WO2011110541A1 - Gekapselter elektrischer anschluss für insbesondere thermisch und/oder druckseitig beanspruchte sensoren - Google Patents

Gekapselter elektrischer anschluss für insbesondere thermisch und/oder druckseitig beanspruchte sensoren Download PDF

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Heiko Lantzsch
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Definitions

  • the invention relates to a sealed electrical connection for in particular thermally and / or pressure side claimed sensors, such.
  • the local sensor serves to determine a physical quantity in a measuring volume.
  • the measuring sensor comprises a sensor element, a tube or a rod, on whose end directed into the measuring volume the sensor element is mounted and which receives the electrical connecting lines necessary for the connection of the sensor element.
  • a fastening sleeve is provided, through which the tube or rod is performed and attachable to the housing.
  • a circumferential gap is formed, wherein a glass filling, which is located in the gap between the fastening sleeve and the tube, the gas-tight connection is used.
  • the connecting leads of the previously known probe are contacted with connecting leads of a cable and are electrically insulated against each other at least in the region of these connections.
  • connection protection sleeve has an insertion for the cable. This introduction is by a curl of the connection protection sleeve reduced cross-section, ie pressed, so that the cable with the connection protection sleeve firmly connected and the introduction is sealed.
  • the fastening sleeve itself can be fitted with a hollow nut on a housing or assembly, e.g. be fixed to an exhaust pipe.
  • this connection comprises a tube or a sleeve, at the end of the measuring point at least one sensor is befindlich. Connecting leads are led from the sensor to the end remote from the measuring location via the tube or the sleeve, wherein the connecting leads of the at least one sensor which are electrically insulated from one another are connected to a cable, in particular a prefabricated cable, wherein the connecting region is surrounded by a protective arrangement. The prefabricated cable then sets the electrical connection between the sensor and a signal processing and evaluation unit.
  • a molded body with separating webs for the spaced fixing of the connecting line ends and of the cable is located at the connection point between the connecting line and the cable, wherein the shaped body additionally has a mechanically damping, i. having vibration damping enclosure.
  • the cable passes through at least two spaced bushes which receive a flexible sealing insert in their spacing space.
  • the protective arrangement is designed as a metallic hollow body, which extends from the outer of the bushes towards the tube or to the sleeve of the sensor and has a plurality of compression sections.
  • the end of the metallic hollow body directed towards the measuring location is connected to the likewise preferably metallic tube or the sleeve in a material-locking manner, in particular sealingly by welding or soldering.
  • the technology of laser welding is used here.
  • Adjacent to the cohesive connection section is a first compression section, which acts on the tube or the sleeve.
  • first compression section Adjacent to the cohesive connection section is a first compression section, which acts on the tube or the sleeve.
  • the likewise sleeve-like protection arrangement with the metallic tube of the preferably used jacket thermocouple is connected over a large area and relieves the laser weld, so here is a functional separation with the result that the laser weld primarily serves the sealing and compression in the first compression section primarily the power ,
  • the metallic hollow body In the region of the molded body with wrapping, the metallic hollow body has a widening. Unwanted pressure forces on the local electrical connection section are avoided.
  • the shaped body may be formed, for example, as a silicone material molded body with integrated dividing webs.
  • a second crimping section is formed between the hollow body and the inner one of the aforementioned bushings.
  • a third crimping section is located between the hollow body and the flexible sealing insert.
  • the seal has rubber-elastic properties and is made, for example, from a methyl-vinyl-sil icon.
  • the seal is in its longitudinal extension direction over a large area on the inside of the hollow body and can extend to both sides towards the bushes.
  • a fourth crimping portion is formed between the hollow body and the outer sleeve.
  • the outer sleeve may have in one embodiment of the invention, a projecting collar and means for fixing a strain relief.
  • strain relief can be realized here with a so-called multiple, in particular six-fold compression.
  • the figure shows a schematic diagram in partial section of a jacket thermocouple with inventive protection arrangement in the connection area.
  • a jacket thermocouple located in a protective housing 11, which can be inserted by means of a pressure screw 12 in a bore of an exhaust system (not shown).
  • Part of the jacket thermocouple is a metallic tube 1, run in the interior of connecting cables.
  • a molded silicone body 7 is used with separating webs in order to bring about a corresponding tracking resistance as well as a mechanical relief of the connection point.
  • the molded body 7 may also be surrounded by a tubular wrapping part 8.
  • shrink tubes 9 in the region of the connection point.
  • the protective arrangement according to the invention consists of a metallic hollow body 3 of, for example, cylindrical contour.
  • the cable 2 extends through at least two spaced bushings 4 and 6, which in their distance space a flexible sealing insert 5, z. B. consisting of a methyl-vinyl-silicone record.
  • the protective arrangement 3 extends in the mounted state of the outer 4 of the bushings to the tube 1 and has a plurality of compression sections a to e.
  • the end of the metallic hollow body 3 directed towards the measuring location is bonded to the tube or sleeve 1 in a material-locking manner, in particular by laser welding (reference f).
  • This cohesive connection section f is adjoined by a first compression section e, which acts on the outer surface of the tube or the sleeve 1.
  • the metallic hollow body 3 has a diameter widening.
  • a second compression section d is formed between the hollow body 3 and the inner sleeve 6.
  • a third connecting portion is located between the hollow body 3 and the flexible sealing insert fifth
  • a fourth connecting portion is provided between the hollow body 3 and the outer sleeve 4.
  • the sealing insert 5 is kept at a distance from the bushes 4 and 6 and can expand into the remaining distance. It is essential that the longitudinal extent of the sealing insert 5 and the resulting outer surface seals optimally with the inner surface in the section c of the metallic hollow body 3.
  • the geometry of the molded body 7 takes into account the manner of forming the joint at location 10, e.g. by crimping or by slice technique.
  • the cable 2 is designed, for example, as a thermoelectric cable according to IEC 60584.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen gekapselten elektrischen Anschluss für insbesondere thermisch und/oder druckseitig beanspruchte Sensoren, wie z. B. Messfühler im Abgaszweig von Motoren, insbesondere Mantelthermoelemente, umfassend ein Rohr oder eine Hülse, an dessen zum Messort gerichteten Ende mindestens ein Sensor befindlich ist, wobei über das Rohr oder die Hülse Anschlussleitungen zum vom Messort entfernten Ende geführt sind. Weiterhin stehen die gegeneinander elektrisch isolierten Anschlussleitungen des mindestens einen Sensors mit einem konfektionierten Kabel in Verbindung und es ist der Verbindungsbereich von einer Schutzanordnung umgeben. Erfindungsgemäß ist an der Verbindungsstelle ein Formkörper mit Trennstegen zur beabstandeten Fixierung der Anschlussleitungsenden und des Kabels befindlich, wobei der Formkörper eine mechanisch dämpfende Umhüllung aufweist. Das Kabel verläuft durch mindestens zwei beabstandete Buchsen, welche in ihrem Abstandsraum einen flexiblen Dichtungseinsatz aufnehmen. Die Schutzanordnung ist als metallischer Hohlkörper ausgeführt, welcher sich von der äußeren der Buchsen bis zum Rohr oder zur Hülse des Sensors erstreckt und mehrere Verpressungsabschnitte aufweist.

Description

Gekapselter elektrischer Anschluss für insbesondere thermisch und/oder druckseitig beanspruchte Sensoren
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen gekapselten elektrischen Anschluss für insbesondere thermisch und/oder druckseitig beanspruchte Sensoren, wie z. B. Messfühler im Abgaszweig von Motoren, insbesondere Mantelthermoelemente, umfassend ein Rohr oder eine Hülse, an dessen zum Messort gerichteten Ende mindestens ein Sensor befindlich ist, wobei über das Rohr oder die Hülse Anschlussleitungen zum vom Messort entfernten Ende geführt sind, wobei die gegeneinander elektrisch isolierten Anschlussleitungen des mindestens einen Sensors mit einem konfektionierten Kabel in Verbindung stehen und der Verbindungsbereich von einer Schutzanordnung umgeben ist, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der PCT/WO 2007/113105 AI ist ein Messfühler für Hochtemperaturanwendungen vorbekannt. Der dortige Messfühler dient der Bestimmung einer physikalischen Größe in einem Messvolumen. Der Messfühler umfasst ein Sensorelement, ein Rohr oder einen Stab, an dessen in das Messvolumen gerichtetem Ende das Sensorelement angebracht ist und welcher die für den Anschluss des Sensorelements notwendigen elektrischen Anschlussleitungen aufnimmt. Darüber hinaus ist eine Befestigungshülse vorhanden, durch welche das Rohr oder der Stab durchgeführt und am Gehäuse befestigbar ist.
Zwischen der Innenfläche der Befestigungshülse und dem Rohr oder dem Stab ist ein umlaufender Spalt gebildet, wobei eine Glasfüllung, die im Spalt zwischen der Befestigungshülse und dem Rohr befindlich ist, der gasdichten Verbindung dient.
Die Anschlussleitungen des vorbekannten Messfühlers sind mit Verbindungsleitungen eines Kabels kontaktiert und mindestens im Bereich dieser Verbindungen gegeneinander elektrisch isoliert.
Darüber hinaus sind die elektrischen Verbindungen von einer Anschlussschutzhülse umschlossen. Die Anschlussschutzhülse weist eine Einführung für das Kabel auf. Diese Einführung ist durch eine Einrollung der Anschlussschutzhülse querschnittsverkleinert, d. h. verpresst, so dass das Kabel mit der Anschlussschutzhülse fest verbunden und die Einführung abgedichtet ist.
Die Befestigungshülse selbst kann mit einer Hohlmutter an einem Gehäuse oder einer Baueinheit, z.B. einem Abgasrohr fixiert werden.
Zum Stand der Technik sei noch auf die DE 32 37 824 AI, die US 5,228,975 B und die EP 0 056 585 A2 verwiesen, wobei in diesen Dokumenten Messfühler und Sensoren zur Bestimmung physikalischer Größen auch mit Sinterglas- Formlingen unter dem Aspekt der optimierten Abdichtung beschrieben sind.
Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten gekapselten elektrischen Anschluss für insbesondere thermisch und/oder druckseitig beanspruchte Sensoren, wie z.B. Messfühler im Abgaszweig von Motoren, insbesondere Mantelthermoelemente anzugeben, wobei eine Schutzanordnung zu schaffen ist, die allen mechanischen und thermischen Belastungen genügt, so dass die gewünsche Langzeitstabilität und Betriebsfähigkeit entsprechender Sensoren gewährleistet ist.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch einen gekapselten elektrischen Anschluss für hochbeanspruchte Sensoren gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Es wird demnach von einem gekapselten elektrischen Anschluss für insbesondere thermisch und/oder druckseitig beanspruchte Sensoren, wie z. B. Messfühler im Abgaszweig von Motoren, insbesondere Mantelthermoelementen ausgegangen, wobei dieser Anschluss ein Rohr oder eine Hülse umfasst, an dessen zum Messort gerichteten Ende mindestens ein Sensor befindlich ist. Über das Rohr oder die Hülse werden Anschlussleitungen vom Sensor zum vom Messort entfernten Ende geführt, wobei die gegeneinander elektrisch isolierten Anschlussleitungen des mindestens einen Sensors mit einem, insbesondere konfektionierten, Kabel in Verbindung stehen, wobei der Verbindungsbereich von einer Schutzanordnung umgeben ist. Das konfektionierte Kabel stellt dann die elektrische Verbindung zwischen Sensor und einer Signalverarbeitungsund Auswerteeinheit dar.
Erfindungsgemäß ist an der Verbindungsstelle zwischen Anschlussleitung und Kabel ein Formkörper mit Trennstegen zur beabstandeten Fixierung der Anschlussleitungsenden und des Kabels befindlich, wobei der Formkörper ergänzend eine mechanisch dämpfende, d.h. schwingungsdämpfende Umhüllung aufweist.
Das Kabel verläuft durch mindestens zwei beabstandete Buchsen, welche in ihrem Abstandsraum einen flexiblen Dichtungseinsatz aufnehmen.
Letztendlich ist die Schutzanordnung als metallischer Hohlkörper ausgebildet, welcher sich von der äußeren der Buchsen hin zum Rohr bzw. zur Hülse des Sensors erstreckt und mehrere Verpressungsabschnitte aufweist.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das zum Messort gerichtete Ende des metallischen Hohlkörpers mit dem ebenfalls bevorzugt metallischen Rohr oder der Hülse stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen oder Löten abdichtend verbunden. Insbesondere kommt hier die Technologie des Laserschweißens zur Anwendung.
Am stoffschlüssigen Verbindungsabschnitt angrenzend befindet sich ein erster Verpressungsabschnitt, welcher auf das Rohr oder die Hülse wirkt. Auf diesem Wege wird die ebenfalls hülsenartige Schutzanordnung mit dem metallischen Rohr des bevorzugt eingesetzten Mantelthermoelements großflächig verbunden und die Laserschweißnaht entlastet, so dass hier eine funktionale Trennung vorliegt mit der Folge, dass die Laserschweißnaht primär der Abdichtung und die Verpressung im ersten Verpressungsabschnitt primär der Kraftaufnahme dient.
Im Bereich des Formkörpers mit Umhüllung weist der metallische Hohlkörper eine Aufweitung auf. Unerwünschte Druckkräfte auf den dortigen elektrischen Verbindungsabschnitt werden vermieden. Der Formkörper kann z.B. als Siliconmaterialformköper mit integrierten Trennstegen ausgebildet sein.
Ein zweiter Verpressungsabschnitt ist zwischen dem Hohlkörper und der inneren der erwähnten Buchsen ausgebildet.
Es erfolgt also hier eine Verpressung des Hohlkörpers mit der innenseitigen Buchse. Diese Verpressung erfolgt bei einer Ausführungsform der Erfindung mit einer reduzierten Presskraft.
Ein dritter Verpressungsabschnitt befindet sich zwischen dem Hohlkörper und dem flexiblen Dichtungseinsatz. Die Dichtung besitzt gummielastische Eigenschaften und ist beispielsweise aus einem Methyl-Vinyl-Sil icon hergestellt. Die Dichtung liegt in ihrer Längsausdehnungsrichtung großflächig an der Innenseite des Hohlkörpers an und kann sich nach beiden Seiten hin zu den Buchsen ausdehnen.
Ein vierter Verpressungsabschnitt ist zwischen dem Hohlkörper und der äußeren Buchse ausgebildet.
Die äußere Buchse kann bei einer Ausführungsform der Erfindung einen überstehenden Bund und Mittel zum Fixieren einer Zugentlastung aufweisen.
Die Zugentlastung kann hier mit einer sogenannten Mehrfach-, insbesondere Sechsfach-Verpressung realisiert werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Zuhilfenahme einer Figur näher erläutert werden.
Die Figur zeigt hierbei eine Prinzipdarstellung im Teilschnitt eines Mantelthermoelements mit erfindungsgemäßer Schutzanordnung im Verbindungsbereich. Gemäß Ausführungsbeispiel wird von einem in einer Schutzumhausung 11 befindlichen Mantelthermoelement ausgegangen, das mit Hilfe einer Druckschraube 12 in einer Bohrung einer Abgasanlage (nicht gezeigt) einsetzbar ist.
Bestandteil des Mantelthermoelements ist ein metallisches Rohr 1, in dessen Inneren Anschlussleitungen verlaufen.
Diese Anschlussleitungen werden mit einem eine Stahlgeflechtumhüllung aufweisenden konfektionierten Kabel 2 verbunden (Bezugszeichen 10).
Im Bereich dieser Verbindung 10 ist ein Siliconformkörper 7 mit Trennstegen eingesetzt, um eine entsprechende Kriechstromfestigkeit sowie eine mechanische Entlastung der Verbindungsstelle zu bewirken. Der Formkörper 7 kann darüber hinaus mit einem rohrförmigen Umhüllungsteil 8 umgeben sein.
Zusätzlich besteht die Möglichkeit, im Bereich der Verbindungsstelle noch Schrumpfschläuche 9 einzusetzen.
Die erfindungsgemäße Schutzanordnung besteht aus einem metallischen Hohlkörper 3 von beispielsweise zylindrischer Kontur.
Das Kabel 2 verläuft durch mindestens zwei beabstandete Buchsen 4 und 6, welche in ihrem Abstandsraum einen flexiblen Dichtungseinsatz 5, z. B. bestehend aus einem Methyl-Vinyl-Silicon, aufnehmen.
Die Schutzanordnung 3 erstreckt sich im montierten Zustand von der äußeren 4 der Buchsen bis hin zum Rohr 1 und weist mehrere Verpressungsabschnitte a bis e auf.
Das zum Messort gerichtete Ende des metallischen Hohlkörpers 3 ist mit dem Rohr oder der Hülse 1 stoffschlüssig, insbesondere durch Laserschweißen (Bezugszeichen f) abdichtend verbunden. Diesem stoffschlüssigen Verbindungsabschnitt f schließt sich ein erster Ver- pressungsabschnitt e an, welcher auf die Außenoberfläche des Rohrs oder der Hülse 1 wirkt.
Im Bereich des Formkörpers 7 bzw. der dämpfenden Umhüllung 8 weist der metallische Hohlkörper 3 eine Durchmesser-Aufweitung auf.
Ein zweiter Verpressungsabschnitt d ist zwischen dem Hohlkörper 3 und der inneren Buchse 6 ausgebildet.
Ein dritter Verbindungsabschnitt befindet sich zwischen dem Hohlkörper 3 und dem flexiblen Dichtungseinsatz 5.
Ein vierter Verbindungsabschnitt ist zwischen dem Hohlkörper 3 und der äußeren Buchse 4 vorhanden.
Der Dichtungseinsatz 5 ist auf Abstand zu den Buchsen 4 und 6 gehalten und kann sich in den verbleibenden Abstand hinein ausdehnen. Wesentlich ist, dass die Längsausdehnung des Dichtungseinsatzes 5 und die sich hier ergebende Außenoberfläche optimal mit der Innenoberfläche im Abschnitt c des metallischen Hohlkörpers 3 dichtend anliegt.
Im Bereich a kann eine weitere Verpressung zum Zweck der Zugentlastung für das Kabel 2 ausgeführt werden.
Die Geometrie des Formkörpers 7 berücksichtigt die Art und Weise der Ausbildung der Verbindung an der Stelle 10, z.B. durch Crimpen oder durch Slice- Technik.
Das Kabel 2 ist beispielsweise als Thermoleitung nach IEC 60584 ausgeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Gekapselter elektrischer Anschluss für insbesondere thermisch und/oder druckseitig beanspruchte Sensoren, wie z. B. Messfühler im Abgaszweig von Motoren, insbesondere Mantelthermoelemente,
umfassend ein Rohr oder eine Hülse, an dessen zum Messort gerichteten Ende mindestens ein Sensor befindlich ist, wobei über das Rohr oder die Hülse Anschlussleitungen zum vom Messort entfernten Ende geführt sind, wobei die gegeneinander elektrisch isolierten Anschlussleitungen des mindestens einen Sensors mit einem Kabel in Verbindung stehen und der Verbindungsbereich von einer Schutzanordnung umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass
an der Verbindungsstelle ein Formkörper mit Trennstegen zur beabstan- deten Fixierung der Anschlussleitungsenden und des Kabels befindlich ist, wobei der Formkörper ergänzend eine mechanisch dämpfende Umhüllung aufweisen kann,
das Kabel durch mindestens zwei beabstandete Buchsen verläuft, welche in ihrem Abstandsraum einen flexiblen Dichtungseinsatz aufnehmen und die Schutzanordnung ein metallischer Hohlkörper ist, welcher sich von der äußeren der Buchsen bis zum Rohr oder zur Hülse des Sensors erstreckt und mehrere, über seine Längsachse verteilte Verpressungs- abschnitte aufweist.
2. Gekapselter elektrischer Anschluss nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zum Messort gerichtete Ende des metallischen Hohlkörpers mit dem Rohr oder der Hülse stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen oder Löten abdichtend verbunden ist.
3. Gekapselter elektrischer Anschluss nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich am stoffschlüssigen Verbindungsabschnitt ein erster Verpressungs- abschnitt anschließt, welcher auf das Rohr oder die Hülse wirkt.
4. Gekapselter elektrischer Anschluss nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Bereich des Formkörpers mit Umhüllung der metallische Hohlkörper eine Aufweitung besitzt.
5. Gekapselter elektrischer Anschluss nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
ein zweiter Verpressungsabschnitt zwischen dem Hohlkörper und der inneren Buchse ausgebildet ist.
6. Gekapselter elektrischer Anschluss nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
ein dritter Verpressungsabschnitt zwischen dem Hohlkörper und dem flexiblen Dichtungseinsatz ausgebildet ist.
7. Gekapselter elektrischer Anschluss nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
ein vierter Verpressungsabschnitt zwischen dem Hohlkörper und der äußeren Buchse ausgebildet ist.
8. Gekapselter elektrischer Anschluss nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dichtungseinsatz auf Abstand zu den Buchsen gehalten ist und sich in den verbleibenden Raum hinein ausdehnen kann.
9. Gekapselter elektrischer Anschluss nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die äußere Buchse einen überstehenden Bund und Mittel zum Fixieren einer Zugentlastung aufweist.
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