 3(a)-3(d) gezeigten Aus­ führungsformen ist der erste Endabschnitt 28 a über einen größeren Umfangsbereich im Vergleich zur Ausführungsform von Fig. 2 mit dem ringförmigen Kragen 12 in Druckanlage, weshalb folglich die Fluiddichtigkeit zwischen dem Metall­ gehäuse 4 und dem ringförmigen Metallmantel 28 erhöht wird.

Ferner ist die V-förmige Ringkehle 34 für das Verstemmen des ersten Mantelendabschnitts 28 a mit dem Kragen 12 im großkalibrigen Abschnitt 44 ausgebildet, was bedeutet, daß das Verstemmen des Endabschnitts 28 a dort erfolgt, wo er fluiddicht gegen die Oberfläche des großkalibrigen Abschnitts 44 gepreßt wird, d. h., das Verstemmen wird ohne einen Zwischenraum oder Spalt zwischen dem ringförmigen Kragen 12 und dem ringförmigen Mantel 28 bewerkstelligt. Durch das Verstemmen oder Einquetschen des Endab­ schnitts 28 a zum Eingriff mit der V-Kehle 34 wird eine ge­ steigerte Wirkung in bezug auf die Fluiddichte erhalten. Die Kegelwinkel α der konischen Abschnitte 40, 42 und 46 zur Führung des ersten Endabschnitts 28 a zum oder auf den großkalibrigen Abschnitt 44 wird so gewählt, daß der erste Endabschnitt die Möglichkeit zur radialen Erweite­ rung bei Beibehaltung eines angemessenen Drucks gegen den großkalibrigen Abschnitt 44 hat. Im allgemeinen wird der Kegelwinkel α vorzugsweise nicht größer als 45° angesetzt.

Während gemäß den bisherigen Erläuterungen der fluiddichte Eingriff zwischen dem ringförmigen Metallmantel 28 und dem Kragen 12 des Metallgehäuses 4 mit Hilfe eines geeigneten Profils der Außenumfangsfläche des ringförmigen Kragens 12 erreicht wird, kann das Prinzip der Erfindung in glei­ cher Weise durch Ausgestaltung des Endabschnitts 28 a des Metallmantels 28 mit geeignetem Profil, wie die Fig. 4 und 5 zeigen, in die Praxis umgesetzt werden, d. h., es kann ein fluiddichter Eingriff zwischen dem Kragen 12 und dem Mantel 28 durch Ausbildung von einem oder von mehreren Innen-Vorsprüngen und/oder von kleinkalibrigen Abschnitten an der Innenfläche des Endabschnitts 28 a erzielt wer­ den, so daß der Innen-Vorsprung oder die Innen-Vorsprünge und/oder der kleinkalibrige Abschnitt bzw. die kleinkalibri­ gen Abschnitt in Druckberührung mit der Außenfläche des ringförmigen Kragens 12 gehalten wird bzw. werden.

Bei der Ausführungsform von Fig. 4 ist der Endabschnitt 28 a an seiner Innenfläche mit zwei in Längsrichtung zuein­ ander beabstandeten ringförmigen Innen-Vorsprüngen 48 ver­ sehen, die über den gesamten Umfang des ersten Endabschnitts 28 a verlaufen. Der Innendurchmesser dieser Innen-Vorsprün­ ge 48 wird so gewählt, daß er dem Außendurchmesser des Kragens 12 gleich oder kleiner als dieser ist, so daß der Preßsitz der Innen-Vorsprünge 48 an der Außenfläche des Kragens 12 zu einer durchlaufenden, ringförmigen, fluid­ dichten Abdichtung zwischen dem Mantelendabschnitt 28 a und dem ringförmigen Kragen 12 über deren gesamten Um­ fang führt. Wenn die Innen-Vorsprünge 48 in Druckanlage an der Außenfläche des Kragens 12 gehalten werden, dann wird der Endabschnitt 28 a an mehreren Stellen auf seinem Umfang an seinem freien Ende in die im Kragen 12 ausgestal­ tete V-Ringkehle 34 eingestemmt oder -gequetscht, womit die verstemmten Teile oder Bereiche 38 erzeugt werden.

Der in Fig. 5 gezeigte Endabschnitt 28 a weist ledig­ lich einen Innen-Vorsprung 48 auf, jedoch hat er zusätz­ lich einen kleinkalibrigen Abschnitt 50, der an der äußer­ sten Kante des ersten Endabschnitts 28 a ausläuft. Der kleinkalibrige Abschnitt 50 hat einen Innendurchmesser, der geringer ist als der Außendurchmesser des ringförmigen Kragens 12. Bei dieser Ausführungsform wird der erste Endab­ schnitt 28 a des Mantels 28 sowohl am kleinkalibrigen Ab­ schnitt 50 wie auch am Innen-Vorsprung 48 gegen die Außen­ fläche des Kragens 12 gepreßt. Das bedeutet, daß der durch­ laufende, ringförmige, fluiddichte Abschlußzustand an zwei in Achs- oder Längsrichtung voneinander getrennten Stellen auf der Längserstreckung des ringförmigen Metallmantels 28 be­ werkstelligt wird. In diesem Zustand wird an den Stellen 38 der kleinkalibrige Abschnitt 50 mit dem Kragen 12 verstemmt, womit der Metallmantel 28 am Kragen 12 des Metallgehäuses 4 mit verbesserter Fluiddichtigkeit zwischen diesen Teilen befestigt wird.

Eine andere Art von fluiddichten Ausbildungen zwischen dem Kragen 12 und dem Mantelendabschnitt 28 a ist in Fig. 6 dargestellt, wobei der Endabschnitt 28 a an drei in Längsrichtung zueinander beabstandeten Stellen mit dem Kragen 12 in Druckanlage gehalten wird, um eine noch verbesserte Dichtigkeit gegen einen Fluiddurchtritt zwischen den beiden Bauteilen 28 a und 12 zu gewährleisten. Im einzelnen ist am Endabschnitt 28 a ein ringförmi­ ger Innen-Vorsprung 48 ausgestaltet, während am Kragen 12 ein einziger ringförmiger Außen-Vorsprung 36 sowie ein großkalibriger Abschnitt 44 mit der V-Ringkehle 34 zwi­ schen diesen Teilen 36 und 44 ausgebildet sind. Der Außen- Vorsprung 36 ist zwischen dem Innen-Vorsprung 48 und der V-Ringkehle 34 angeordnet, wenn der Mantel 28 am Kragen 12 in seine Lage gebracht worden ist. Bei dieser Ausführungs­ form werden am großkalibrigen Abschnitt 44, am Außen-Vor­ sprung 36 sowie am Innen-Vorsprung 48 jeweils ein durch­ laufender, ringförmiger, fluiddichter Abschluß gebil­ det.

Die Fig. 7 bis 27 zeigen verschiedenartige Abwandlungen des Erfindungsgegenstandes, wobei zu den Ausführungsfor­ men von Fig. 1-6 gleiche Teile und Elemente dieselben Bezugszahlen tragen und nicht nochmals besonders erläu­ tert werden.

Eine erste abgewandelte Ausführungsform ist in Fig. 7 gezeigt. Hierbei ist der ringförmige Leiter 18, der mit der inneren Elektrode (Bezugselektrode) des Festkörperelektrolyten 2 Verbindung hat, an den Leitungsdraht 16 a über einen ersten Stromleiter 52 in Form eines schmalen Streifens angeschlos­ sen. Im einzelnen weist der ringförmige Leiter 18 mehrere Zungen 54 auf, die in der Umfangsrichtung des Leiters 18, wie die Fig. 8(a) und 8(b) zeigen, voneinander beabstandet sind. Der erste Stromleiter 52 ist an seinem einen Ende mit einer dieser Zungen 54 und an seinem anderen Ende mit einem Verbinder 56 am Ende des Leitungsdrahtes 16 a verbunden, wobei sich der Verbinder 56 innerhalb des rückwärtigen keramischen Isolators 24 befindet. Die Verbindung zwischen dem ersten Stromleiter 52 und dem Verbinder 56 wird durch dessen Ver­ stemmen oder Zusammenquetschen hergestellt. Damit ist der ringförmige Leiter 18 elektrisch mit dem Leitungsdraht 16 a, der sich durch den im kleinkalibrigen zweiten Endabschnitt 28 b des Metallmantels 28 festgehaltenen Gummistopfen 30 erstreckt, verbunden.

Der erste Stromleiter 52 weist fünf Abbiegungen oder Abwin­ kelungen auf, die, wie die Fig. 8(a) und 8(b) zeigen, ein W-förmiges Teil 58 bestimmen, das als dehn- oder streckbares Teil dient und eine Längung des Stromleiters 52 in seiner Längsrichtung erlaubt.

Um dem stabförmigen elektrischen Heizelement 14 Energie zuzuführen, sind zwei zweite Stromleiter 60, von denen in Fig. 7 nur einer zu sehen ist und die sich vom rückwärtigen Ende des Heizelements 14 nach rückwärts erstrecken, an die Leitungsdrähte 16 b und 16 c mit Hilfe von zugeordneten Ver­ bindern 62 angeschlossen. Die zweiten Stromleiter 60 sind an ihrem einen Ende mit Leitern des elektrischen Heizelements 14 durch Hartlöten und an ihrem anderen Ende mit den Ver­ bindern 62 durch Zusammenquetschen dieser verbunden.

Bei dem auf diese Weise aufgebauten Sauerstoffsensor ist der erste, mit dem ringförmigen Leiter 18 verbundene Strom­ leiter 52 aufgrund des Vorhandenseins des W-förmigen Teils 58 in seiner Längsrichtung auseinander- und zusammenziehbar. Das bedeutet, daß der Abstand zwischen den einander entge­ gengesetzten Enden des Stromleiters 52 nach Erfordernis oder Bedarf eingeregelt werden kann, wenn die Bauteile des Sensors zusammengebaut werden. Das W-förmige Teil 58 wird so ver­ formt, daß es möglich ist, den ersten Stromleiter 52 als Ganzes zu verlängern oder zu verkürzen, um einen Ausgleich für eine Kürzung oder ein Übermaß der ursprünglichen Länge, was auf Grund von Abmessungsabweichungen oder -toleranzen der zusammenzubauenden Teile eintreten kann, zu erhalten. Insofern ist dieser in der Länge veränderliche Teil 58 von Nutzen, wenn es darum geht, einen möglichen Durchhang (Schlaffheit) oder eine übermäßige Streckung des ersten Stromleiters 52 bei dem Zusammenbau des Sauer­ stoff-Fühlers zu beseitigen.

Die Aufnahme eines Durchhangs des ersten Stromleiters 52 durch das W-förmige Teil 58 trägt ganz entscheidend zur Beseitigung des Problems einer Berührung des ersten Strom­ leiters 52 mit anderen elektrisch leitenden Elementen, ins­ besondere mit den zweiten Stromleitern 60 für das Heizele­ ment 14, bei, da durch eine solche Berührung ein Kurzschluß zwischen den Stromleitern 52 und 60 hervorgerufen werden würde.

Somit bietet das W-förmige, in der Länge veränderliche Teil 58 Lösungen in bezug auf die herkömmlicherweise in Erscheinung tretenden Nachteile, wie Kürzung in der Länge des Stromleiters und dessen Loslösen wegen übermäßiger Streckung. Das hat eine Vereinfachung der Montage eine ver­ längerte Lebensdauer und eine erhöhte Betriebszuverlässig­ keit des Sauerstoffsensors zum Ergebnis.

Während bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der erste Stromleiter 52 mit einem in der Länge nach Art einer Feder veränderbaren Teil versehen ist, ist es auch möglich, die zweiten Stromleiter 60 mit geeigneten längenveränderlichen Teilen, wie Fig. 9 zeigt, auszustatten, wobei jeder zweite Stromleiter 60 einen veränderbaren Abschnitt in Gestalt eines gewendelten Teils 64 aufweist, der bzw. das wirksam den Abstand zwischen den entgegengesetzten Enden des Strom­ leiters 60 so regelt, daß eine Überlänge oder eine Knapp­ heit in der Länge des Stromleiters aufgenommen oder aus­ geglichen wird. Ferner verhindert das längenveränderliche gewendelte Teil 64 das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen den beiden zweiten Stromleitern 60 oder zwischen einem zweiten und dem ersten Stromleiter 60 bzw. 52 wie auch die Möglichkeit einer übermäßigen Streckung oder Spannung mit daraus folgendem Loslösen der zweiten Strom­ leiter 60.

Wenngleich es vorgezogen wird, daß die längenveränderlichen Teile 58, 64 der ersten und zweiten Stromleiter 52, 60 ein elastisches Verhalten zeigen, so kann die Funktion dieser Teile auch ohne elastische oder federnde Kennwerte erfüllt werden.

Die Fig. 10 und 11 zeigen alternative Ausführungsformen für ein längenveränderliches Teil im ersten, mit dem ring­ förmigen Leiter 18 verbundenen Stromleiter 66, der im Fall der Fig. 10 ein in der Länge veränderliches Teil in Form einer Wendel 68 enthält, während er im Fall der Fig. 11 mit einer Schlaufe oder Schlinge 70 als längenveränderli­ ches Teil versehen ist. Die zweiten Stromleiter 60 können ebenfalls je eine Schlaufe 72 enthalten, wie Fig. 12 zeigt. Diese Ausbildungen des längenveränderlichen Teils der Strom­ leiter erfüllen im wesentlichen die gleiche Funktion, wie sie vorher dargelegt wurde.

Wenngleich es erwünscht ist, alle ersten und zweiten Strom­ leiter 52, 60 mit geeigneten, in der Länge veränderlichen Teilen von federartigem Verhalten oder federartiger Gestalt zu versehen, so kann eine bedeutsame Wirkung selbst dann erwartet werden, wenn entweder der erste oder der zweite Stromleiter 52 bzw. 60 mit solchen längenveränderlichen Teilen zur Einregelung des Abstands zwischen einander ent­ gegengesetzten Anschlußenden der Stromleiter ausgestattet wird bzw. werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 13, 14(a) und 14(b) wird eine weitere Ausführungsform des Sensors erörtert.

Bei dieser Ausführungsform ist die Innen- oder Bezugselek­ trode des Festkörperelektrolyten 2 mit dem Leitungsdraht 16 a über einen ringförmigen Leiter 74, einen ersten Stromleiter 26 a und den bereits erwähnten Verbinder 56 verbunden. Der ringförmige Leiter 74 ist mit mehreren Zungen 54 versehen, von denen eine im ersten Stromleiter 26 a ausläuft, wie das in Verbindung mit der vorigen Ausführungsform erläutert wurde. Die Zungen 54 werden mit der Außenfläche des stabför­ migen Heizelements 14 in Berührung gehalten, so daß sie einen Reibungswiderstand bezüglich der Bewegung des ring­ förmigen Leiters 74 gegenüber dem Heizelement 14 bieten. Für einen vollkommenen Schutz des ringförmigen Leiters 74 gegen seine Verlagerung mit Bezug zum Heizelement 14 wird eine der Zungen 54, die nicht im ersten Stromleiter 26 a aus­ läuft, als eine Raste oder Arretierung 54′, die einen radial nach innen gerichteten Vorsprung 76 hat, herangezogen.

Das stabförmige Heizelement 14 ist seinerseits in seiner Außenumfangsfläche mit einer Ausnehmung 78 versehen, wie die Fig. 14(a) und 14(b) erkennen lassen. Der mit der Raste 54′ als einstückiges Teil ausgebildete Innen-Vorsprung 76 wird mit der Ausnehmung 78 in Eingriff gehalten, so daß der ringförmige Leiter 74 mit Bezug zum Heizelement 14 in seiner Lage gesichert ist. Durch das Eingreifen des Innen- Vorsprungs 76 der Raste 54′ in die Ausnehmung 78 wird somit der ringförmige Leiter 74 an einer Bewegung in Umfangs- wie in Längsrichtung mit Bezug zum Heizelement 14 gehindert, womit die Möglichkeit, daß der erste, vom ringförmigen Lei­ ter 74 ausgehende Stromleiter 26 a mit den zweiten, hart an die Leiter des Heizelements 14 gelöteten Stromleitern 26 b in Berührung kommt, was ansonsten auf Grund einer möglichen Reibdrehung des ringförmigen Leiters 74 mit Bezug zum Heiz­ element 14 bei einem Schwingen des Sauerstoff-Fühlers wäh­ rend seines Zusammenbaus oder während seines Arbeitens an einem Kraftfahrzeug geschehen kann, im wesentlichen ausgeschlossen wird. Insofern wird damit ein Kurzschluß der Strom­ leiter 26 a und 26 b vermieden.

Die Ausnehmung 78 für einen Innen-Vorsprung an der Rast­ zunge 54′ des ringförmigen Leiters 74 wird geeigneterweise im stabförmigen Heizelement 14 derart ausgebildet, wie das unter Bezugnahme auf die Fig. 15(a)-15(c) beschrieben wird, wobei die Ausnehmung 78 mit einem Innen-Vorsprung 80 in Eingriff ist. Das Heizelement 14 von Fig. 15(a) und 15(b) besteht aus einem einstückigen, gebrannten, inneren Keramikstab 82 und einer äußeren, ringförmigen Keramikhülle 84 mit einem aufgedruckten Wärmeerzeugungsteil 88. Die äuße­ re Keramikhülle 84 wird, wie Fig. 15(c) zeigt, aus einer ungebrannten Grünkeramiktafel 86 gebildet, auf die mit ge­ eigneten Materialien vorbestimmte Schemata des wärmeerzeu­ genden Teils 88 und eines elektrisch leitenden Teils 90 gedruckt werden. In der Grünkeramiktafel 86 wird eine rechteckige Öffnung 92 ausgestanzt. Die derart vorbereitete Grünkeramiktafel 86 wird um eine ungebrannte Masse des in­ neren Keramikstabes 82 derart herumgelegt, daß die aufge­ druckten wärmeerzeugenden und elektrisch leitenden Teile 88, 90 auf der Seite der ungebrannten Masse des Keramiksta­ bes 82 angeordnet sind. Die so erhaltene Anordnung aus der ungebrannten Grüntafel 86 und der ungebrannten Masse des Keramikstabes 82 wird dann zusammen gebrannt, so daß der gebrannte, ein Stück bildende Körper des stabförmigen Heiz­ elements 14 erzeugt wird.

Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, wirkt die ursprünglich in der Grüntafel 86 ausgebildete Rechtecköff­ nung 92 mit der Außenfläche des inneren Keramikstabes 82 zusammen, um die Ausnehmung 78 zu bestimmen, mit der der Innen-Vorsprung 80 der Raste 54′ des Leiters 74 zum Ein­ griff gebracht wird, um den Leiter 74 am stabförmigen Heiz­ element 14 zu halten und zu positionieren.

Die zweiten Stromleiter 26 b werden jeweils an die elektrisch leitenden Teile 90 durch (nicht gezeigte) Zugangsöffnungen die ebenfalls in der äußeren, grünen Keramiktafel 86 ur­ sprünglich ausgebildet wurden, hart angelötet. Bei dem oben erläuterten Vorgang, wobei das Heizelement 14 durch ein Abdecken des ungebrannten Keramikstabes mit der grünen Kera­ miktafel 86 gefertigt wird, wird die Ausnehmung 78 auf ein­ fache Weise als Ergebnis der Ausbildung der Rechtecköffnung 92 in der Grünkeramiktafel 86 ausgestaltet.

Eine weitere Ausführungsform des Sensors wird an­ hand der Fig. 16 und 17 beschrieben. Bei dieser Ausfüh­ rungsform wird am anderen Endabschnitt 28 b des metallischen ringförmigen Mantels 28 ein mittlerer Bereich 94 radial nach innen gegen die Außenfläche des elastischen Gummistop­ fens 30 gestemmt oder gepreßt, und zwar über den gesamten Umfang des mittleren Teils des zweiten End­ abschnitts 28 b. Als Ergebnis dieses radialen Einwärtspres­ sens oder -quetschens wird am zweiten Mantelendabschnitt 28 b ein eingedrückter Bereich 94 gebildet, der den entspre­ chenden mittleren Bereich des Gummistopfens 30 radial ein­ wärts zusammendrückt, so daß der erste Leitungsdraht 16 a wie auch die zweiten Leitungsdrähte 16 b und 16 c fest im Gummistopfen 30 gehalten werden.

Die auf diese Weise festgehaltenen Leitungsdrähte 16 a, 16 b und 16 c verlaufen durch im rückwärtigen keramischen Iso­ lator 24 ausgebildete Eintrittsöffnungen 96 und sind mit den zugeordneten Stromleitern 26 a bzw. 26 b (von letzteren ist nur einer in Fig. 16 sichtbar) unter Verwendung von Verbindern 98 verbunden. Die Verbinder 98 sind in ebenfalls im Isolator 24 ausgestalteten Löchern 100 aufgenommen. Die elektrische Verbindung der Leitungsdrähte 16 a-16 c und der Stromleiter 26 a-26 c mit den Verbindern 98 wird durch Quetschen oder Verstemmen der Verbinder 98 gegen die Strom­ leiter und Leitungsdrähte hergestellt.

Wie die Fig. 18 und 19 in größerem Maßstab deutlich zeigen, weist jeder Verbinder 98 ein Paar von radialen Nasen 102 auf, die sich in entgegengesetzten Richtungen erstrecken, so daß ihre Enden an die Innenflächen der im rückwärtigen Isolator 24 abgegrenzten Löcher 100 stoßen, womit die Ver­ binder innerhalb des jeweils zugeordneten Lochs 100 durch die radialen Nasen 102 in ihrer Lage gehalten werden. Diese Nasen 102 dienen dazu, radiale Rüttelbewegungen der Verbinder auf Grund von Vibrationen, denen der Sauerstoff- Fühler ausgesetzt ist, zu verhindern und damit die Strom­ leiter 26 a und 26 b, die sonst allzu leicht einem Ermüdungs­ bruch ausgesetzt sind, zu schützen.

Ein Verbinder 98 hat drei in der Längsrichtung voneinander beabstandete Verstemm- oder Quetschteile 98 a, 98 b und 98 c, wie Fig. 18 zeigt. Das erste Quetschteil 98 a dient dazu, den Endabschnitt des Außenmantels (der Isolierung) des Leitungsdrahtes 16 a zu halten, während das zweite, mittlere Quetschteil 98 b dazu dient, das Ende der Seele des Leitungs­ drahtes für eine elektrische Verbindung zu halten. Das drit­ te Quetschteil 98 c hat die Aufgabe, zur Herstellung einer elektrischen Verbindung das Ende des zugeordneten Strom­ leiters 26 a zu halten. Die radialen Nasen 102 gehen von dem zwischen dem zweiten und dritten Quetschteil 98 b und 98 c liegenden Bereich aus, so daß die Nasen 102 im wesentlichen rechtwinklig zur Längsrichtung des Verbinders 98, d. h. zur Erstreckung des Lochs 100, gerichtet sind, wie in Fig. 19 mit ausgezogenen Linien angedeutet ist. Bei dem Zusammenbau des Sauerstoffsensors wird der Verbinder 98 in das zuge­ hörige Loch 100 gepreßt, wobei die radialen Nasen 102 leicht gebogen werden und mit der Innenfläche des Lochs 100 unter Druck in gleitender Reibanlage sind, wie in Fig. 19 durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Schließlich nimmt der Verbinder 98 die in Fig. 18 gezeigte Lage ein.

Bei der in Rede stehenden Anordnung sind die Leitungsdrähte 16 a, 16 b und 16 c unter der Wirkung der vom eingedrückten Bereich 94 im anderen Mantelendabschnitt 28 b ausgeübten Kompressionskraft fest im Gummistopfen 30 gehalten.Dem­ zufolge werden äußere Vibrationen der Leitungsdrähte nicht unmittelbar auf die Stromleiter 26 a und 26 b übertra­ gen. Zusätzlich werden durch die stoßende Anlage der ra­ dialen Nasen 102 an den Innenflächen der im Isolator 24 ausgestalteten Löcher 100 Rüttelbewegungen der Verbinder 98 verhindert.

Wenngleich der Gummistopfen 30 durch Aufbringen eines Quetschdrucks auf den Bereich 94 des anderen Mantelendab­ schnitts 28 b radial nach innen hin zusammengedrückt wird, nachdem der Stopfen 30 in diesen Endabschnitt 28 b einge­ setzt worden ist, so ist es auch möglich, den Gummistopfen 30 im anderen Endabschnitt 28 b mit Preßsitz festzuhalten, ohne anschließend eine Quetschwirkung am Endabschnitt 28 b auszuüben. Der in Fig. 20 gezeigte Gummistopfen 30 ist im Preßsitz festgelegt worden. In diesem Fall werden die Lei­ tungsdrähte 16 a-16 c zuerst durch den Gummistopfen 30 ge­ führt, der dann in den anderen Mantelendabschnitt 28 b ein­ gedrückt wird.

Die an den Verbindern 98 vorgesehenen Nasen 102 können durch andere Ausbildungen ersetzt werden, wie die Fig. 21-24 zeigen.

Der Verbinder 104 von Fig. 21 und 22 weist ein erstes Quetschstück 104 a zum Festhalten des Endes der äußeren Isolierung des Leitungsdrahtes 16 a (oder 16 b bzw. 16 c), ein zweites Quetschstück 104 b zum Halten der Seele des Leitungsdrahtes und ein drittes Quetsch­ stück 104 c zum Halten des Endes des Stromleiters 26 a (oder 26 b) auf. Das dritte Quetschstück 104 c ist mit zwei Lappen 106 versehen, die sich in einer vom ersten Quetschstück 104 a zum dritten Quetschstück 104 c parallel verlaufenden Rich­ tung erstrecken. Diese beiden parallelen Lappen 106 werden in entgegengesetzten Richtungen unter einem geeigneten Winkel mit Bezug zur Linie der Erstreckung des Stromlei­ ters 26 a (oder 26 b) seitwärts abgebogen, wie mit gestri­ chelten Linien in Fig. 22 angedeutet ist, so daß die Enden der abgebogenen Lappen 106′ in stoßender Berührung an der Innenwand des im rückwärtigen Isolator 24 bestimmten Lochs 100 gehalten werden. Damit wird der Verbinder 104 im Loch 100 in seiner Position festgelegt.

Eine weitere Ausführungsform für einen Verbinder ist in den Fig. 23 und 24 gezeigt. Hier ist ein Verbinder 107 herkömmlicher Art mit einem eigenen oder getrennten Kra­ genteil 108 versehen, das einen Zylinderabschnitt 110, der auf einen in Längsrichtung mittleren Teil des Verbinders 107 paßt, und ferner vier durch V-förmige Ausschnitte von­ einander getrennte Kragenabschnitte 112 umfaßt, welche einen allgemein kegelstumpfförmigen Kragen, der sich in axialer Richtung an die eine Seite des Zylinderabschnitts 110 an­ schließt, bestimmen. Wie die Fig. 24 zeigt, wird der Ver­ binder 107 mit dem in die richtige Lage gebrachten Kragen­ teil 108 im Loch 100 dadurch festgelegt, daß die Kragenab­ schnitte 112 an der das Loch 100 umschließenden Innenwand in stoßende Anlage gebracht werden.

Anhand der Fig. 25-27 wird eine weitere Ausführungsform des Sensors beschrieben. Hierbei sind die Leitungs­ drähte 16 a-16 c mit dem ersten Stromleiter 26 a bzw. den zweiten Stromleitern 26 b, von denen nur einer in Fig. 25 zu sehen ist, elektrisch durch Verbinder 114 nach Art einer Stecker/Kupplung-Verbindung verbunden.

Jeder der zweiten Stromleiter 26 b, die sich vom rückwärti­ gen Teil des elektrischen Heizelements 14 weg erstrecken, ist, wie die Fig. 26(a) und 26(b) zeigen, als Stecker in Form eines dünnen Metallstifts ausgebildet. Andererseits ist der Verbinder 114 an seinem einen Ende elektrisch an das Ende eines zugeordneten Leitungsdrahtes 16 b (oder 16 c) angeschlossen und weist eine einstückig mit ihm ausgebildete Kupplung in Form einer relativ langen Verbindungsbuchse 116 mit einer Öffnung 118 auf. Die Verbindungsbuchse 116 geht vom anderen (dem Leitungsdraht 16 b gegenüberliegenden) Ende des Verbinders 114 aus, so daß der Endabschnitt des Metallstifts 26 b in die Öffnung 118 eingesetzt werden kann, um einen elektrischen Anschluß zum Verbinder 114 und damit zum Leitungsdraht 16 b (oder 16 c) herzustellen. In gleich­ artiger Weise besteht der erste, mit dem ringförmigen Leiter 18 verbundene Stromleiter 26 a aus einem Stecker­ kontakt aus einem starren oder einem elastischen Metall­ material, der in die Öffnung 118 in der länglichen Ver­ bindungsbuchse 116 des Verbinders 114 eingesteckt wird.

Jeder Verbinder 114 ist von herkömmlicher Art und weist einen ersten Abschnitt 114 a, um das Ende der Außenisolie­ rung eines Leitungsdrahtes 16 zu halten, sowie einen zwei­ ten Abschnitt 114 b, um das Ende der Seele des Leitungsdrah­ tes zu halten, auf, so daß der Verbinder 114 somit mit dem Leitungsdraht elektrisch verbunden ist. Die vorher erwähnte Verbindungsbuchse 116 ist als ein Stück mit dem zweiten Ab­ schnitt 114 b, von dessen Ende sie ausgeht, ausgebildet.

Wie Fig. 27 zeigt, ist der erste Stromleiter 26 a, d. h. der Stecker, ein einstückiges Teil des ringförmigen Leiters 18, das sich von einem rückwärtigen Ende einer nach rückwärts ragenden Zunge des ringförmigen Leiters 18 aus erstreckt. Das elektrische Heizelement 14 ist an seinem rückwärtigen Ende mit Hartlötflächen 120, von denen nur eine gezeigt ist, versehen, an denen die zweiten Stromleiter 26 b (Me­ tallstifte) hart an die Leiter des Heizelements 14 gelötet werden. Der erste und die zweiten Stromleiter 26 a bzw. 26 b sind elektrisch an die jeweiligen Verbindungsbuchsen 116 angeschlossen, d. h., in deren Öffnungen 118 eingesetzt, womit sie folglich zu den entsprechenden Leitungsdrähten 16 a-16 c elektrisch Verbindung haben. Bei dieser Anord­ nung wird ein Signal von der inneren Elektrode des Festkör­ perelektrolyten 2 einer externen Vorrichtung durch den Lei­ tungsdraht 16 a zugeführt, während das Heizelement 14 über die Leitungsdrähte 16 b sowie 16 c an eine äußere Energie­ quelle angeschlossen ist.

Gemäß der oben beschriebenen Anordnung werden die Strom­ leiter 26 a und 26 b auf einfache Weise mit den zugehörigen Leitungsdrähten 16 a-16 c durch eine einfache Stecker/ Kupplung-Verbindung (Stecker 26 a und 26 b, Verbindungs­ buchse 116) verbunden, womit ein Verstemm- oder Quetsch­ vorgang unnötig wird, um die Leitungsdrähte und die Strom­ leiter körperlich fest sowie elektrisch zu verbinden.

Wenngleich bei der Ausführungsform nach den Fig. 25-27 eine Stecker/Kupplung-Verbindung für alle drei Paare von Stromleitern und Leitungsdrähten (26 a, 16 a; 26 b, 16 b; 26 b, 16 c) vorgesehen ist, so kann diese Art einer Verbindung auch nur für ein Paar oder zwei Paare aus den dreien ange­ wendet werden, was immer noch einen bedeutenden Beitrag zur Erleichterung in der Ausbildung der elektrischen Ver­ bindungen des Sauerstoffsensors bringt.

Ferner ist es möglich, eine Kupplung auf der Seite der Stromleiter und einen Stecker auf der Seite der Leitungs­ drähte (bzw. Verbinder) anzuwenden. Um das Einsetzen des Stromleiters in die Öffnung 118 zu erleichtern, ist es von Vorteil, das Ende der Kupplung oder Muffe 116 anzufasen.

Claims (22)

1. Beheizter Festelektrolyt-Sauerstoffsensor mit ei­ nem becherförmigen Festelektrolytkörper, der an seiner Innen- sowie Außenfläche Elektroden aufweist, mit
einem Metallgehäuse, das den becherförmigen Festelek­ trolytkörper derart trägt, daß seine Außenfläche mit einem Prüfgas und seine Innenfläche der Umgebungsluft ausgesetzt ist, das Innere des Festelektrolytkörpers in gasdichtem Zustand in bezug auf das Prüfgas hält, sowie auf der Seite der Umgebungsluft mit einem ringförmigen Kragen versehen ist,
einem in den Festelektrolytkörper eingesetzten Heiz­ element und
einem ringförmigen Metallmantel, der einen mit dem ringförmigen Kragen in Halteeingriff bringbaren Endab­ schnitt hat, über den Leitereinrichtungen für die Elektro­ den und das Heizelement relativ zum Gehäuse in Lage gehal­ ten werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt des Metallmantels (28) den Kragen (12) des Metallgehäuses (4) übergreift und unter über den Umfang gleichmäßiger radialer Aufweitung auf den Kragen (12) schiebbar ist.

2. Sauerstoffsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Kragen (12) des Metallgehäuses (4) an seiner Außenfläche wenigstens einen ringförmigen Außen-Vorsprung (36) aufweist, welcher einen Außen­ durchmesser hat, der nicht kleiner als ein Innendurch­ messer des ersten Endabschnitts (28 a) des Metallmantels (28) ist, und daß die durchlaufende ringförmige Ab­ dichtung durch Anpressen der Innenfläche des Endabschnitts (28 a) an den wenigstens einen Außen- Vorsprung (36) des ringförmigen Kragens (12) gebildet ist.

3. Sauerstoffsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Kragen (12) des Mittelgehäuses (4) wenigstens einen großkalibrigen Abschnitt (44) auf­ weist, welcher einen Außendurchmesser hat, der nicht kleiner als ein Innendurchmesser des Endab­ schnitts (28 a) des Metallmantels (28) ist, und daß die durchlaufende ringförmige Abdichtung durch Anpressen der Innenfläche des Endabschnitts (28 a) an den wenigstens einen großkalibrigen Abschnitt (44) des ringförmigen Kragens gebildet ist.

4. Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (28 a) des ringförmigen Me­ tallmantels (28) wenigstens einen ringförmigen Innen- Vorsprung (48) an seiner Innenfläche aufweist, welcher einen Innendurchmesser hat, der nicht größer als ein Außendurchmesser des ringförmigen Kragens (12) des Me­ tallgehäuses (4) ist, und daß die durchlaufende ring­ förmige Abdichtung durch Anpressen des wenigstens einen ringförmigen Innen-Vorsprungs (48) des Endabschnitts (28 a) an die Außenfläche des ringförmi­ gen Kragens (12) des Metallgehäuses (4) gebildet ist.

5. Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (28 a) des ringförmigen Me­ tallmantels (28) wenigstens einen kleinkalibrigen Ab­ schnitt (50) aufweist, der einen Innendurchmesser hat, welcher nicht größer als ein Außendurchmesser des ring­ förmigen Kragens (12) des Metallgehäuses (4) ist, und daß die durchlaufende ringförmige Abdichtung durch An­ pressen des wenigstens einen kleinkalibrigen Abschnitts (50) des Endabschnitts des Metallmantels an die Außenfläche des ringförmigen Kragens (12) des Metall­ gehäuses gebildet ist.

6. Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Leitereinrichtungen im Inneren des Metallmantels aufgenommen sind, wobei ein Elektroden­ leiter für die Elektrode über einen vom Metallmantel positionierten Isolier-Ringkörper gegen den Festelek­ trolytkörper gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrodenleiter (18) in einem vom Isolier-Ring­ körper (20, 24) gebildeten, das Heizelement (14) auf­ nehmenden Raum verläuft, in dem Anschlüsse (56, 62; 98; 114) sowohl für den Elektrodenleiter (18, 52; 18, 26 a) als auch für Heizelementeleiter (60; 26 b) an ab­ dichtend durch den anderen Endabschnitt (28 b) des Metallmantels (28) nach außen geführte Leitungsdrähte (16 a, 16 b und 16 c) anliegen, und daß eine Einrichtung (58; 64; 68; 70; 72; 26 a, 26 b; 116, 118) vorgesehen ist, die beim Aufschieben des Metallmantels (28) eine Änderung der Länge zumindest einer der jeweiligen Leiterverbindungen ermöglicht.

7. Sauerstoffsensor nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ermöglichung einer Längenänderung von einem federnden Leiterab­ schnitt (58; 64; 68; 70) gebildet ist

8. Sauerstoffsensor nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der federnde Abschnitt die Form einer Wendel (64; 68) hat.

9. Sauerstoffsensor nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der federnde Abschnitt von wenig­ stens zwei Abwinklungen (58) gebildet ist.

10. Sauerstoffsensor nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der federnde Leiterabschnitt die Form einer Schlaufe (70; 72) hat.

11. Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei dem das Heizelement (14) stabförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenleiter (18) einen auf das Heizelement (14) gepaßten ringför­ migen Abschnitt (74, 54) aufweist, der mit einer Arre­ tierung (54, 54′, 76) ausgestattet ist, mit der er in wenigstens eine Ausnehmung (78) auf der Außenum­ fangsfläche des Heizelements (14) eingreifen kann.

12. Sauerstoffsensor nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Heizelement (14) aus einem gebrannten, einstückigen Körper mit einem inneren Keramikstab (82) und einer äußeren, einen aufgedruckten wärmeerzeugenden Teil (88) aufweisenden ringförmigen Keramikhülle (84) besteht, und daß die äußere ring­ förmige Keramikhülle aus einer ungebrannten Keramik­ tafel (86) mit wenigstens einer Öffnung (92) gebildet ist, die nach dem Umwickeln des inneren Keramikstabs (82) mit der ungebrannten Keramiktafel (86) zusammen mit der Außenfläche des inneren Keramikstabs (82) die Ausnehmung (78) bestimmt.

13. Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Endab­ schnitt (28 b) des Metallmantels (28) einen elastischen Stopfen (30), durch den die Leitungsdrähte (16 a, 16 b, 16 c) geführt sind, umschließt und diesen unter Druck setzt.

14. Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolier-Ringkörper (20, 24) auf seiner dem Festelektrolytkörper abge­ wandten Seite Durchbrüche (96 und 100) für die Auf­ nahme der Anschlüsse (56, 62; 98; 116) und der Lei­ tungsdrähte (16 a, 16 b, 16 c) aufweist.

15. Sauerstoffsensor nach Anspruch 13 oder 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der andere Endabschnitt (28 b) des Metallmantels (28) zu einer Außenfläche des ela­ stischen Stopfens (30) hin radial einwärts gepreßt ist.

16. Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse von Verbindern (98; 104; 108) gebildet sind, die je­ weils einen radialen Ansatz (102; 106′; 112) tragen, der die Verbinder in einem zugeordneten Durchbruch (100) hält.

17. Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Anschlüssen und der Elektrode des Fest­ elektrolytkörpers sowie den Elektroden des Heizele­ ments über Stromleiter (26 a, 26 b, 52, 60) erfolgt.

18. Sauerstoffsensor nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ermöglichung einer Längenänderung von einem Paar von Stecker/Kupp­ lung-Kontakten (116, 118 und 26 b, 120) zwischen den Anschlüssen (114) und den zur Elektrode bzw. zum Heiz­ element führenden Leitern (26 a, 26 b) gebildet ist.

19. Sauerstoffsensor nach Anspruch 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes der Stecker/Kupplung-Kontakt­ paare aus einem Stecker (26 a, 26 b) und einer diesen für die elektrische Verbindung aufnehmenden Verbin­ dungsbuchse (116) besteht.

20. Sauerstoffsensor nach Anspruch 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stecker aus dem der anzuschlies­ senden Elektrode bzw. dem anzuschließenden Heizele­ ment abgewandten Ende der Stromleiter (26 a, 26 b) ge­ bildet ist.

21. Sauerstoffsensor nach Anspruch 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die an das Heizelement angeschlos­ senen Stromleiter von metallischen Stiften gebildet sind.

22. Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Stecker/ Kupplung-Kontaktpaare in einer Ausnehmung (100) eines im ringförmigen Metallmantel (28) aufgenommenen Iso­ lier-Ringkörpers (24) angeordnet ist.