WO2006072475A1 - Gasmessfühler - Google Patents

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WO2006072475A1
WO2006072475A1 PCT/EP2005/055082 EP2005055082W WO2006072475A1 WO 2006072475 A1 WO2006072475 A1 WO 2006072475A1 EP 2005055082 W EP2005055082 W EP 2005055082W WO 2006072475 A1 WO2006072475 A1 WO 2006072475A1
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WO
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contact
sensor element
insulating
gas sensor
housing
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/055082
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Joerg Renz
Juergen Ruth
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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Priority to US11/793,057 priority patent/US20080271518A1/en
Priority to EP05796957A priority patent/EP1834175A1/de
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4062—Electrical connectors associated therewith

Definitions

  • the present invention relates to a gas sensor, in particular for determining the oxygen content in exhaust gases of internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • the present invention is therefore based on the object to reduce the cost of producing such gas sensor.
  • the invention is based on a gas sensor, in particular for determining the oxygen content in exhaust gases of internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • the essence of the invention is that a contact element of a connecting line penetrates a layer of the sensor element and a part of an insulating element arranged outside the sensor element.
  • the contact element of the connecting line which may be formed, for example, as a contact pin, for contacting the sensor element directly with the conductor track formed in the interior of the sensor element.
  • Previously required connection contacts on the outer surface of the sensor elements for contacting with the guided out of the gas sensor connection cables can thus be omitted and with them their isolated trainees connections to the conductor track. This results in a reduction of the number of components and the process steps for their manufacture and assembly.
  • a further advantage resulting from such a contact structure is that previously known insulation problems, in particular at high temperatures, are eliminated.
  • these insulation problems are based on the fact that the layers of the sensor element surrounding the interconnects are used as carriers for the connection between interconnect and the externally arranged connection contact, but they become more or less conductive at high temperatures depending on the composition of the material.
  • the contact element of a connecting line for contacting a sensor element conductor can be connected directly to this contact by the inventively proposed contact structure, wherein a sufficiently large opening, in which the conductor track covering layer of the sensor element is formed. This leaves around the contact element of the connecting line sufficient free space, which ensures e j eden case that between these two no contact can take place.
  • the contact element in this sensor element layer implementation increases in its dimensions.
  • the contact element is formed in several parts.
  • So z. B. be arranged in a two-part design of the contact element on the side facing the conductor track around a contact pin around a sleeve, through which a
  • the contact pin and the sleeve can be so matched to each other that they are to be well connected with each other, and on the other hand, this compound is so strong that it certain tension effects easily resists.
  • a pulling action can occur, for example, when installing the insulating element in a housing, wherein the insulating member is held by the contact element and a connecting cable connected thereto in the housing.
  • the contact may be formed so that it is firmly connected by bonding with the circuit board.
  • it may be formed as a sleeve with or without a closed bottom, which is placed on the front side of the circuit board, and with a laser beam with this, both materials merging together, is connected.
  • the implementation in the sensor element layer is sufficiently large, so that the contact does not come into contact with it.
  • the contact element then penetrates a plurality of layers of the sensor element, preferably not touching any of these layers.
  • the insulating element it is considered advantageous for the insulating element to be suitable for insulating the contact element from at least one layer of the sensor element. For example, that can
  • Insulating to project into the implementation so that they the inner cross section of this implementation for reduces the arranged in her contact element of a connecting line and thus separates these two insulating from each other.
  • a positioning and / or fixing element can be arranged or even formed on the insulating element.
  • both the insulating element itself can be guided and positioned in the passage of the sensor element layer, as well as indirectly the contact element of the connecting line.
  • the contact element receptacle By forming a contact element receptacle on the insulating even there is the possibility to assemble contact elements with the insulating element in a pre-fabricated manner prior to installation in a housing.
  • the contact element receptacle is designed so that the contact element used in it is fixed so that it does not fall out during assembly.
  • the insulating element is designed to be stable in such a way that it is suitable for transmitting a pressing force to a contact element. This is particularly advantageous in those embodiments in which the
  • Such a pressing force can be caused for example by a spring element.
  • the housing may for example consist of a spring steel, which preformed accordingly for fixing a sensor element is.
  • the housing is deformed with a temporarily acting thereon force so that the sensor element can be inserted and positioned accordingly. Subsequently, this force acting temporarily on the housing force is removed again and the housing can resiliently act on the inserted sensor element with the insulating and contact elements arranged thereon compressively.
  • Another possibility of compression for example, by a permanent deformation of a tubular housing body formed at the appropriate locations, preferably in the contact area.
  • the insertion of the contact element into the insulating element can in particular be facilitated by the fact that a positioning and / or fixing element is arranged or even formed on the contact element.
  • Conical contours are particularly well suited for this, since they have good guiding properties and, in addition to the transmission of forces between two adjoining elements, are outstandingly suitable.
  • a positioning and / or fixing element is also arranged on the sensor element. Such can be realized for example by a chamfer in the leading edge region of the passage through a planar layer of the sensor element. As a result, both the contact element of the connecting line and the insulating element in Joining better managed, positioned and fixed with appropriate shaping of the touching parts.
  • the contact pin can receive a deforming force from a preferably complementary contour from the insulating element during the compression of the housing via correspondingly shaped shoulders and thus be pressed against the conductor track in good contact.
  • this compression process also the required connection of the contact pin with the corresponding connection line can be carried out in one process step.
  • FIG. 1 is an oblique plan view of exploded exploded elements of a gas sensor
  • FIG. 2 shows an oblique top view of a housing of a gas sensor with a cable harness connected thereto and a sensor element to be inserted into the housing for contacting;
  • 3 j e a plan view and partial sectional views of 4b sectional views of a contact arrangement according to the invention for contacting a sensor element directly on a conductor formed in the interior of the sensor element, before and after contacting;
  • FIGS. 5j in each case a sectional view through one and 6 insulating element, which is for receiving a
  • Contact element is designed suitable for a connecting cable
  • FIG. 1 shows an oblique plan view of explosively exploded elements of a gas sensor 1. This is a
  • Housing 2 in which a sensor element 3 is to be determined by means of a fixing element 5.
  • contact elements 6 for leads to be led out of the housing 2 are directly contacted with the conductor tracks formed in the interior of the sensor element.
  • the fixing element 5 is formed as an insulating element 5, wherein a contact element 6 of a connecting line penetrates both the insulating element 5 arranged outside the sensor element 3 and a layer of the sensor element 3 (see FIG. 4), but without touching this sensor element layer.
  • contact openings 5.9 are arranged in the insulating element 5, through which the contacts 6 can be passed for making contact with the contact region 3.1 of the sensor element 3.
  • the contacts 6 are shown in two parts. They consist of a part 6a to be arranged in the interior of the insulating element 5 and a second contact part 6b to be guided from outside through the contact opening 5.9 and to be connected to the part 6a.
  • the seals 4, 4.1, 4.3 as well as the sealing areas 5.2, 5.4 assigned to them on the insulating element 5 as well as the sealing areas 2.2 and 2.4 on the housing are mentioned. They are used for gas-tight separation of a sample gas range from a reference gas range of the gas sensor.
  • a fixing aid 5.5 is formed on the outer shell bottom.
  • the housing itself is constructed in one piece in the assembled state, so that the parts 2a, 2b, 2c form a common unit.
  • FIG. 2 shows a prefabricated assembled housing 2 with a connected cable harness 7, ready for Recording of the sensor element 3 and for carrying out the contact according to the invention.
  • the connection lines 7.1 to 7.3 are connected to the contacts 6.1 to 6.3, which in turn are contacted with the tracks 3.11 to 3.13 of the sensor element directly in the interior of the sensor element.
  • FIG. 3 shows a plan view and FIG. 3 a shows a sectional view in section through a contact region of a housing 2 inserted in a housing 2
  • FIG. 4 and 4a show the same arrangement after setting of the sensor element in the housing for producing the contact according to the invention.
  • the contact element 6 is preferably made of ductile material.
  • a deformation of the contact 6 can be effected, which, in addition to good contact with the conductor track, also effects a good setting effect of the contact element 6 in the insulating element 5. This effect can be seen in particular from the comparison of the two detailed representations in FIGS. 3b and 4b.
  • the contact 6 is set in such a way that it fills the inner contours of the contact opening 5.9.
  • a curved outer contour of the contact 6 is shown in order to show the deformation of the contact 6.
  • the bushing 3.21 is designed so large that even with the shown deformation of the contact 6, this does not come into contact with the relevant sensor element layer.
  • the contact 6 is only in contact with the insulating element 5, which in turn forms an additional insulation with respect to the sensor element layer for the contact 6 by the centering nose 5.20.
  • this centering 5.20 also has the function of a positioning and / or fixing element, which has a positive effect both on the insulating member 5 and on the contact 6 in the manufacture of the contact according to the invention.
  • a ductile property of the contact is used in order to build up a correspondingly elastic connection during the contacting.
  • the housing can be made in a first embodiment of spring steel.
  • the sensor element is it previously formed from a given shape, equipped with the sensor element and then relaxed again for recovery. This results in a resiliently loaded contact connection.
  • the housing 2 may be formed, for example, as a square tube, as shown in Figure 1, which can be pressed by its external assembly with the sensor element, the insulating member 5 and the contacts 6 for producing the contact connection according to the invention.
  • Figures 5 and 6 show two different embodiments of insulating elements 5 in cross-sectional view in section through a
  • FIGS. 5a to 5c show various contact embodiments which are suitable for being received in the insulating element 5 according to FIG. Figures 6a to 6c show corresponding embodiments of contacts 6, which are designed to be suitable for receiving in the insulating member 5 of Figure 6.
  • the contact opening 5.9 in the insulating element 5 and the opening 3.21 in the relevant sensor element layer are arranged and configured relative to each other such that the contact 6 can be properly connected to the conductor 3.11 by a bonding process without this coming into contact with the sensor element layer can.
  • an insulating region 3.22 is formed around the contact 6 contacted with the conductor track 3.11 in the opening 3.21.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gasmessfühler, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Abgasen von Brennkraftmaschinen, mit einem Gehäuse (2), mit einem in dem Gehäuse (2) angeordneten, mehrschichtig aufgebautem Sensorelement (3) und mit nach außen geführten Anschlussleitungen zur Kontaktierung des Sensorelementes (3). Der Kern der Erfindung liegt darin, dass ein Kontaktelement (6) einer Anschlussleitung eine Schicht des Sensorelementes (2) und einen Teil eines außerhalb des Sensorelementes (2) angeordnetes Isolierelement (5) durchdringt. Durch einen solchen Kontaktaufbau ist es möglich, das Kontaktelement der Anschlussleitung, das beispielsweise als Kontaktstift ausgebildet sein kann, zur Kontaktierung des Sensorelementes direkt mit der im Inneren des Sensorelementes ausgebildeten Leiterbahn zu verbinden.

Description

"Gasmessfühler"
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasmessfühler, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Abgasen von Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik :
Zwei solche Gasmessfühler gehen aus den beiden, ebenfalls auf den gleichen Anmelder zurückgehenden Offenlegungsschriften DE 41 26 378 Al und DE 198 03 334 Al hervor . Diese beiden Gasmessfühler sind aus einer Vielzahl einzelner Teile aufgebaut, die mit entsprechendem Aufwand zusammengefügt werden müssen . Die Herstellungskosten für solche Gasmessfühler sind unter anderem somit neben der Bauteileanzahl auch von der Anzahl der erforderlichen Fertigungsschritte abhängig .
Aufgabe und Vorteile der Erfindung :
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde die Kosten für die Herstellung solcher Gasmessfühler zu reduzieren .
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst .
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben .
Die Erfindung geht von einem Gasmessfühler, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Abgasen von Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus . Der Kern der Erfindung liegt darin, dass ein Kontaktelement einer Anschlussleitung eine Schicht des Sensorelementes und einen Teil eines außerhalb des Sensorelementes angeordneten Isolierelementes durchdringt .
Durch einen solchen Kontaktaufbau ist es möglich, das Kontaktelement der Anschlussleitung, das beispielsweise als Kontaktstift ausgebildet sein kann, zur Kontaktierung des Sensorelementes direkt mit der im Inneren des Sensorelementes ausgebildeten Leiterbahn zu verbinden . Bisher erforderliche Anschlusskontakte an der äußeren Oberfläche der Sensorelemente für die Kontaktierung mit den aus dem Gasmessfühler heraus geführten Anschlussleitungen können somit entfallen und mit ihnen ihre isoliert auszubildenden Verbindungen zur Leiterbahn . Damit ergibt sich also eine Reduzierung der Bauteilezahl und der Verfahrensschritte, für deren Herstellung und Montage .
Zusätzlich ergibt sich durch einen solchen Kontaktaufbau dahingehend ein weiterer Vorteil, dass bisher bekannte Isolationsprobleme, insbesondere bei hohen Temperaturen entfallen . Diese Isolationsprobleme basieren unter anderem darauf, dass die die Leiterbahnen umgebenden Schichten des Sensorelementes als Träger für die Verbindung zwischen Leiterbahn und dem außen angeordneten Anschlusskontakt genutzt werden, diese aber bei hohen Temperaturen j e nach Materialzusammensetzung mehr oder weniger leitend werden . Demgegenüber kann durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kontaktaufbau das Kontaktelement einer Anschlussleitung zur Kontaktierung einer Sensorelement-Leiterbahn direkt mit dieser berührend verbunden werden, wobei eine ausreichend große Öffnung, in der die Leiterbahn bedeckenden Schicht des Sensorelementes ausgebildet ist . Dadurch verbleibt rund um das Kontaktelement der Anschlussleitung ausreichend freier Raum, der auf j eden Fall gewährleistet, dass zwischen diesen beiden keine Berührung stattfinden kann . Selbst dann nicht, wenn das Kontaktelement aus duktilem Material besteht, und durch Einwirkung entsprechender Verformkräfte zur Erreichung einer möglichst guten Kontaktierung sich das Kontaktelement in dieser Sensorelement-Schicht-Durchführung in seinen Ausmaßen vergrößert .
Zur Erhöhung der Kontaktfläche und/oder zur Verbesserung des Verfahrensablaufs bei der Kontaktierung der Leiterbahn mit dem Kontaktelement der Anschlussleitung kann es in einer Ausführungsform beispielsweise vorgesehen sein, dass das Kontaktelement mehrteilig ausgebildet ist . So kann z . B . bei einer zweiteiligen Ausbildung des Kontaktelementes an der der Leiterbahn zugewandten Seite um einen Kontaktstift herum eine Hülse angeordnet sein, durch die eine
Vergrößerung der Berührfläche zwischen dem Kontaktelement und der Leiterbahn entsteht .
Der Kontaktstift und die Hülse können dabei so aufeinander abgestimmt sein, dass sie zum einen gut miteinander zu verbinden sind, und zum anderen diese Verbindung so fest ist, dass sie bestimmten Zugwirkungen problemlos widersteht . Eine solche Zugwirkung kann beispielsweise beim Einbau des Isolierelementes in ein Gehäuse auftreten, wobei das Isolierelement durch das Kontaktelement und einer daran angeschlossenen Anschlussleitung im Gehäuse festgehalten wird.
In einer demgegenüber abgewandelten Ausführungsform kann der Kontakt so ausgebildet sein, dass er durch Bondung fest mit der Leiterplatte verbindbar ist . Beispielsweise kann er als Hülse mit oder ohne geschlossenem Boden ausgebildet sein, die stirnseitig an der Leiterplatte aufgesetzt wird, und mit einem Laserstrahl mit dieser, beide Materialien miteinander verschmelzend, verbunden wird. Auch für diese Kontaktelementausführung ist es vorgesehen, dass die Durchführung in der Sensorelementschicht ausreichend groß ist, so dass der Kontakt nicht mit ihr in Berührung kommt .
Selbstverständlich sind auch weitere, am Sensorelement nach außen hin nachfolgend angeordnete Schichten mit entsprechend großen Durchführungen ausgestattet, beispielsweise wenn die Leiterbahn in einer tieferen Schicht des Sensorelementes ausgebildet ist . In einem solchen Fall durchdringt das Kontaktelement dann mehrere Schichten des Sensorelementes , wobei es vorzugsweise keine einzige dieser Schichten berührt .
Insbesondere wird es als vorteilhaft angesehen, dass das Isolierelement zur Isolierung des Kontaktelementes gegenüber wenigstens einer Schicht des Sensorelementes geeignet ausgebildet ist . Beispielsweise kann das
Isolierelement dazu in die Durchführung hineinragen, so dass sie den inneren Querschnitt dieser Durchführung für das in ihr angeordnete Kontaktelement einer Anschlussleitung verringert und somit diese beiden isolierend voneinander trennt .
Vorzugsweise kann dabei am Isolierelement ein Positionier- und/oder Fixierelement angeordnet oder sogar an ihm ausgebildet sein . Dadurch kann sowohl das Isolierelement selbst in der Durchführung der Sensorelementschicht geführt und positioniert werden, als auch indirekt das Kontaktelement der Anschlussleitung .
Durch die Ausbildung einer Kontaktelement-Aufnahme an dem Isolierelement besteht sogar die Möglichkeit, Kontaktelemente mit dem Isolierelement in vorfertigender Weise vor dem Einbau in ein Gehäuse zusammenzufügen . Vorzugsweise ist die Kontaktelement-Aufnahme dabei so ausgebildet, dass das in ihm eingesetzte Kontaktelement so festgesetzt ist, dass es bei der Montage nicht mehr herausfällt .
In einer bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass das Isolierelement derart stabil ausgebildet ist, dass es zur Übertragung einer Presskraft auf ein Kontaktelement geeignet ist . Dies ist insbesondere bei solchen Ausführungsformen von Vorteil, bei denen die
Kontaktierung durch Verpressen eines Gehäuse mit darin angeordneten Sensorelementen erfolgt .
Eine solche Presskraft kann beispielsweise durch ein Federelement hervorgerufen werden . Dazu kann das Gehäuse beispielsweise aus einem Federstahl bestehen, der zur Festsetzung eines Sensorelementes entsprechend vorgeformt ist . Zur Aufnahme des Sensorelementes wird das Gehäuse mit einer vorübergehend darauf einwirkenden Kraft so verformt, dass das Sensorelement eingeführt und entsprechend positioniert werden kann . Anschließend wird diese vorübergehend auf das Gehäuse wirkende Krafteinwirkung wieder weggenommen und das Gehäuse kann federnd auf das eingefügte Sensorelement mit den daran angeordneten Isolier- und Kontaktelementen diese miteinander verpressend einwirken .
Eine andere Möglichkeit der Verpressung besteht beispielsweise durch eine bleibende Verformung eines rohrförmig ausgebildeten Gehäusekörpers an den entsprechend geeigneten Stellen, vorzugsweise im Bereich der Kontaktierung .
Die Einfügung des Kontaktelementes in das Isolierelement kann insbesondere noch dadurch erleichtert werden, dass auch an dem Kontaktelement ein Positionier- und/oder Fixierelement angeordnet oder sogar ausgebildet ist . Besonders gut geeignet sind dazu konisch ausgebildete Konturen, da diese gute Führungseigenschaften aufweisen und zusätzlich zur Übertragung von Kräften zwischen zwei aneinandergrenzenden Elementen hervorragend geeignet sind.
Weiters kann es vorteilhaft sein, wenn auch am Sensorelement ein Positionier- und/oder Fixierelement angeordnet ist . Ein solches kann beispielsweise durch eine Anschrägung im einführenden Kantenbereich des Durchgangs durch eine planare Schicht des Sensorelementes realisiert sein . Dadurch kann sowohl das Kontaktelement der Anschlussleitung als auch das Isolierelement beim Zusammenfügen besser geführt, positioniert und bei entsprechender Ausformung der sich berührenden Teile auch fixiert werden .
Erfindungsgemäß ergibt sich somit ein Kontaktaufbau bei dem die zu kontaktierende Fläche im Inneren des Sensorelementes auf dem Boden einer Sensorelement-Schicht-Aussparung ausgebildet ist, wobei diese in bevorzugter Weise die Leiterbahn ist . Durch eine am Kontaktstift ausgebildete Verjüngung kann der Kontaktstift beim Verpressen des Gehäuses über entsprechend geformte Schultern eine verformende Kraft von einer vorzugsweise komplementären Kontur aus dem Isolierelement aufnehmen und somit gut kontaktierend gegen die Leiterbahn gepresst werden . Insbesondere ist es dadurch auch möglich, den j eweiligen Kontaktstift im Isolierelement gasdicht festzulegen . Zusätzlich kann bei diesem Verpressungsvorgang auch noch die erforderliche Verbindung des Kontaktstiftes mit der entsprechenden Anschlussleitung in einem Prozessschritt durchgeführt werden .
Zeichnungen :
Mehrere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und unter Angabe weiterer Einzelheiten nachstehend näher erläutert .
Es zeigen :
Figur 1 eine schräge Draufsicht auf explosionsartig auseinandergezogen dargestellte Elemente eines Gasmessfühlers ; Figur 2 eine schräge Draufsicht auf ein Gehäuse eines Gasmessfühlers mit daran angeschlossenem Kabelbaum und ein in das Gehäuse zur Kontaktierung einzufügendes Sensorelement;
Figuren 3 j e eine Draufsicht und ausschnittsweise bis 4b Schnittdarstellungen einer erfindungsgemäßen Kontaktanordnung zur Kontaktierung eines Sensorelementes direkt auf einer im Inneren des Sensorelementes ausgebildeten Leiterbahn, vor und nach der Kontaktierung;
Figuren 5 j eweils eine Schnittdarstellung durch ein und 6 Isolierelement, das zur Aufnahme eines
Kontaktelementes für eine Anschlussleitung geeignet ausgebildet ist
Figuren Kontaktelemente; 5a - 6c
Die Figur 1 zeigt eine schräge Draufsicht auf explosionsartig auseinandergezogen dargestellte Elemente eines Gasmessfühlers 1. Dabei handelt es sich um ein
Gehäuse 2 , in welchem ein Sensorelement 3 mittels einem Fixierelement 5 festzulegen ist .
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass Kontaktelemente 6 für aus dem Gehäuse 2 herauszuführende Anschlussleitungen direkt mit den im Inneren des Sensorelementes ausgebildeten Leiterbahnen kontaktiert werden . Dazu ist es vorgesehen, dass das Fixierelement 5 als Isolierelement 5 ausgebildet ist, wobei ein Kontaktelement 6 einer Anschlussleitung sowohl das außerhalb des Sensorelementes 3 angeordnete Isolierelement 5 als auch eine Schicht des Sensorelementes 3 durchdringt (siehe Figur 4 ) , j edoch ohne diese Sensorelementschicht zu berühren .
In der Figur 1 sind im Isolierelement 5 Kontaktöffnungen 5.9 angeordnet, durch die die Kontakte 6 zur Kontaktierung des Kontaktbereiches 3.1 des Sensorelementes 3 hindurchgeführt werden können . Die Kontakte 6 sind zweiteilig dargestellt . Sie bestehen aus einem im Inneren des Isolierelementes 5 anzuordnendem Teil 6a und einem von außen durch die Kontaktöffnung 5.9 hindurchzuführenden und mit dem Teil 6a zu verbindenden zweiten Kontaktteil 6b .
Der Vollständigkeit halber werden noch die Dichtungen 4 , 4.1 , 4.3 sowie die ihnen zugeordneten Dichtbereiche 5.2 , 5.4 am Isolierelement 5 sowie die Dichtbereiche 2.2 und 2.4 am Gehäuse angeführt . Sie dienen zur gasdichten Trennung eines Messgasbereiches von einem Referenzgasbereich des Gasmessfühlers .
An dem schalenförmig ausgebildeten Fixierelement 5 ist am äußeren Schalenboden eine Fixierhilfe 5.5 ausgebildet .
Diese ist zum Eingriff in eine Öffnung 2.1 des Gehäuses 2 geeignet . Das Gehäuse selbst ist in zusammengebauten Zustand einteilig aufgebaut, so dass die Teile 2a, 2b, 2c eine gemeinsame Einheit ausbilden .
Die Figur 2 zeigt ein vorgefertigt zusammengebautes Gehäuse 2 mit daran angeschlossenem Kabelbaum 7 , bereit zur Aufnahme des Sensorelementes 3 und zur Durchführung der erfindungsgemäßen Kontaktierung . Die Anschlussleitungen 7.1 bis 7.3 sind mit den Kontakten 6.1 bis 6.3 verbunden, die ihrerseits mit den Leiterbahnen 3.11 bis 3.13 des Sensorelementes direkt im Inneren des Sensorelementes kontaktiert werden .
Die Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf und die Figur 3a eine ausschnittsweise Schnittdarstellung durch einen Kontaktbereich eines in einem Gehäuse 2 eingefügten
Sensorelementes 3 vor dem Positionier- und Festsetzvorgang zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kontaktverbindung . Die Figuren 4 und 4a zeigen die gleiche Anordnung nach dem Festsetzen des Sensorelementes im Gehäuse zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kontaktierung .
Um eine möglichst gute Kontaktierung zwischen Kontaktelement 6 und der Leiterbahn 3.11 in direkt berührender Weise in materialverträglicher Art realisieren zu können, ist das Kontaktelement 6 vorzugsweise aus duktilem Material herzustellen . Somit kann bei der Verpressung des Gehäuses 2 mit dem darin angeordneten Sensorelement 3 eine Verformung des Kontaktes 6 bewirkt werden, die neben einem guten Kontakt mit der Leiterbahn auch eine gut festsetzende Wirkung des Kontaktelementes 6 im Isolierelement 5 bewirkt . Diese Wirkung ist insbesondere aus der Gegenüberstellung der beiden Detaildarstellungen in den Figuren 3b und 4b zu ersehen .
In der Figur 3a ist das aus den beiden Teilen 6a und 6b bestehende Kontaktelement lose in der Kontaktöffnung 5.9 aufgenommen . Es ist noch reichlich freier Raum zwischen dem Kontaktelement und der Innenwandung der Kontaktelementaufnahme 5.9 im Isolierelement 5.
In der Darstellung der Figur 4a ist der Kontakt 6 demgegenüber so festgesetzt, dass er die inneren Konturen der Kontaktöffnung 5.9 ausfüllt . Zusätzlich ist in einer Durchführung 3.21 in einer Sensorelementschicht eine gewölbte Außenkontur des Kontaktes 6 dargestellt, um die Verformung des Kontaktes 6 aufzuzeigen . Die Durchführung 3.21 ist dabei so groß ausgebildet, dass auch bei der gezeigten Verformung des Kontaktes 6 dieser nicht in Berührung mit der betreffenden Sensorelementschicht kommt .
Der Kontakt 6 steht lediglich mit dem Isolierelement 5 in Berührung, welches seinerseits durch die Zentriernase 5.20 eine zusätzliche Isolierung gegenüber der Sensorelementschicht für den Kontakt 6 ausbildet .
Zusätzlich weist diese Zentriernase 5.20 auch noch die Funktion eines Positionier- und/oder Fixierelementes auf, die sich sowohl auf das Isolierelement 5 als auch auf den Kontakt 6 bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kontaktierung positiv auswirkt .
Zur Vermeidung zu hoher mechanischer, für das Sensorelement schädlicher Spannungen wird eine duktile Eigenschaft des Kontaktes genutzt, um eine entsprechend elastische Verbindung bei der Kontaktierung aufzubauen .
Für die Verpressung des Gehäuses mit dem Sensorelement kann das Gehäuse in einer ersten Ausführungsform aus Federstahl hergestellt sein . Zur Festlegung des Sensorelementes wird es zuvor aus einer ihm gegebenen Form umgeformt, mit dem Sensorelement bestückt und anschließend zur Rückformung wieder entspannt . Es ergibt sich eine federnd belastete Kontaktverbindung .
In einer anderen Ausführungsform kann das Gehäuse 2 beispielsweise als Vierkantrohr ausgebildet sein, wie in Figur 1 dargestellt, welches nach seiner Bestückung mit dem Sensorelement, dem Isolierelement 5 und der Kontakte 6 zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kontaktverbindung durch äußere Einwirkung verpresst werden kann .
Die Figuren 5 und 6 zeigen zwei unterschiedliche Ausführungsformen von Isolierelementen 5 in Querschnittsdarstellung im Schnitt durch eine
Kontaktöffnung 5.9. Die Figuren 5a bis 5c zeigen verschiedene Kontaktausführungen, die zur Aufnahme im Isolierelement 5 nach Figur 5 geeignet sind. Die Figuren 6a bis 6c zeigen entsprechende Ausführungen von Kontakten 6, die zur Aufnahme im Isolierelement 5 nach der Figur 6 geeignet ausgebildet sind.
Auch bei dieser Ausführungsform sind die Kontaktöffnung 5.9 im Isolierelement 5 und die Öffnung 3.21 in der betreffenden Sensorelementschicht so zueinander angeordnet und ausgebildet, dass der Kontakt 6 einwandfrei mit der Leiterbahn 3.11 durch ein Bondverfahren verbunden werden kann, ohne dass dieser mit der Sensorelementschicht in Berührung kommen kann . Somit ist auch bei dieser Ausführungsform ein Isolierbereich 3.22 um den mit der Leiterbahn 3.11 kontaktierten Kontakt 6 herum in der Öffnung 3.21 ausgebildet .

Claims

Patentansprüche :
1. Gasmessfühler, insbesondere zur Bestimmung des
Sauerstoffgehalts in Abgasen von Brennkraftmaschinen, mit einem Gehäuse, mit einem in dem Gehäuse angeordneten, mehrschichtig aufgebautem Sensorelement und mit nach außen geführten Anschlussleitungen zur Kontaktierung des Sensorelementes , dadurch gekennzeichnet, dass ein
Kontaktelement einer Anschlussleitung eine Schicht des Sensorelementes und einen Teil eines außerhalb des Sensorelementes angeordneten Isolierelementes durchdringt .
2. Gasmessfühler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement zur Kontaktierung einer Sensorelement-Leiterbahn mit dieser berührend verbunden ist .
3. Gasmessfühler nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement aus duktilem Material besteht .
4. Gasmessfühler nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement mehrteilig ausgebildet ist .
5. Gasmessfühler einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierelement zur Isolierung des Kontaktelementes gegenüber wenigstens einer Schicht des Sensorelementes geeignet ausgebildet ist .
6. Gasmessfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Isolierelement ein Positionier- und/oder Fixierelement angeordnet ist .
7. Gasmessfühler nach einem der vorangehenden, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Isolierelement eine Kontaktelement-Aufnahme ausgebildet ist .
8. Gasmessfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierelement zur
Übertragung einer Presskraft auf ein Kontaktelement geeignet ausgebildet ist .
9. Gasmessfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement zur
Einleitung einer Presskraft auf das Isolierelement und/oder auf das Kontaktelement vorgesehen ist .
10. Gasmessfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Kontaktelement ein
Positionier- und/oder Fixierelement angeordnet ist .
11. Gasmessfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Sensorelement ein Positionier- und/oder Fixierelement angeordnet ist .
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