JP4411065B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は、ガス成分のパラメータを検出するためのガスセンサ、特にラムダゾンデ又は温度センサであって、センサエレメントと、該センサエレメントに配置された少なくとも１つの接触面と、該接触面に電気的に接続された接続導線とを有しており、該接続導線が、前記接触面と、ばねエレメントによってセンサエレメントに対して緊締された少なくとも１つの圧着体との間で摩擦接続的に緊締されている形式のものに関する。
【０００２】
ラムダゾンデ若しくはその他のガスセンサの電極は、接続導線に電気的に接続されなければならない。この接続導線を介して電極が、ガスセンサ若しくはラムダゾンデが配属されている内燃機関の電子エンジン制御装置若しくは電子評価回路の入力側に電気的に接続されている。この場合しばしば、接続導線と、センサエレメントに配置された接点面との間で、例えばヨーロッパ特許第０５０６８９７号明細書により公知の緊締接続が行われている。
【０００３】
ガスセンサ若しくはラムダセンサは、これが内燃機関の排ガス導管内に配置された場合には、１２００℃までの著しく高い温度にさらされる。従って、摩擦接続（摩擦による束縛）を維持するばねエレメントを温度に対して強く構成する必要がある。
【０００４】
発明の利点
本発明によれば、ばねエレメントが、環状に閉じて構成されていて、温度が著しく高くなった場合でも得られる不変のプレロード（予圧）を有している。
【０００５】
環状に閉じて構成された構造に基づいて、特に高いプレロードが可能であるので、高い温度においても十分な緊締力が維持される。
【０００６】
本発明の第１実施例によれば、ばねエレメントはスリーブ状のリングとして構成されていて、このリングは、圧着体を緊締リングの形式に従ってセンサエレメントに押し付け、この際にばねエレメントは圧着体上に収縮ばめされ、かつ／又は圧着体によって形成された円錐形状の区分上に強い力で被せ嵌められる。このような形式で、高負荷可能なプレス複合体が得られる。
【０００７】
本発明の別の有利な実施例によれば、ばねエレメントが少なくとも１つのばね区分を有しており、このばね区分は緊締された状態で、センサエレメントの長手方向軸線に対して平行な主要成分を有する方向に変形されている。この構成によれば、センサエレメントの特に簡単な接触及び簡単な組立が可能である。
【０００８】
特に有利な構成によれば、互いにほぼ直径方向で向き合う２つの第１のばね区分、並びに互いに直径方向で向き合う２つの別のばね区分とが設けられており、この場合、第１のばね区分が、環状のばねエレメントの半径方向軸線に関連して湾曲された仮想平面を規定していて、別のばね区分が、２つの第１のばね区分の間で、湾曲された仮想平面上若しくはこの湾曲された平面の前に配置されている。
【０００９】
第１のばね区分と別のばね区分との間の移行領域にねじり負荷を加える、このようなばねエレメントによって、大きい有効ばね長さが得られ、それによって、ばね特性曲線が比較的平らで、良好に繰り返し可能な緊締力が保証される。さらにまた、温度変化は前記緊締力にわずかな影響しか与えることはない。何故ならば、第１のばね区分の伸張は、別のばね区分の伸張によって十分に補償され得るからである。
【００１０】
環状に閉じたばねエレメントは有利には、半径方向で内方に曲げられた領域（舌片）が圧着体を負荷するように構成されている。このようなばねエレメントの構成において、温度が上昇した時に互いに相反する寸法変化が生じる。つまり、一方ではばねエレメントの外径が大きくなり、他方では内方に向けられた領域の半径方向の長さが大きくなることによって、互いに相反する寸法変化が生じる。
【００１１】
このような形式のばねエレメントは特に有利には打ち抜き成形部分として構成されている。
【００１２】
圧着体は有利には、ばねエレメントが、圧着体の一方の軸方向端部から他方の軸方向端部に向かってずらされた時に、ばねエレメントの緊締が強制的に高められるように構成されている。
【００１３】
本発明の特に有利な構成によれば、ばねエレメントが軸方向端部上に被せ嵌められると、既に、圧着体はばね力によって保持される。
【００１４】
さらに、圧着体の互いに向き合った側はばねエレメントのこの位置で、圧着体の他方の軸方向端部に向かって開放する、センサエレメントを挿入するための開口部を形成しており、センサエレメントは、ばねエレメントを圧着体の他方の軸方向端部に向かってずらすことによって、圧着体の間で大きい力で堅固に保持される。
【００１５】
図面
本発明を以下に、特に有利な実施例が示されている図面を用いて詳しく説明する。
【００１６】
図１は、本発明によるガスセンサの縦断面図、
図２は、図１のII−II線に沿った断面図、
図３は、図１の符号ＩＩＩで示した箇所の変化実施例、
図４は、所属の圧着体を備えた有利なばねエレメントの斜視図、
図５は、図４に示した圧着体並びにばねエレメントを備えた、図３に相当する図、
図６は、別の有利な形式のばねエレメントを示す図、
図７は、さらに別の変化実施例によるばねエレメントを示す図、
図８は、特に有利なばねエレメントを示す図、
図９〜図１４は、図８に示したばねエレメントのための圧着体の種々異なる方向から見た図である。
【００１７】
図１には、ガスセンサ１の縦断面図が概略的に示されている。このガスセンサ１はケーシングを有しており、このケーシングは、ほぼ、開口２を備えた測定ガス側の保護管３と中央のスリーブ部分４と管部分５とから成っている。これらの部分は互いに、例えば溶接によって堅固に結合されている。
【００１８】
スリーブ部分４内には２つのセラミック成形部６と７とが配置されており、これらの成形部６と７との間にセラミックのシールエレメント８が設けられている。このシールエレメント８は、保護管３の内室から管部分５の内室にガスが侵入するのを阻止する。セラミック成形部６、７は、シールエレメント８並びにセラミック成形部を貫通するセンサエレメント９を保持している。このセンサエレメント９の、図１で下端部は、基本的に公知の形式でラムダゾンデとして構成されており、このラムダゾンデの電極は、図示していない、センサエレメント９内に設けられた電気的な導体路を介して、センサエレメント９の本体の他方の端部に配置された接点面１０と電気的に接続されている。
【００１９】
この接点面１０は、接続導線１１と電気的に接続されていて、この接続導線１１は、管部分５の上端部を閉鎖する、電気的に絶縁する材料より成る閉鎖円板１２を貫通していて、閉鎖円板１２内に埋め込まれて保持されている。
【００２０】
接点面１０と接続導線１１との間の電気的な接触は、接続導線１１がセラミック製の圧着体１３によって接点面１０に押し付けられることによって、維持される。このために、図２によれば共通のほぼ円形の横断面を有する複数の圧着体１３が、緊締リングとして構成されたばねエレメント１４内に配置されており、このばねエレメント１４は、より大きいプレロード（予圧）を有する圧着体１３を包囲して、センサエレメント９の所属の側に押し付ける。それに応じて、接続導線１は摩擦接続（摩擦による束縛）的に、それぞれ圧着体１３と所属の接点面１０との間で、それぞれの接点面１０に電気的に接続された状態で保持される。
【００２１】
付加的に、接続導線１１はセンサエレメント９に接着されていて、かつ／又はそれぞれの接点面１０に溶接されている。
【００２２】
有利な実施例によれば、本発明は、緊締リング状のばねエレメント１４を圧着体１３に収縮ばめすることができる。このために、ばねエレメント１４は、圧着体１３の横断面及び、これらの圧着体１３間に介在されたセンサエレメント９の横断面に関連して、これらの横断面よりも小さく構成されていて、強い加熱及びこれに基づく、ばねエレメント１４を形成する鋼材料の熱膨張を利用しながら、十分に拡げられるので、ばねエレメント１４は、センサエレメント９及び接続導線１１を圧着体１３間に介在した後で、軸方向で圧着体１３に被せ嵌めることができる。
【００２３】
その代わりに、圧着体１３の外周面を図３に示したように円錐形に構成し、緊締リング状のばねエレメント１４の内周面をそれに対応して内側円錐形に成形し、それによってばねエレメント１４を、緊締力を次第に大きくしながら圧着体１３上に被せ嵌めて、この圧着体１３上にセルフロッキング式に保持することができる。
【００２４】
図４及び図５に示した実施例においては、ばねエレメント１４は、閉じた環状に打ち抜かれた円板部分として構成されており、この円板部分は、横断面がほぼＨ形の開口を有していて、それによって、内方に向けられた舌片１５がばねエレメントに形成されている。これらの舌片１５は、圧着体１３の外側に形成された軸方向の通路１６内に係合する。この際に、通路１６の底部は傾斜路として構成されており、この傾斜路は、図５で圧着体１３の左側の端部から右側の端部に向かって上昇している。
【００２５】
図５に示した円板状のばねエレメント１４が、前記傾斜路の上昇方向で次第に圧着体１３上に軸方向で被せ嵌められると、舌片１５は被せ嵌め方向とは逆方向に湾曲される。それと同時に、円板状のばねエレメント１４は湾曲し、この際に、湾曲された円板の凹状側が被せ嵌め方向に向く。その結果、舌片１５を互いに接続する、円板状のばねエレメント１４の領域は第１のばね区分１４′を形成し、これに対して、舌片１５は別のばね区分１４″を形成する。この際に、ばね区分１４′、１４″間の円板領域は、トーション（ねじり）負荷にさらされる。通路１６の底部上に載る、舌片１５の自由端部は、円板状のばねエレメント１４によって形成された湾曲部の凸状側の前に位置している。
【００２６】
ばね鋼材料例えばインコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌｌ）より製造された円板状のばねエレメント１４の厚さ及び舌片１５を相応に寸法設計することによって、圧着体１３は高い押圧力でセンサエレメント９に対して押し付けられ、それによって、接続導線１１は、やはり確実に所属の接点面１０上に摩擦接続によって固定される（図５参照）。
【００２７】
場合によっては、押圧力を高めるために、複数の円板状のばねエレメント１４を圧着体１３上に被せ嵌めてもよい。
【００２８】
円板状のばねエレメント１４の外周面に半径方向突起部を設けることができる。この半径方向突起部は、有利には舌片１５に対して横方向に配置されていて、ばねエレメント１４を弾性的に湾曲させながら管部分５の内周壁で支えることができる（図１参照）。これによって一方ではばねエレメント１４をガスセンサ１のケーシングの管部分５で付加的に保持し、他方ではばねエレメント１４によって緊締された部分（圧着体１３，センサエレメント９及び接続導線１１）のための振動減衰が保証される。
【００２９】
図６に示されたばねエレメント１４は、第１のばね区分１４′と第２のばね区分１４″とを備えた、環状に閉じた湾曲ワイヤ部材として構成されており、この場合、第１のばね区分１４′は、やはり湾曲した平面を規定していて、圧着体１３上に載った、第２のばね区分１４″の領域は、前記湾曲された平面の凸状側の前に位置している。
【００３０】
図７には変化実施例が示されており、この変化実施例では、第１のばね区分１４′がやはり一種の湾曲ワイヤ部材として構成されていて、第２のばね区分１４″は湾曲舌片の形状に構成されており、その自由端部は、各圧着体１３上にプレロード下で載っている。
【００３１】
図８のばねエレメント１４は、ばね鋼金属薄板より成る円形円板状の打ち抜き成形部材として構成されている。ばねエレメント１４は、例えば４ｍｍ〜７ｍｍの厚さを有していて、例えば１０．２ｍｍの外径Ｄ_ａを有する円形の外周部を有している。内周部には２つの台形の舌片Ｚが形成されており、これらの舌片Ｚによって、ばねエレメント１４は、以下に図９〜図１４を用いて記載されているように圧着体を互いに緊締する。ばねエレメント１４の内周部は非円形に構成されていて、この場合、例えば内径Ｄ_１は６ｍｍ、内径Ｄ_２は例えば６．４ｍｍ、内径Ｄ_３は６．６ｍｍの寸法を有している。ばねエレメント１４の種々異なる半径方向の幅は、ばねエレメントがセンサエレメントを圧着体において規定して緊締するために設けられているものである場合に、ばねエレメントにおいて生じる、場所的にそれぞれ異なる曲げ力若しくはねじり力を考慮している。図示の形状においては、ばね材料はどの箇所でもほぼ同じ強さで負荷される。特に、舌片Ｚの互いに向き合う端部が互いに離れる方向に押し退けられる時に、ほぼ直線的な力の上昇が得られる。
【００３２】
図８に示したばねエレメント１４は、図９〜図１４に示した形式で圧着体１３と協働する。この場合、この圧着体１３は、図４及び図５に示した圧着体と同様に、それぞれ一対で設けられている。図８に示したばねエレメント１４の舌片Ｚは、図４〜図７に示したばねエレメント１４のばね区分１４″に対応している。
【００３３】
図９には、保持しようとするセンサエレメント（図示せず）に向いた側が示されている。圧着体１３の反対側は図１１に示されている。図１３及び図１４には、圧着体の２つの端面側が示されていて、図１０及び図１２には、図９のＸ−Ｘ線に沿った断面図、若しくは図１１のXII−XII線に沿った断面図が示されている。
【００３４】
図１１及び図１２に示されているように、圧着体１３はその外側に軸方向通路１６を有しており、この軸方向通路１６内に、図８に示したばねエレメントの一方の舌片Ｚが係合する。通路１６の底部は、図１１及び図１２によれば、圧着体１３の左側の端部に第１の係止隆起部１６１を有しており、この第１の係止隆起部１６１の右方向に第１の係止面１６２が続いている。この第１係止面１６２は、右方向に向かって傾斜路１６３に移行しており、この傾斜路１６３に、別の係止隆起部１６４並びに、その下に位置する別の係止面１６５が続いている。
【００３５】
図８のばねエレメント１４の舌片Ｚが、第１の係止隆起部１６１を越えて第１の係止面１６２にずらされると、ばねエレメント１４は第１の係止位置を占める。ばねエレメント１４が、図１１及び図１２でさらに右方向にずらされると、舌片Ｚは、（舌片並びにばねエレメント１４全体が次第に湾曲されながら）傾斜路１６３並びに別の係止隆起部１６４を越えて、強く緊締された係止位置内にもたらされ、この係止位置内で舌片は別の係止面１６５に対して緊締され、環状円板状のばねエレメントは、圧着体１３の当接面１６６に密着して当接する。
【００３６】
図９〜図１４に示された圧着体１３の特徴は、この圧着体１３が同一形状の圧着体と共に、センサエレメント９（図１参照）を受容するのに適した受容部を形成しており、この受容部で、センサエレメント９がペンチ状に掴むことができるようになっているという点にある。このために、図９、図１０及び図１２に示した圧着体１３は、その図面で左側の端部で、横断面がほぼ半円形状の凹部１７２を備えた突起部１７１と、該凹部１７２に対応する隆起部１７４を備えた別の突起部１７３とを有している。
【００３７】
図９〜図１４に示した圧着体１３が一対で配置されることによって、一方の圧着体の凹部１７２は、他方の圧着体の隆起部１７４を受容する。これによって、これらの突起部１７１及び１７３は、その凹部１７２若しくは隆起部１７４と共に「顎関節；Ｋｉｅｆｅｒｇｅｌｅｎｋ」を形成する。この顎関節は、舌片Ｚが第１の係止面１６２上に載った時に、図８に示したばねエレメント１４によって保持される。
【００３８】
図９及び図１２で、圧着体の右側の端部には側方の突起１８１が配置されており、この突起１８１は、図１３及び図１４においても見えている。図９〜図１４に示した形式の２つの圧着体が、一対で前記「顎関節」を形成しながら配置されていれば、各圧着体の側方の突起１８１は、他方の圧着体１３に突起を設ける必要なしに、互いに向き合う扁平な領域に向けられている。
【００３９】
次いで、接触しようとする接続ワイヤが前もって軸方向溝１８３（図９参照）内に挿入されるか若しくは押し込まれた後で、２つの圧着体１３の互いに向き合う側（図９参照）の間で、２つの圧着体１３の側方の突起１８１の間の領域内に、センサエレメントが挿入される。
【００４０】
図８に示したばねエレメント１４が当接面１６６に向かって押し込まれると、圧着体１３間に形成された、センサエレメントを受容する受容部が強い力で閉鎖され、それによって接続ワイヤは、対応する接触面に向かって押し付けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるガスセンサの縦断面図である。
【図２】 図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】 図１の符号ＩＩＩで示した箇所の変化実施例である。
【図４】 所属の圧着体を備えた有利なばねエレメントの斜視図である。
【図５】 図４に示した圧着体並びにばねエレメントを備えた、図３に相当する図である。
【図６】 別の有利な形式のばねエレメントを示す図である。
【図７】 さらに別の変化実施例によるばねエレメントを示す図である。
【図８】 特に有利なばねエレメントを示す図である。
【図９】 図８に示したばねエレメントのための圧着体の側面図である。
【図１０】 図９に示した圧着体を別の方向から見た図である。
【図１１】 図９に示した圧着体をさらに別の方向から見た図である。
【図１２】 図９に示した圧着体をさらに別の方向から見た図である。
【図１３】 図９に示した圧着体をさらに別の方向から見た図である。
【図１４】 図９に示した圧着体をさらに別の方向から見た図である。

Claims (16)

1. ガス成分のパラメータを検出するためのガスセンサ（１）、特にラムダゾンデ又は温度センサであって、センサエレメント（９）と、該センサエレメントに配置された少なくとも１つの接触面（１０）と、該接触面（１０）に電気的に接続された接続導線（１１）とを有しており、該接続導線（１１）が、前記接触面（１０）と、ばねエレメント（１４）によってセンサエレメント（９）に対して緊締された少なくとも１つの圧着体（１３）との間で摩擦接続的に緊締されている形式のものにおいて、
   ばねエレメント（１４）が少なくとも１つのばね区分（１４″，Ｚ）を有しており、該ばね区分が、緊締された状態で、センサエレメント（９）の長手方向軸線に対して平行な主要成分を有する方向に変形されており、ばねエレメント（１４）が、圧着体（１３）の軸方向端部において、一方の端部に設けられた係止面（１６２）に係合し、かつ他方の軸方向端部の方向にずれる際に、前記一方の端部に設けられた別の係止面（１６５）に係合するようになっていることを特徴とする、ガスセンサ。
2. ばねエレメント（１４）のばね区分（１４″，Ｚ）が、半径方向で内方に向けられた舌片状の領域であって、該領域が、圧着体（１３）の軸方向通路（１６）内に係合し、ばねエレメント（１４）のばね区分（１４″，Ｚ）が緊締された状態で弾性的に変形されている、請求項１記載のガスセンサ。
3. ばねエレメント（１４）が環状に閉じて構成されていて、緊締された状態で、互いにほぼ直径方向で向き合う２つの第１のばね区分（１４′）と、少なくとも２つの別のばね区分（１４″）とを有しており、この場合、前記２つの第１のばね区分（１４′）が、環状のばねエレメント（１４）の半径方向軸線を基準にして湾曲された平面を規定していて、前記２つの別のばね区分（１４″）が、前記２つの第１のばね区分（１４′）間で、前記湾曲された平面の凸状側に配置されているか、若しくは凸状側の前に配置されている、請求項１又は２記載のガスセンサ。
4. すべてのばね区分がばね湾曲部材として構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のガスセンサ。
5. 前記別のばね区分（１４″）が舌片状の部分として構成されている、請求項３又は４記載のガスセンサ。
6. ばねエレメント（１４）が、種々異なる半径方向幅の領域を備えたリング円板状のばねリングとして構成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のガスセンサ。
7. ばねエレメント（１４）が打ち抜き成形部分として構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のガスセンサ。
8. ばねエレメント（１４）が、センサエレメント（９）に対して互いに相対的にほぼ直径方向で向き合う少なくとも２つの圧着体（１３）を、センサエレメント（９）に向かって緊締するようになっている、請求項１から７までのいずれか１項記載のガスセンサ。
9. 各圧着体（１３）が少なくとも１つの接続導線（１１）を、センサエレメント（９）の所属の接触面（１０）上で、ばねエレメント（１４）によって作用する摩擦接続で保持するようになっている、請求項１から８までのいずれか１項記載のガスセンサ。
10. 少なくとも２つの圧着体（１３）が、これらの圧着体（１３）の一方の軸方向端部上に被せ嵌められたばねエレメント（１４）が互いに押し付けられた時に、センサエレメント（９）を受容するための、他方の軸方向端部に向かって開放する受容部を形成するようになっており、この受容部が、ばねエレメントが圧着体の他方の軸方向端部に向かってずらされることによって閉鎖可能であるか、若しくはセンサエレメント上に摩擦接続的に緊締可能である、請求項８又は９記載のガスセンサ。
11. ばねエレメント（１４）が、圧着体（１３）の他方の軸方向端部の別の係止面（１６５）内に高いばね力下で係止している、請求項１記載のガスセンサ。
12. 圧着体（１３）におけるばねエレメント（１４）のための、圧着体（１３）の軸方向で間隔を保って設けられた２つの係止面（１６２，１６５）の間に傾斜路（１６３）が配置されていて、ばねエレメントが、別の係止面（１６５）に向かって軸方向でずれる際に、次第に強く緊締されるようになっている、請求項１又は１１記載のガスセンサ。
13. 係止面（１６２，１６５）及び／又は傾斜路（１６３）が、圧着体（１３）における軸方向通路（１６）の部分領域として構成されている、請求項１２記載のガスセンサ。
14. 環状に閉じたばねエレメント（１４）が、半径方向外方に向けられた突起部（１７）を有しており、該突起部（１７）が、ばねエレメント（１４）並びに、このばねエレメント（１４）によって緊締された部分（９，１１，１３）を、ガスセンサ（１）のケーシング部分（５）の内壁で緊締によって保持し、かつ／又は振動減衰しながら支持している、請求項１から１３までのいずれか１項記載のガスセンサ。
15. ２つ又はそれ以上のばねエレメント（１４）が、圧着体（１３）上に被せ嵌められている、請求項１から１４までのいずれか１項記載のガスセンサ。
16. ばねエレメント（１４）が、内方に向けられた舌片（１５）を備えたＨ形の開口を有している、請求項６記載のガスセンサ。

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