WO1998019154A1

WO1998019154A1 - Messeinrichtung

Info

Publication number: WO1998019154A1
Application number: PCT/DE1997/001726
Authority: WO
Inventors: Helmut Weyl; Bernhard Wild; Hans-Martin Wiedenmann
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1997-08-14
Publication date: 1998-05-07
Also published as: DE19644757C2; EP0870192B1; JP4194660B2; KR19990076891A; DE59712893D1; DE19644757A1; DE19717036A1; US6342140B1; KR100524210B1; JP2000503399A; DE19717036B4; EP0870192A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung, insbesondere elektrochemischer Meßfühler, mit einem an einer Meßstelle angeordneten Sensorelement, wobei das Sensorelement in einem Gehäuse angeordnet ist, das über elektrische Verbindungsleitungen mit einer meßstellenfernen Auswerteschaltung verbunden ist, und die elektrischen Verbindungsleitungen zumindest in der Nähe der Meßstelle in einer Schutzeinrichtung geführt sind. Es ist vorgesehen, daß die Schutzeinrichtung (66) mit dem Gehäuse (16) über eine das Gehäuse (16) und die Schutzeinrichtung (66) umgreifende Befestigungseinrichtung zur Ausbildung eines Dichtsitzes (61) kraft- und formschlüssig verbunden ist.

Description

Meßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung, insbeson- dere elektrochemischen Meßfühler, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Stand der Technik

Meßeinrichtungen der gattungsgemäßen Art sind bekannt . So werden beispielsweise in einer sogenannten Fingerbauform ausgebildete elektrochemische Meßfühler in Kraftfahrzeugen zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Verbrennungsmotoren eingesetzt. Diese Meßeinrichtungen besitzen ein unmittelbar an einer Meßstelle angeordnetes Sensorelement, das in einem Gehäuse dicht festgelegt ist.

Das Sensorelement weist bekanntermaßen einen zwischen zwei Elektroden angeordneten Festkörperelektrolyten auf. Je nach Ausstattung des Sensorelementes ist eine zusätzliche Heizeinrichtung vorgesehen. Um die mit dem Sensorelement ermittelten Sensorsignale auszuwerten, beziehungsweise dem Sensorelement die notwendige Heizspannung zuzuführen, sind elektrische Verbindungsleitungen vorgesehen, die das Sensorelement mit einer entsprechenden Schaltungsanordnung verbinden. Da das Sensorelement, beispielsweise beim Messen des Sauerstoffgehaltes in Abgasen, in einem Bereich angeordnet ist, der mit einer relativ hohen Temperatur beaufschlagt wird und in dem eine erhöhte Verschmut- zungsgefahr besteht, ist es bekannt, die elektrischen Verbindungsleitungen zumindest in der Nähe der Meßeinrichtung geschützt zu führen. Hierzu ist aus der DE 28 05 538 bekannt, die elektrischen Verbindungs- leitungen in einer als Hohlleitung bezeichneten Schutzeinrichtung zu führen. Diese auch aus einem elastischen Schlauch bestehende Hohlleitung greift an einem Bund des Gehäuses der Meßeinrichtung an und bildet mit diesem einen Dichtsitz. Hierbei besteht ein Formschluß zwischen der Schutzeinrichtung und dem Gehäuse. Bei dem bekannten Dichtsitz ist nachteilig, daß zwar ein ausreichender Schutz gegen grobe Verunreinigungen, beispielsweise durch Spritzwasser, besteht, jedoch feine Verunreinigungen, die beispielsweise durch einen nebelartigen Niederschlag verur- sacht werden, wie dies gerade auch am Einbauort der Meßeinrichtungen in Kraftfahrzeugen vorkommt, keine ausreichende Dichtwirkung entgegengesetzt wird. Der nebelartige Niederschlag kriecht entlang der den Dichtsitz bildenden Dichtflächen der Schutzeinrich- tung und des Gehäuses entlang und gelangt so in das Innere der Meßeinrichtung.

Diese Schutzeinrichtung besitzt ferner den Nachteil, daß sie keinen ausreichenden Schutz der elektrischen Verbindungsleitungen gegen äußere mechanische Beschädigungen, beispielsweise durch scharfes Abknicken und am Einbauort der Meßeinrichtung auftretenden relativ hohen Temperaturen bietet .

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, daß sie einfach aufgebaut ist und einen hohen Dichtigkeitsschutz bietet. Dadurch, daß die Schutzeinrichtung mit dem Gehäuse über eine das Gehäuse und die Schutzeinrichtung umgreifende Befestigungseinrichtung zur Ausbildung eines Dichtsitzes kraft- und formschlüssig verbunden ist, wird eine absolute Dichtigkeit des Dichtsitzes erreicht. Selbst das Angreifen von nebelartigen Verunreinigungen wird durch den Form- und Kraftschluß zwischen der Schutzeinrichtung und dem Gehäuse eine Barriere entgegengesetzt, so daß ein Passieren des Dichtsitzes durch ein Entlangkriechen der Verunreinigungen ausge- schlössen ist.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß das Gehäuse im Bereich des Dichtsitzes zumindest bereichsweise eine Beschichtung aufweist, die einen Form- und Kraftschluß zwischen dem Gehäuse und der Schutzeinrichtung ausbildet, wobei die Beschichtung vorzugsweise eine PTFE (Polyte- trafluorethylen) -Beschichtung ist. Hierdurch wird erreicht, daß zwischen der PTFE-Beschichtung des Gehäu- ses und der vorzugsweise aus einem PTFE-Material bestehenden Schutzeinrichtung ein Kraftschluß durch die hydrophoben Eigenschaften des PTFE-Materials entsteht. Durch die hiermit verbundene wasserabstoßende Wirkung wird das Eindringen von Feuchtigkeit über den Dichtsitz in das Gehäuse sicher vermieden.

Aufgrund der hohen Temperaturbeständigkeit des PTFE- Materials ist es darüber hinaus geeignet, auch bei einer Temperaturbelastung des Gehäuses der Meßeinrichtung eine dauerhafte Dichtwirkung sicherzustellen.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Beschichtung eine PFA (Poly- fluoramid) -Beschichtung ist. Hierdurch kann die Eigenschaft des Materials, nämlich ab einer bestimmten Temperatur eine Klebwirkung zu entfalten, ausgenutzt werden, indem der Dichtsitz auf diese notwendige Temperatur erwärmt wird. Durch die Erwärmung verflüssigt sich die PFA-Beschichtung und realisiert einen form- und kraf schlüssigen Dichtsitz zwischen der Schutzeinrichtung und dem Gehäuse. Bevorzugt ist vorgesehen, durch eine gezielte Erwärmung, insbesondere durch eine induktive Erwärmung, die PFA-Beschichtung nur teilweise zu verflüssigen, so daß diese formstabil bleibt und ein definiertes Herstellen des Dichtsitzes gestattet. Hierdurch wird in einfacher Weise unter den gegebenen Einsatzbedingungen der Meßeinrichtung eine dauerhafte Abdichtung des Innenraumes der Meßeinrichtung an dem Dichtsitz zwischen der Schutzeinrichtung und dem Gehäuse sicher- gestellt. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schutzeinrichtung ein elastisches Hohlelement ist, dessen Mantel zumindest bereichsweise strukturiert ist. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, daß durch die Strukturierung einerseits die Flexibilität des Hohlelementes erhalten bleibt, andererseits jedoch eine mechanische Stabilisierung eintritt, die ein scharfkantiges Abknicken der Hohlleitung und damit der in der Hohlleitung geführten elektrischen Verbindungsleitungen verhindert.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das elastische Hohlelement an seinen Enden Befestigungsabschnitte aufweist, die ein ein- faches und dichtes Befestigen des Hohlelementes an dem Sensorelement einerseits und einer Kontaktie- rungseinrichtung für die elektrischen Verbindungsleitungen andererseits gestatten. Die Befestigungsabschnitte sind vorzugsweise so ausgebildet, daß diese mit entsprechenden Paßstücken des Sensorelementes beziehungsweise der Kontaktierungseinrichtung unter Zuhilfenahme einer hülsenartigen Befestigungseinrichtung unlösbar verbunden werden können. Hierdurch wird sehr vorteilhaft eine flächenhafte Be- rührung zwischen dem elastischen Hohlelement und dem Sensorelement beziehungsweise der Kontaktierungseinrichtung gewährleistet, die ein dauerhaftes, auch unter Temperatureinwirkung beziehungsweise mechanischer Belastung anhaltendes Dichtverhalten garan- tiert. Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß das elastische Hohlelement aus einem PTFE-Material besteht. Hierdurch wird sichergestellt, da bekannterweise dieses Material eine hohe Tempera- turbeständigkeit besitzt, und um so geringer die Materialstärke ist, um so geringer ein temperaturabhängiges Fließen des Materials eintritt, daß eine besonders gute Eignung für ein die Befestigungsenden aufweisendes elastisches Hohlelement gegeben ist . Insbesondere an der dem Sensorelement, also den relativ hohen Temperaturen ausgesetztem Befestigungsabschnitt, kann so eine dauerhafte dichte, mechanischen Beanspruchungen aussetzbare Verbindung geschaffen werden .

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 in einem schematischen Längsschnitt eine Meßeinrichtung;

Figur 2 einen Längsschnitt durch ein elasti- sches Hohlelement; Figuren 3 Längsschnitte durch eine Schutzhülse; und 4

Figur 5 schematisch die Herstellung eines Dichtsitzes;

Figur 6 einen Längsschnitt durch eine Verstemm- hülse;

Figur 7 einen Längsschnitt und eine Draufsicht einer weiteren Tülle;

Figur 8 einen Längsschnitt und eine Draufsicht einer weiteren Tülle und

Figur 9 einen Längsschnitt durch eine weitere Verstemmhülse .

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt in einem Längsschnitt eine Meßeinrichtung 10. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung sollen nur die für die Erfindung wesentlichen Bestandteile erläutert werden. Der Aufbau und die Funktion der Meßeinrichtung 10 sind allgemein bekannt.

Die Meßeinrichtung 10 weist ein Sensorelement 12 auf. Das Sensorelement 12 kann an sich jedes beliebige Sensorelement zum Messen einer physikalischen Größe sein. Im gezeigten Beispiel wird davon ausgegangen, daß es sich bei dem Sensorelement 12 um einen elektrochemischen Meßfühler 14 handelt, der zur Bestim- mung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Verbrennungsmotoren eingesetzt wird. Das Sensorelement 12 ist in einem Gehäuse 16 angeordnet, das in einem nicht dargestellten Abgasrohr befestigbar ist. Das Gehäuse 16 ist durch eine Durchgangsöffnung des Ab- gasrohres geführt und mit entsprechenden Befestigungsmitteln, beispielsweise einer Überwurfmutter, arretiert. Die Befestigung des Gehäuses 16 erfolgt so, daß dieses dichtend in der Durchgangsöffnung an- geordnet ist.

Innerhalb des Gehäuses 16 sind hier nicht detailliert dargestellte Elektroden sowie eine Heizeinrichtung angeordnet, mittels denen in hier nicht näher zu betrachtender Weise eine Sauerstoffkonzentration in einem Abgas eines Kraftfahrzeuges meßbar ist. Die Elektroden und die Heizeinrichtung sind über elektrische Verbindungsleitungen 20 mit einer entsprechenden Auswerte- beziehungsweise Ansteuerschaltung verbunden. Im gezeigten Beispiel wird davon ausgegangen, daß insgesamt vier Verbindungsleitungen 20 vorgesehen sind. Nach weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen, kann jedoch die Anzahl der Verbindungsleitungen entsprechend der Ausstattung des Sensorelementes 12 variieren, das heißt, die Anzahl kann größer oder kleiner als vier sein.

Die Verbindungsleitungen 20 dienen einerseits zum Abgreifen von Sensorsignalen und andererseits zum Be- reitstellen einer Heizspannung. Nachfolgend soll die Führung der Verbindungsleitungen 20 näher erläutert werden . Das Gehäuse 16 geht an seinem meßstellenfemen Ende in eine Schutzhülse 24 über. Die Schutzhülse 24 kann entweder einstückig mit dem Gehäuse 16 ausgebildet sein, beziehungsweise diese ist - wie im gezeigten Beispiel - als separates Teil ausgebildet, das fest mit dem Meßfühler 14 verbunden ist. Hierzu besitzt der Meßfühler 14 einen keramischen Grundkörper 26, der einen entsprechend ausgebildeten Bund 28 aufweist. Die Schutzhülse 24 ist - wie Figur 3 zeigt - als rotationssymmetrisches Stufenteil ausgebildet, das heißt, über die axiale Erstreckung der Schutz - hülse 24 verringert sich deren Durchmesser stufenweise. Hierdurch wird einerseits die mechanische Stabilität der Schutzhülse 24 erhöht und andererseits eine Anpassung eines Eingangsdurchmessers auf seiten des Bundes 28 auf einen Ausgangsdurchmesser, in der Figur 3 rechts dargestellt, an eine noch zu erläuternde Schutzeinrichtung ermöglicht.

Die Schutzhülse 24 nimmt eine Tülle 30 auf, die innerhalb des durchmesserkleinsten Abschnitts 32 angeordnet ist. Die Tülle 30, die in den Figuren 7 und 7a detaillierter dargestellt ist, besitzt einen Grundkörper 34 aus einem nachgiebigen Material. Der Grund- körper 34 besitzt in axialer Richtung verlaufende Durchgangsöffnungen 36, die zur Aufnahme der Verbindungsleitungen 20 dienen. Entsprechend der Anzahl der Verbindungsleitungen 20 sind im hier gezeigten Beispiel vier Durchgangsöffnungen 36 vorgesehen. Die axiale Erstreckung des Grundkörpers 34 ist größer als die axiale Erstreckung des Abschnitts 32 der Schutz- hülse 24, so daß der Grundkörper 34 mit seinem einen Ende 38 über die Schutzhülse 24 hinausragt. Das Ende 38 besitzt eine konisch verlaufende Mantelfläche 40. Der Außendurchmesser der Tülle 30 ist so gewählt, daß diese in den Abschnitt 32 der Schutzhülse 24 spiel- frei eingepreßt werden kann und aufgrund ihrer Elastizität festgelegt werden kann. Hierbei erfolgt ein Zusammenpressen des Grundkörpers 34, so daß sich an seinem innerhalb der Schutzhülse 24 angeordneten Ende 42 quasi ein Bund 44 ergibt, der einen beispielweise konisch verlaufenden Übergangsbereich 46 der Schutz- hülse 24 zu einem durchmessergrößeren Abschnitt hintergreift. Hierdurch wird ein dichtes Einbringen der Tülle 30 in die Schutzhülse 24 ermöglicht. Die Tülle 30 besteht vorzugsweise aus einem PTFE-Material. Die Durchgangsöffnungen 36 sind vorzugsweise derart ausgebildet, daß die Verbindungsleitungen 20 ebenfalls durch diese dichtend geführt sind, das heißt, zwischen dem Außenmantel der Verbindungsleitungen 20 und den Durchgangsöffnungen 36 besteht keine Undichtig- keit. Die Tülle 30 bildet gleichzeitig eine Zugentlastung für die Verbindungsleitungen 20.

Das Ende 38 der Tülle 30 ist innerhalb eines Befestigungsabschnittes 48 eines elastischen Hohlelementes 50 angeordnet. Eine detaillierte Darstellung des Hohlelementes 50 ist in Figur 2 gezeigt. Das Hohlelement 50 ist als Formschlauch ausgebildet, wobei dieser an seinem einen Ende den Befestigungsabschnitt 48, an seinem anderen Ende einen Befestigungsab- schnitt 52 und zwischen den Befestigungsabschnitten 48 und 52 einen Führungsabschnitt 54 aufweist. Der Befestigungsabschnitt 48 besitzt einen Innendurch- messer, der ein Aufschieben auf den Abschnitt 32 der Schutzhülse 24 gestattet. Die axiale Länge des Befestigungsabschnittes 48 ist hierbei so gewählt, daß bei aufgeschobenem Befestigungsabschnitt 48 dieser den gesamten Abschnitt 32 übergreift und ein konisch verlaufender Übergang 56 zwischen dem Befestigungsabschnitt 48 und dem Führungsabschnitt 54 an der mit gleicher Konizität verlaufenden Mantelfläche 40 der Tülle 30 anliegt. Durch diese Ausbildung sowohl der Tülle 30 als auch des Befestigungsabschnittes 48 und des Abschnitts 32 der Führungshülse 24 wird eine großflächige Dichtfläche geschaffen, die ein Eindringen von Verschmutzungen in die Schutzhülεe 24 und somit in das Gehäuse 16 verhindert.

Gesichert wird diese Dichtstelle mittels einer in Figur 6 im Detail gezeigten Hülse 58, die den Dichtungsabschnitt 48 quasi umgreift. Die Hülse 58 besitzt einen nach innen geformten kragenförmigen Bund 60, der einerseits als Abstützung auf dem Abschnitt 32 und andererseits als Anschlag für den Befestigungsabschnitt 48 dient. Die Hülse 58 wird durch Aufbringen einer äußeren mechanischen Kraft zumindest bereichsweise plastisch verformt, ein sogenanntes Verstemmen, so daß der Befestigungsabschnitt 48 fest zwischen der Hülse 58 und dem Abschnitt 32 eingeklemmt ist . Insgesamt wird somit eine mechanisch sichere, das heißt auch auf Zug belastbare Verbindung, zwischen dem Hohlelement 50 und der Schutzhülse 24 beziehungsweise dem Gehäuse 16 erreicht, die zudem noch eine große Dichtwirkung aufweist . Wie in Figur 4 deutlich wird, besitzt der Abschnitt 32 der Schutzhülse 24 an seinem Außenumfang eine Beschichtung 57. Die Beschichtung 57 besteht nach einem ersten Ausführungsbeispiel aus einem PTFE-Materi- al, das mittels geeigneter Verfahren auf den Abschnitt 32 aufgebracht ist. Hierzu sind spezielle Beschichtungstechniken bekannt, die einen Verbund von Metallen, hier die Schutzhülse 24, und PTFE-Material 32 gestatten. Die Beschichtung 57 ist mit relativ ge- ringer Stärke aufgetragen, so daß das Aufschieben des Befestigungsendes 48 auf den Abschnitt 32 mit seiner Beschichtung 57 möglich ist.

Durch das Vorsehen der Beschichtung 57 aus einem PTFE-Material kommt es im Bereich des auf die Schutz - hülse 24 aufgeschobenen Hohlelementes 50 zur Ausbildung eines Dichtsitzes 61 zwischen der fest mit der Schutzhülse 24 verbundenen Beschichtung 57 und dem Befestigungsabschnitt 48 des Hohlelementes 50. Die Dichtflächen werden einerseits durch den Außenmantel der Beschichtung 57 und andererseits durch den Innenmantel des Befestigungsabschnittes 48 gebildet. Hierdurch kommt es zur Ausbildung einer relativ großflächigen Dichtfläche, die das Eindringen von Ver- schmutzungen in die Schutzhülse 24 und damit in das Gehäuse 16 verhindert. Da sowohl die Beschichtung 57 als auch das Hohlelement 50 aus einem PTFE-Material bestehen, wird der Dichtsitz 61 aus zwei sich unmittelbar gegenüberliegenden Dichtflächen aus PTFE-Ma- terial gebildet. PTFE-Material hat bekanntermaßen ausgeprägte hydrophobe Eigenschaften, das heißt, in sich gegenüberliegenden Grenzschichten von PTFE-Ma- terialien kommt es zu einem Kraftschluß. Gleichzeitig wird hiermit eine wasserabweisende Wirkung erzielt, so daß selbst nebelartige Verunreinigungen beziehungsweise Feuchtigkeiten den Dichtsitz 61 nicht pas- sieren können.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Beschichtung 57 aus einem PFA-Material bestehen. Es ist bekannt, daß PFA-Materialien bei Erwärmung auf eine bestimmte Temperatur, die zirka bei 310 bis 330 °C liegt, anfangen sich zu verflüssigen. In diesem Temperaturbereich wird eine bestimmte Viskosität des PFA-Materials erreicht, so daß dieses eine Klebwirkung entfaltet. Diese bekannten Eigenschaft des PFA- Materials wird ausgenutzt, indem der Dichtsitz 61 nach Aufschieben des Befestigungsabschnittes 48 auf die die Beschichtung 57 aufweisende Schutzhülse 24 definiert erwärmt wird.

Hierzu kann die in Figur 5 schematisch angedeutete Vorrichtung verwendet werden. Figur 5 zeigt einerseits den Längsschnitt der Meßeinrichtung 10 gemäß Figur 1, so daß insofern auf die dortige Beschreibung verwiesen werden kann.

Zur Herstellung eines form- und kraftschlüssigen Dichtsitzes 61 zwischen dem Befestigungsabschnitt 48 und der Beschichtung 57 und damit der Schutzhülse 24 ist eine insgesamt mit 80 bezeichnete Einrichtung vorgesehen. Die Einrichtung 80 besitzt eine Induktionsspule 82, deren Innendurchmesser so gewählt ist, daß die Meßeinrichtung 10 zumindest mit dem Abschnitt 32 der Schutzhülse 24 in die Induktionsspule 82 einführbar ist. Die Induktionsspule 82 ist mit einer Spannungsquelle, beispielsweise einem Hochfrequenzgenerator 84, verbunden. Ferner können die Spulen- leitungen der Induktionsspule 82 als Hohlleiter ausgebildet sein, so daß ein Kühlkreislauf 86 eines Kühlmediums, beispielsweise Luft oder Wasser, aufrechterhalten werden kann. Die Funktionsweise einer derartigen, auf Basis einer Induktionsspule 82 arbei- tenden Einrichtung 80 ist allgemein bekannt. Durch Einschalten des Hochfrequenzgenerators 84 wird durch die Induktionsspule 82 Wärmeenergie erzeugt, die ein definiertes Beaufschlagen der Meßeinrichtung 10 mit dieser Wärmeenergie ermöglicht. Da die Schutzhülse 24 aus einem metallischen Material besteht, eignet sich diese als Wärmeleiter. Durch Erwärmung der Schutzhülse 24 in ihrem Abschnitt 88 erfolgt eine Wärmeleitung unter anderem in Richtung des Abschnittes 32, so daß die auf dem Abschnitt 32 aufgebrachte Be- Schichtung 57 aus dem PFA-Material ebenfalls erwärmt wird. Durch definierte Erwärmung, die beispielsweise über eine Zeit der Erwärmung, eine Höhe des Stromflusses durch die Induktionsspule 82 oder andere geeignete Vorkehrungen eingestellt werden kann, erfolgt ein definiertes Erwärmen der Beschichtung 57 derart, daß diese viskos wird.

Durch das anschließende Verstemmen der Hülse 58 wird der Befestigungsabschnitt 48 gegen die, infolge der Wärmeeinwirkung plastifizierte Beschichtung 57 gedrückt, so daß sich nach Erkalten und Wiedererstarren der Beschichtung 57 ein inniger form- und kraft- schlüssiger Verbund zwischen dem Befestigungsabschnitt 48 und der Beschichtung 57 ergibt. Hierdurch wird der Dichtsitz 61 mit einer dauerhaften, großen Dichtwirkung ausgebildet.

Sowohl bei der Ausbildung der Beschichtung 57 aus einem PTFE-Material oder einem PFA-Material wird sichergestellt, daß aufgrund der während des bestimmungsgemäßen Einsatzes der Meßeinrichtung 10 auftre- tenden Betriebstemperaturen von beispielsweise zirka 250 bis 300 °C, eine Temperaturbeständigkeit des Dichtsitzes 61 gegeben ist, so daß eine beständige Abdichtung der Meßeinrichtung 10 vor Eintritt von äußeren Verunreinigungen sichergestellt ist.

Ein Mantel 62 (Figur 2) des Führungsabschnittes 54 des Hohlelementes 50 besitzt eine Strukturierung 64. Die Strukturierung 64 besteht darin, daß über die axiale Erstreckung des Führungsabschnittes 54 der Mantel 62 Abschnitte mit unterschiedlichen, gegebenenfalls sich wiederholenden Durchmessern aufweist. Die Strukturierung 64 kann so ausgebildet sein, daß sich eine spiralförmige Struktur ergibt. Nach weiteren Ausführungsbeispielen kann der Mantel 62 zueinan- der beabstandete konzentrische Ringe aufweisen. Ein Durchmesser der Ringe kann hierbei über die axiale Länge des Führungsabschnittes 54 variieren, das heißt, dieser wird beispielsweise von den Befestigungsabschnitten 48 und/oder 52 ausgehend geringer oder größer. Eine weitere Ausführungsvariante besteht darin, daß die Strukturierung 64 die Form eines Außengewindes aufweist. Hierbei kann wiederum die sich ergebende gewindeförmige Strukturierung 64 über die axiale Erstreckung des Führungsabschnittes 54 unterschiedliche Gewinde-Steigungen aufweisen.

Durch die Form der Strukturierung 64, die wie erläutert unterschiedlichster Art sein kann, wird eine mechanische Stabilisierung des Hohlelementes 50 erreicht, das aber trotzdem aufgrund dessen elastischen Materials insgesamt biegbar bleibt. Da das Hohlele- ment 50 die Verbindungskabel 20 aufnimmt, bildet dieses quasi eine Schutzeinrichtung 66 für die Verbindungskabel 20. Bei erhaltengebliebener Elastizität des Hohlelementes 50, die zur Führung der Verbindungskabel 20 an ihrem Einbauort notwendig ist, wird gleichzeitig durch die Strukturierung 64 ein Knickschutz erzielt, der ein scharfkantiges Abknicken des elastischen Hohlelementes 50 und somit der darin geführten Verbindungsleitungen 20 verhindert. Eine zusätzliche Abstützung wird bei einem eventuellen Abbiegen des Hohlelementes 50, wobei wie erläutert ein scharfkantiges Abknicken nicht möglich ist, durch den konischen Abschnitt 56 zwischen dem Befestigungs- abschnitt 48 und dem Führungsabschnitt 54 sichergestellt, indem dieser an der konischen Mantelfläche 40 der Tülle 30 anliegt.

Da das elastische Hohlelement 50 aus einem PTFE- Material besteht, besteht neben dem mechanischen Schutz der Verbindungsleitungen 20 gleichzeitig ein Schutz vor unzulässiger Erwärmung der Verbindungsleitungen 20. PTFE-Material besitzt bekannterweise eine hohe Wärmebeständigkeit, die jedenfalls im Bereich der am Einbauort der Meßeinrichtung 10 erwarteten Temperaturen von beispielsweise zirka 250 bis 300 °C ein dauerndes geschütztes Führen der Verbindungs- leitungen 20 gestattet und eine beständige Abdichtung der Meßeinrichtung 10 vor Eintritt von äußeren Verunreinigungen sicherstellt.

Der meßgasferne Befestigungsabschnitt 52 nimmt eine weitere Tülle 68 auf. Die Tülle 68, die in Figur 8 näher gezeigt ist, ist ähnlich wie die Tülle 30 in den Befestigungsabschnitt 52 eingeschoben. Die Tülle 68 besitzt einen Grundkörper 70, der entsprechend der Anzahl der Verbindungsleitungen 20 Durchgangsöffnungen 72 aufweist. Der Grundkörper 70 besitzt - in axialer Richtung gesehen - an seinem einen Ende eine konische Abschrägung 74 und an seinem anderen Ende einen Kragen 76. Anhand dem in Figur 1 gezeigten montierten Zustand der gesamten Meßeinrichtung 10 wird deutlich, daß die Abschrägung 74 sich an einem konisch verlaufenden Abschnitt 76 des Hohlelementes 50, der zwischen dem Befestigungsabschnitt 52 und dem Führungsabschnitt 54 liegt, abstützt. Der Kragen 76 dient als Anschlag für den auf die Tülle 70 aufgeschobenen Befestigungsabschnitt 52. Der Befestigungs- abschnitt 52 -und damit die Tülle 68- wird von einer Hülse 78 umgriffen. Die Hülse 78 besitzt, wie Figur 9 näher zeigt, einen radial nach innen gerichteten kragenförmigen Bund 80, der als Anschlag für den Kragen 76 der Tülle 70 dient. Die aufgeschobene Tülle 78 wird ebenfalls, zumindest bereichsweise, plastisch verformt, so daß der Befestigungsabschnitt 52 zwischen der Tülle 70 und der Hülse 78 quasi eingequet- seht und damit arretiert ist. Aufgrund der relativ großen Berührungsfläche zwischen dem Befestigungsabschnitt 58 und der Hülse 78 beziehungsweise der Tülle 70 ergibt sich eine großflächige Dichtfläche, die einen Eintritt von Verunreinigungen beziehungsweise Verschmutzungen in das Hohlelement 50 verhindert. Die Verbindungsleitungen 20 sind durch die Durchgangsöffnungen 72 der Tülle 70 hindurchgeführt, wobei hier ebenfalls, analog der Tülle 30, eine dichte Führung gewährleistet ist. Außerhalb der Tülle 70 können die Verbindungsleitungen 20 entweder -eine hier nicht dargestellte Kontakteinrichtung- zum Verbinden mit zu einer Auswerteschaltung führenden weiteren Verbindungsleitungen aufweisen, beziehungsweise die Verbin- dungsleitungen 20 sind direkt bis zu dieser Schaltung geführt .

Die Tülle 68 besteht aus einem elastischen Material, beispielsweise Silikongummi, so daß diese unter leichtem Zusammenpressen in den Befestigungsabschnitt 52 eingedrückt werden kann. Hierdurch wird die Dicht- Wirkung sowohl zwischen der Tülle 70 und dem Befestigungsabschnitt 52 als auch zwischen der Tülle 70 und den durch den Durchgangsöffnungen 72 hindurchgeführ- ten Verbindungsleitungen 20 gewährleistet. Sollte der Befestigungsabschnitt 52 noch in einem relativ hoch- temperaturbelasteten Einbaubereich angeordnet sein, kann die Tülle 70 ebenfalls aus einem PTFE-Material bestehen. In diesem Falle kann die Tülle 70 bei- spielsweise in den Befestigungsabschnitt 52, der ebenfalls wie das gesamte Hohlelement aus einem PTFE- Material besteht, eingeklebt werden, indem dieser Bereich kurzzeitig über eine Schmelztemperatur des PTFE-Materials erwärmt wird, so daß eine Verschmelzung zwischen der Tülle 70 und dem Befesti-gungs- abschnitt 52 erfolgt .

Die Befestigungsabschnitte 48 und 52 besitzen, wie Figur 2a und 2b verdeutlicht, jeweils eine noppenartige Erhöhung 90 beziehungsweise 92. Diese noppenartigen Erhöhungen 90 beziehungsweise 92 dienen zur Fixierung der Hülsen 58 beziehungsweise 78 während der Montage. Für die Dichtwirkung beziehungsweise den mechanischen Knickschutz des Hohlelementes 50 besitzen die Erhöhungen 82 und 84 keine funktioneile Bedeutung.

Claims

Patentansprüche

1. Meßeinrichtung, insbesondere elektrochemischer Meßfühler, mit einem an einer Meßstelle angeordneten Sensorelement, wobei das Sensorelement in einem Gehäuse angeordnet ist, das über elektrische Verbindungsleitungen mit einer meßstellenfemen Auswerteschaltung verbunden ist, und die elektrischen Verbindungsleitungen zumindest in der Nähe der Meßstelle in einer Schutzeinrichtung geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung (66) mit dem Gehäuse (16) über eine das Gehäuse (16) und die Schutzeinrichtung (66) umgreifende Befestigungseinrichtung zur Ausbildung eines Dichtsitzes (61) kraft- und formschlüssig verbunden ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung (66) ein elastisches Hohlelement (50) ist, das zur Ausbildung des Dichtsitzes (61) einen Befestigungsabschnitt (48) aufweist, der an ein Paßstück des Gehäuses (16) angreift .

3. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mantel (62) des Hohlelementes (50) zumindestens bereichsweise eine Strukturierung (64) aufweist, wobei die Strukturierung (64) sich über einen Führungsabschnitt (54) des Hohlelementes (50) erstreckt.

. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der Strukturierung (64) der Mantel (62) Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist.

5. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern sich über die axiale Erstreckung des Führungsabschnittes (54) wiederholen.

6. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierung (64) eine Spiralform besitzt.

7. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierung (64) von zueinander beabstandeten konzentrischen Ringen gebildet wird.

8. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierung (64) die Form eines Außengewindes des Mantels (62) aufweist.

9. Meßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Außengewinde über die axiale Erstreckung des Führungsabschnittes (54) unterschiedliche Steigungen aufweist.

10. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlelement

(50) Befestigungsabschnitte (48, 52) aufweist, die beidseitig des Führungsabschnittes (54) angeordnet sind.

11. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsabschnitte (48, 52) Tüllen (30, 68) aufnehmen, die Durchgangsöffnungen (36, 72) zur Führung der elektrischen Verbindungsleitungen (20) aufweisen.

12. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsabschnitte (48, 52) mittels zumindest teilweise plastisch verformten Hülsen (58, 78) arretiert sind.

13. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (58, 78) mit den Befestigungsabschnitten (48, 52) und diese mit den Tüllen (30, 68) zur Ausbildung einer großen Dichtfläche einen großflächigen Berührungs- kontakt aufweisen.

14. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Befestigungsabschnitt (48) und der Tülle (30) ein die Tülle (30) teilweise umgreifenden Abschnitt (32) einer mit einem Gehäuse (16) verbundenen Führungs- hülse (24) angeordnet ist.

15. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tüllen (30,

68) konische Mantelflächen (40, 74) aufweisen, an denen sich mit gleicher Konizität verlaufende Über- gänge (56, 76) zwischen den Befestigungsabschnitten (48, 52) und dem Führungsabschnitt (54) des Hohlelementes (50) abstützen.

16. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16) im Bereich des Dichtsitzes (61) zumindest bereichsweise eine Beschichtung (57) aufweist.

17. Meßeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (57) eine PTFE-Be- schichtung ist.

18. Meßeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Beschichtung (57) eine PFA-Be- schichtung ist.

19. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Form- und Kraftschluß durch definiertes Erwärmen der Beschichtung (57) über den Schmelzpunkt der Beschichtung (57) und eine gleichzeitige und/oder nachfolgende Verformung durch eine mechanische Kraft erzielbar ist.

20. Meßeinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung induktiv erfolgt.

21. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzein- richtung (66) aus einem PTFE-Material besteht.