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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Gassensor zur Bestimmung einer physikalischen
Eigenschaft eines Messgases, insbesondere der Konzentration mindestens
einer Gaskomponente oder der Temperatur des Messgases, nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein
bekannter Gassensor dieser Art (
DE 195 32 090 A1 ) weist ein mit einem Montagegewinde
und einem Montagesechskant versehenes, metallisches Gehäuse
und ein stabförmiges, planares Sensorelement auf, das im
Gehäuse festgelegt ist und mit zwei Endabschnitten an voneinander
abgekehrten Gehäuseseiten axial aus dem Gehäuse
herausragt. Im sog. messgasseitigen Endabschnitt des Sensorelements sind
gassensitive Elektroden und auf dem sog. anschlussseitigen Endabschnitt
des Sensorelements sind Kontaktflächen angeordnet, die über
Leiterbahnen mit den Elektroden verbunden sind. Die Kontaktflächen
werden über Kontakthalter oder Kontaktstecker aus Keramik
mit zu dem Sensorelement geführten Anschlussleitungen verbunden.
Der messgasseitige Endabschnitt ist von einem Doppelschutzrohr überdeckt,
das Gasdurchtrittslöcher aufweist, über die das
Messgas an die gassensitiven Elektroden gelangt.
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Zur
gasdichten Durchführung des Sensorelements durch das Gehäuse
ist ein das Sensorelement umschließendes Dichtungsglied
vorgesehen, das zwischen zwei Keramikformteilen angeordnet und durch
axiales Verpressen der Keramikformteile axial so zusammengedrückt
wird, dass es sich einerseits an das Sensorelement und andererseits
an einen Innenwandabschnitt des Gehäuses radial anpresst.
Die axiale Verpresskraft wird mittels einer Metallkappe aufrechterhalten,
die mit ihrem Kappenrand am Metallgehäuse verstemmt ist.
Der Kappenboden presst das eine Keramikformteil gegen das Dichtungsglied,
während das andere Keramikformteil an einer im Gehäuse
ausgebildeten Ringschulter anliegt, die ein Widerlager darstellt.
Das Dichtungsglied ist dreiteilig und besteht aus zwei Steatitscheiben
und einer dazwischen angeordneten Bornitridscheibe, die bei der
Montage des Gassensors einzeln in das Gehäuse eingelegt
werden.
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An
dem messgasseitigen Endabschnitt zum Einsatz kommende Kontaktstecker
oder Kontakthalter, die beispielsweise die Anschlussleiter kraftschlüssig
auf die Kontaktflächen am Sensorelement aufpressen, sind
in unterschiedlichen Konfigurationen z. B. aus der
DE 101 32 827 A1 ,
DE 101 32 828 A1 oder
aus
DE 101 32 823
C1 bekannt. Aufbau und Wirkungsweise eines Sensorelements
zur Messung der Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine
ist beispielsweise in der
DE
199 41 051 A1 beschrieben.
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Ein
solcher als Abgassensor oder Lambdasonde verwendeter Gassensor ist
in ein Abgasrohr einer Brennkraftmaschine eingesetzt und ragt mit dem
von einem Schutzrohr umgebenen messgasseitigen Endabschnitt des
Sensorelements in den im Abgasrohr geführten Abgasstrom
hinein. Zum Verbauen des Abgassensors am Abgasrohr ist das Abgasrohr
mit einer Öffnung versehen, in der ein ein Außengewinde
tragendes, hohlzylindrisches Anschlussstück eingeschweißt
ist. Der Gassensor ist mit seinem Gehäuse, das mit einem
Dichtflansch versehen ist, so in das Anschlussstück eingesetzt,
dass die Unterseite des Dichtflansches auf der ringförmigen
Stirnseite des Anschlussstücks aufliegt. Eine über
das Gehäuse geführte Überwurfmutter ist
mit einem Innengewinde in dem Außengewinde des Anschlussstücks
verschraubt und presst den Ringflansch auf die Stirnfläche
des Anschlussstückes auf, so dass ein Dichtsitz des Gehäuses
im Anschlussstück hergestellt ist (
DE 197 39 435 A1 ).
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Offenbarung der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Gassensor mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der das Sensorelement gasdicht
halternde Keramikkörper zugleich Gehäusefunktion übernimmt
und zur unmittelbaren Verbauung in einem das Messgas führende
Messgasrohr herangezogen werden kann, und durch die Schutzhülse
aus Metall effizient gegen Stein- und Wasserschlag geschützt
ist. Zugleich kann die Schutzhülse endseitig als gasdichte
Halterung für den sog. Kabelabgang eines auf die Kontaktflächen
des Sensorelements kontaktierten, elektrischen Anschlusskabels herangezogen
werden. Der Kabelabgang kann kostengünstig ausgeführt
werden, da der Keramikkörper, der vorzugsweise aus Zirkoniumoxid
gefertigt ist, eine thermische Barriere zwischen dem heißen
Messgasrohr und der Schutzhülse darstellt, was zu deutlich
niedrigeren Temperaturen am Kabelabgang führt. Durch das
Umformen des Schutzhülsenendes ist zur Befestigung der Schutzhülse
auf den Keramikkörper kein thermischer Prozess erforderlich,
so dass einerseits Montagekosten eingespart werden und andererseits
eine Schutzhülse mit geringer Wandstärke verwendet
werden kann und auch der Kabelabgang beim Festlegen der Schutzhülse
auf den Keramikkörper nicht thermisch überfordert
wird.
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Durch
die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch
1 angegebenen Gassensors möglich.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Schutzhülse
einen auf den Keramikkörper aufsetzbaren, durchmessergrößeren, vorderen
Hülsenabschnitt und einen an dem Vorderabschnitt sich über
eine Ringschulter zur Abstützung am Keramikkörper
anschließenden, durchmesserkleineren, hinteren Hülsenabschnitt
auf. Der vordere Hülsenabschnitt ist mit einer radial nach
außen abstehenden Ausbauchung versehen, die elastisch oder
teilelastisch radial nach innen eindrückbar ist. Diese
Ausbauchung der Schutzhülse wird zur Befestigung der mit
ihrem vorderen Hülsenabschnitt auf den Keramikkörper
aufgeschobenen Schutzhülse radial an den Keramikkörper
angedrückt, wodurch sich der vordere Hülsenabschnitt
längt und sich wenig mehr auf den Keramikkörper
aufschiebt. Wird nunmehr die Schutzhülse durch plastisches
Verformen des Hülsenendes auf dem Keramikkörper
festgelegt und danach die Druckkraft von der Ausbauchung weggenommen,
so federt letztere wieder nach außen und erzeugt eine höhere
axiale Vorspannung zwischen Keramikkörper und Schutzhülse,
die in Kombination mit dichtenden Kunststoffteilen einerseits eine sichere
Abdichtung der Schutzhülse am Keramikkörper gegen
eindringende Feuchte gewährleistet und andererseits den
Kabelabgang des Gassensors gasdicht verschließt. Zudem
wird die Halterung der Schutzhülse auf dem Keramikkörper
verbessert und die Stabilisierung des Kabelabgangs deutlich erhöht. Der
durch die Ausbauchung auch nach der Montage vorhandene Luftspalt
zwischen Schutzhülse und Keramikkörper schützt
den Keramikkörper besonders effizient gegen Steinschlag.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der vom
vorderen Hülsenabschnitt der Schutzhülse übergriffene
Körperbereich des Keramikkörpers im Durchmesser
wenig größer als der sich daran fortsetzende Körperbereich
bemessen und der Übergang zwischen den beiden Körperbereichen
als ein konisch sich verjüngender Kragen ausgebildet. Das
Ende der Schutzhülse ist auf den Kragen aufgebördelt,
wobei während der Aufbördelung die zuvor angesprochene,
radial gerichtete Druckkraft auf die Ausbauchung aufgebracht wird.
Durch die kontinuierliche Durchmesservergrößerung
des Keramikkörpers im Kragenbereich wird beim Umbördeln
des Schutzhülsenendes die geringste Kerbwirkung auf den
Keramikkörper induziert. Die nach Aufhebung der radialen
Druckkraft auf die Ausbauchung entstehende axiale Verspannung der
Schutzhülse wird von dem schrägen Kragen aufgenommen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind im Keramikkörper
in dessen Stirnfläche mündende, die Kontaktflächen
des Sensorelements freigebende, axiale Aussparungen vorhanden, in
die die Kontaktflächen kontaktierende Kontaktfedern eingeführt
sind. Die Enden der Kontaktfedern sind mit elektrischen Leitern
eines Anschlusskabels, vorzugsweise durch Vercrimpen, verbunden,
und die Verbindungsstellen sind in einer Kunststofftülle
aufgenommen, die die Schutzhülse endseitig verschließt.
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Da
auch hochtemperaturbeständige Kunststoffe, wie sie für
die Kunststofftülle verwendet werden, bei hohen Temperaturen
zum Kriechen neigen, wird gemäß einer vorteilhaften
Ausführungsform der Erfindung eine kunststofftüllenunabhängige
Zugentlastung dadurch erzielt, dass der Kunststofftülle
eine Keramikbuchse vorgesetzt ist, in welcher die Kontaktfedern
gefasst und an den Austrittsstellen aus der Keramikbuchse abgebogen
sind. Die durch diese Abbiegungen entstehenden Schultern in den
Kontaktfedern, die sich an den Stirnseiten der Keramikbuchse anlegen,
verhindern ein Wandern der Kontaktfedern vor- oder rückwärts.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform der Erfindung sind die Kontaktfedern
U-förmig umgebogen, wobei der eine U-Schenkel jeweils auf
einer Kontaktfläche aufliegt und der andere U-Schenkel sich
an der der Kontaktfläche in der Aussparung gegenüberliegende
Körperwand des Keramikkörpers andrückt.
Letzterer U-Schenkel ist an seinem freien Ende nach außen
abgeknickt und stützt sich an einem in der Körperwand
des Keramikkörpers eingebrachten Hinterschnitt gegen Auszugsrichtung
aus der Aussparung ab. An den elektrischen Leitern und Kontaktfedern
angreifende Zugkräfte werden somit an den Hinterschnitten
vom Keramikkörper aufgenommen, wodurch die Anforderungen
an den Kabelabgang bezüglich Aufnahme von Zugkräften
erheblich sinken. Auf den Einsatz der vorgenannten Keramikbuchse
zur Sicherstellung der Auszugsfestigkeit kann verzichtet werden,
so dass sowohl Fertigungskosten als auch Montagekosten gesenkt werden
können.
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Um
bei dieser Ausbildung der Kontaktfedern einen möglichst
definierten Kontakt zwischen Kontaktfedern und Kontaktflächen
des Sensorelements zu erhalten, ist gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der auf der
Kontaktfläche aufliegende U-Schenkel der Kontaktfedern
mit einer kalottenförmigen Auswölbung versehen,
mit der sich der U-Schenkel auf die Kontaktfläche aufpresst.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Keramikkörper
zur unmittelbaren Verbauung an einem das Messgas führenden Messgasrohr
einen radial abstehenden, einstückig angeformten Montageflansch
auf und auf den Keramikkörper ist eine sich auf dem Radialflansch
abstützende Hohlschraube aufgeschoben, die den zwischen
Montageflansch und Schutzhülse freiliegenden Bereich des
Keramikkörpers abdeckt. Diese Hohlschraube zum Festspannen
des Montageflansches am Messgasrohr schützt zugleich den
Keramikkörper gegen mechanische Beschädigungen
in dem von der Schutzhülse nicht übergriffenen
Körperbereich.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der lichte
Durchmesser der Hohlschraube wenig größer als
der Außendurchmesser des von der Schutzhülse belegten
Endbereichs des Keramikkörpers, aber kleiner als der Außendurchmesser
der Schutzhülse und wächst in dem der Schutzhülse
zugekehrten Endabschnitt der Hohlschraube stetig auf einen Durchmesser
an, der wenig größer ist als der Außendurchmesser
des noch nicht umgebördelten Endes der Schutzhülse.
Die Hohlschraube wird vor Aufsetzen der Schutzhülse auf
den Keramikkörper auf letzteren aufgeschoben, und durch
Zurückschieben der Hohlschraube in der Weise, dass sich
die konische Erweiterung zunehmend über das nicht umgebördelte
Ende der Schutzhülse schiebt, wird das Schutzhülsenende
auf den umlaufenden Kragen des Keramikkörpers aufgebördelt. Durch
dieses Einsetzen der Hohlschraube als Montagehilfe zur Umformung
der Schutzhülse werden aufwendige Montagewerkzeuge eingespart.
Außerdem dient die unverlierbar auf dem Keramikkörper
gehaltene Hohlschraube dem Schutz des Keramikkörpers gegen
mechanische Beschädigung noch weit vor der eigentlichen
Montage in das Messgasrohr.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist auf dem
Keramikkörper zwischen Hohlschraube und Montageflansch
ein im Querschnitt L-förmiger Ausgleichsring aus Metall
aufgesetzt, dessen einer umlaufende L-Schenkel den Keramikkörper
umschließt und dessen anderer umlaufende L-Schenkel zwischen
Radialflansch und Hohlschraube liegt. Dieser Ausgleichsring dient
einerseits als Schutzring zwischen Hohlschraube und Keramikkörper,
um eine Beschädigung des Keramikkörpers durch
die Hohlschraube auszuschließen, und wirkt andererseits
als Unterlegscheibe zwischen Hohlschraube und Montageflansch und übernimmt
damit eine Schutzfunktion gegen Scherspannungen im keramischen Montageflansch
beim Festspannen des Montageflansches am Messgasrohr mittels der
Hohlschraube. Durch den Ausgleichsring wird die Hohlschraube nach
der Montage etwas weiter auf den Keramikkörper zurückgeschoben,
so dass sie teilweise das Hülsenende der Schutzhülse übergreift.
Zusätzlich kann auch noch das vordere Ende der Schutzhülse
länger ausgeführt sein, um so eine noch weiter vergrößerte Überdeckung
zwischen Hohlschraube und Schutzhülse zu erreichen. Damit
wird ein sehr guter Schutz des Keramikkörpers auch gegen
Spritzwasser erreicht.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Ausgleichsring
einen axialen Unterbrechungsschlitz auf. Durch diesen Unterbrechungsschlitz
kann der Metallring leicht aufgeweitet werden, um so über
den im Durchmesser vergrößerten Endbereich des
Keramikkörpers geschoben werden zu können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines an ein Messgasrohr angebauten Gassensors, wobei
der Gassensor im halbseitigen Längsschnitt und ein Einbaustutzen
zur Montage des Gassensors an das Messgasrohr im Längsschnitt
dargestellt sind,
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2 eine
vergrößerte Darstellung des Ausschnitts II in 1,
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3 eine
gleiche Darstellung wie in 2 eines
modifizierten Gassensors,
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4 eine
Seitenansicht einer Kontaktfeder im Gassensor gemäß 3,
vergrößert dargestellt,
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5 und 6 den
Gassensor gemäß 1 mit aufgesetzter
Hohlschraube als Montagehilfe zur plas tischen Umformung des Schutzhülsenendes
vor (5) und nach (6) dem Umformprozess,
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7 eine
gleiche Darstellung wie in 6 mit zusätzlich
auf den Keramikkörper des Gassensors aufgesetztem Ausgleichsring,
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8 eine
Seitenansicht des Ausgleichsrings in 7.
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Der
in 1 dargestellte Gassensor zur Bestimmung einer
physikalischen Eigenschaft eines Messgases dient beispielsweise
zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine.
Mit einer anderen konzeptionellen Ausbildung des Sensorelements
kann der Gassensor auch zur Bestimmung der Konzentration von Stickoxiden im
Abgas oder zur Messung der Temperatur des Abgases verwendet werden.
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Der
Gassensor weist ein Sensorelement 11 mit einem dem Messgas
aussetzbaren, messgasseitigen Endabschnitt 111 und einem
anschlussseitigen Endabschnitt 112 auf, der mit Kontaktflächen 12 zum Kontaktieren
von elektrischen Leitern 13 eines Anschlusskabels 14 belegt
ist, über welches das Sensorelement 11 mit einem
Auswerte- und Steuergerät verbunden werden kann. Zum gasdichten
Trennen des anschlussseitigen Endabschnitts 112 vom messgasseitigen
Endabschnitt 111 ist das Sensorelement 11 von
einem Dichtungsglied umschlossen, das als ein auf das Sensorelement 11 aufgesinterter
Keramikkörper 15, z. B. aus Zirkoniumoxid, ausgeführt
ist. Der Keramikkörper 15 umschließt
mit Ausnahme des messgasseitigen Endabschnitts 111 das
gesamte Sensorelement 11 und weist im Bereich der Kontaktflächen 12 auf
dem anschlussseitigen Endabschnitt 112 von der Stirnseite
des Keramikkörpers 15 aus eingebrachte Aussparungen 16 auf,
in welchen mit den elektrischen Leitern 13 des Anschlusskabels 14 verbundene
Kontaktfedern 17 einliegen, sich die kraftschlüssig
auf die Kontaktflächen 12 aufpressen. Die z. B.
durch Crimpen oder durch einen stoffschlüssigen Fügeprozess
hergestellten Verbindungen der Kontaktfedern 17 mit den
elektrischen Leitern 13 sind im sog. Kabelabgang 18 aufgenommen.
Der Kabelabgang 18 ist im Endbereich einer auf den Keramikkörper 15 aufgesetzten
und auf diesem befestigten Schutzhülse 19 festgelegt.
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Die
Schutzhülse 19 weist einen auf den Keramikkörper 15 aufgesetzten,
durchmessergrößeren, vorderen Hülsenabschnitt 191 und
einen sich daran über eine Ringschulter 193 anschließenden,
durchmesserkleineren, hinteren Hülsenabschnitt 192 auf. Der
vordere Hülsenabschnitt 191 ist mit einer Ausbauchung 20 versehen,
die elastisch oder teilelastisch an den Keramikkörper 15 andrückbar
ist. Der Keramikkörper 15 besitzt in dem vom vorderen
Hülsenabschnitt 191 übergriffenen hinteren
Körperbereich 151 einen Durchmesser, der wenig
größer ist als der des sich daran anschließenden,
mittleren Körperbereichs 152. Unmittelbar anschließend
an den mittleren Körperbereich 152 ist an den
Keramikkörper 15 ein radial abstehender Montageflansch 21 einstückig
angeformt. Der sich konisch verjüngende Übergang
vom hinteren Körperbereich 151 zum mittleren Körperbereich 152 bildet
einen Kragen 22, auf den das Hülsenende der Schutzhülse 19 durch
plastisches Verformen aufgebördelt ist. Das der Ringschulter 193 zugekehrte
Stirnende des hinteren Körperbereichs 151 des
Keramikkörpers 15 ist mit einer umlaufenden Aussparung 23 versehen.
An der Aussparung 23 liegt ein als O-Ring 24 ausgebildeter Dichtungsring
an und stützt sich im Grunde des vorderen Hülsenabschnitts 191 an
der Ringschulter 193 und an der Hülsenwand ab.
Der z. B. aus einem Perfluorelastomer oder Grafit hergestellte O-Ring 24 sorgt
für eine zuverlässige Abdichtung des Kabelabgangs 18.
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Im
Ausführungsbeispiel der 1 umfasst der
Kabelabgang 18 eine den hinteren Hülsenabschnitt 192 gasdicht
abschließende Kunststofftülle 25 aus
einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff und eine der
Kunststofftülle 25 unmittelbar vorgelagerte Keramikbuchse 26,
z. B. aus gesintertem Steatit. In der Keramikbuchse 26 ist
eine der Anzahl der Kontaktfedern 17 entsprechende Zahl
von Kanälen vorhanden, in denen die Kontaktfedern 17 gehaltert sind.
Dabei durchziehen die Kontaktfedern 17 vollständig
die Keramikbuchse 26, und die Kunststofftülle 25 nimmt
die Verbindungsstellen zwischen den Kontaktfedern 17 und
den elektrischen Leitern 13 auf. Die Kontaktfedern 17 sind
an ihren in die Aussparungen 16 hineinragenden Enden hakenförmig umgebogen
und liegen mit ihren abgeknickten, freien Hakenschenkeln jeweils
auf eine der Kontaktflächen 12 des Sensorelements 11 kraftschlüssig
auf. Der Kraftschluss wird durch die federnde Abstützung
der Kontaktfedern 17 an den den Kontaktflächen 12 in den
Aussparungen 16 gegenüberliegenden Körperwänden
des Keramikkörpers 15 bewirkt. Um zu gewährleisten,
dass der aus Zirkoniumoxid hergestellte Keramikkörper 15 seine
elektrische Isolationswirkung gegenüber den Kontaktstellen
nicht verliert, ist die Körperwand innerhalb der Aussparung 16,
an der sich die Kontaktfedern 17 abstützen mit
einer isolierenden Beschichtung oder Einlage versehen. Da die Kunststofftülle 25 bei
hohen Temperaturen zum Kriechen neigt, sind Maßnahmen für
eine Zugentlastung der Kontaktfedern 17 und der elektrischen
Leiter 13 getroffen. Hierzu sind die Kontaktfedern 17 an
ihren Ein- und Austrittsstellen in die bzw. aus der Keramikbuchse 26 abgebogen,
wobei die Abbiegungen an den zu den Aussparungen 16 weisenden
Austrittsstellen nach außen vorgenommen sind, so dass sich die
Kontaktfedern 17 an die den Kontaktflächen 12 gegenüberliegende
Körperwände in den Aussparungen 16 andrücken.
Diese Abbiegungen bilden zusammen mit den Stirnseiten der Keramikbuchse 26 Anschläge,
die ein axiales Verschieben der Kontaktfedern 17 in der
Keramikbuchse 26 unterbinden. Die Kunststofftülle 25 ist
durch Vercrimpen der Schutzhülse 19 im hinteren
Hülsenabschnitt 192 festgelegt.
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In
dem in 3 ausschnittweise dargestellten Gassensor ist
der Kabelabgang 18 insofern modifiziert, als die Keramikbuchse 26 entfallen
ist und die Kunststofftülle 25' den gesamten hinteren
Hülsenabschnitt 192 ausfüllt und sich
am Keramikkörper 15 abstützt. Die Festlegung
der Kunststofftülle 25' ist wiederum durch Vercrimpen
des hinteren Hülsenabschnitts 192 vorgenommen.
Die Kunststofftülle 25' ist mit einem radial abstehenden
Flansch 251 versehen, der an dem Stirnende des Keramikkörpers 15 anliegt und
bündig mit diesem ist. Der Flansch 151 an der Kunststofftülle 25' sorgt
für eine gute feuchtigkeits- und gasdichte Abdichtung des
Kabelabgangs 18, so dass auf den im Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 vorhandenen O-Ring 24 verzichtet
werden kann. Für eine weiter verbesserte Dichtwirkung zwischen
Keramikkörper 15 und Kunststofftülle 25' ist zusätzlich
eine konische Dichtfläche vorgesehen. Die Kunststofftülle 25' wird
vorzugsweise um die Verbindungsstellen von Kontaktfedern 17 und
elektrischen Leitern 13 herumgespritzt und dann in die
Schutzhülse 19 eingesetzt, wonach der hintere
Hülsenabschnitt 192 der Schutzhülse 19 auf
der Kunststofftülle 25' vercrimpt wird. Um auch
hier eine sichere Aufnahme von möglichen Zugkräften
zu gewährleisten, sind die aus der Kunststofftülle 25' austretenden
Kontaktfedern 17' innerhalb der Aussparungen 16 im
Keramikkörper 15 U-förmig umgebogen,
wobei das Ende des freien U-Schenkel 171 nach außen
abgeknickt ist. Mit dieser Abknickung stützt sich jede
Kontaktfeder 17' an einem Hinterschnitt 27 ab,
der in die den Kontaktflächen 12 gegenüberliegenden
Körperwände innerhalb der Aussparungen 16 eingebracht
ist. Um eine definierte Kontaktstelle zwischen den Kontaktfedern 17' und
den Kontaktflächen 12 herzustellen, sind die langen,
in die Kunststofftülle 25' eingeführten
U-Schenkel 172 mit einer kalottenförmigen Auswölbung 28 versehen,
wie dies in 4 dargestellt ist. Mit diesen
kalottenförmigen Auswölbungen 28 pressen
sich die Kontaktfedern 17' auf die Kontaktflächen 12 auf.
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Bei
beiden zu 1 und 2 sowie 3 beschriebenen
Ausführungsbeispielen des Gassensors wird die Montage in
der Weise vorgenommen, dass zunächst der Kabelabgang 18 mit
Kontaktfedern 17 bzw. 17' und elektrischen Leitern 13 des
Anschlusskabels 14 als Baueinheit vorgefertigt, anschließend
in die Schutzhülse 19 eingesetzt und die Kunststofftülle 25 bzw. 25' in
dem hinteren Hülsenabschnitt 192 durch Vercrimpen
festgelegt wird. Dann wird die Schutzhülse 19 mit
ihrem vorderen Hülsenabschnitt 191 auf den hinteren
Körperbereich 151 des Keramikkörpers 15 aufgeschoben,
wobei die Kontaktfedern 17 in die Aussparungen 16 eingeführt werden
und sich dort auf die Kontaktflächen 12 am Sensorelement 11,
auf dem der Keramikkörper 15 aufgesintert ist,
aufpressen. Liegt die Schutzhülse 19 mit ihrer
Ringschulter 193 an dem auf dem Keramikkörper 15 aufgesetzten
O-Ring 24 bzw. mit dem Flansch 251 der Kunststofftülle 25' an
dem Keramikkörper 15 an, so wird das Ende der
Schutzhülse 19 auf den konischen Kragen 22 des
Keramikkörpers 15 aufgebördelt. Bevor
die Aufbördelung erfolgt, wird auf die den mittleren Körperbereich 152 überdeckende
Ausbauchung 20 eine radiale Druckkraft aufgebracht. Dadurch
wird die Ausbauchung 20 auf den Keramikkörper 15 aufgedrückt,
und das Ende der Schutzhülse 19 verschiebt sich
weiter nach vorn über den mittleren Körperbereich 152.
Ist die Umbördelung des Endes der Schutzhülse 19 beendet,
so wird die radiale Druckkraft von der Ausbauchung 20 entfernt.
Die Ausbauchung 20 federt teilweise nach außen,
so dass zwischen der Kragenumbördelung und der Ringschulter 193 eine
Vorspannung aufrechterhalten wird, die einerseits eine gasdichte
Anpressung des O-Rings 24 bewirkt und andererseits eine
deutlich verbesserte Stabilität des Kabelabgangs 18 mit sich
bringt.
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Der
Keramikkörper 15 übernimmt zusätzlich zu
seiner Abdichtfunktion des anschlussseitigen Endabschnitts 112 des
Sensorelements 11 vom messgasseitigen Endabschnitt 111 des
Sensorelements 11 eine Gehäusefunktion, wobei
der am Keramikkörper 15 angeformte Montageflansch 21 zum
Einspannen des Gassensors in einen hohlzylindrischen Einbaustutzen 29 eines
in 1 ausschnittweise angedeuteten Messgasrohrs 30 herangezogen
wird. Der Einbaustutzen 29 ist in eine Wandöffnung 31 in
der Rohrwand 301 des Messgasrohrs 30 eingesetzt
und mit der Rohrwand 301 verschweißt. Der Einbaustutzen 29 weist
ein Innengewinde 291 und eine Auflageschräge 292 zur
Abstützung des in den Einbaustutzen 29 eingesetzten
und in das Innere des Messgasrohrs 30 hineinragenden Gassensors
auf. Auf voneinander abgekehrten Seiten des Montageflansches 21 ist
einerseits eine ebene Auflagefläche 211 und andererseits
eine als umlaufende, konische Schulter ausgebildete Dichtfläche 212 ausgeformt.
Auf den über den Montageflansch 21 vorstehenden,
vorderen Körperbereich 153 des Keramikkörpers 15 ist
ein den messgasseitigen Endabschnitt 111 des Sensorelements 11 überdeckendes
Doppelschutzrohr, bestehend aus einem inneren Schutzrohr 32 und
einem äußeren Schutzrohr 33, aufgesetzt,
wobei zwei aufeinanderliegende Schutzrohrabschnitte der beiden Schutzrohre 32, 33 zwischen
der Dichtfläche 212 des Montageflansches 21 und
der Auflageschräge 292 des Einbaustutzens 29 einliegen.
Das äußere Schutzrohr 33 ist endseitig
um den Montageflansch 21 herumgeführt und auf
die Auflagefläche 211 aufgebördelt.
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Zum
Einspannen des Gassensors in den Einbaustutzen 29 dient
eine auf den Keramikkörper 15 aufgeschobene Hohlschraube 34 mit
einem Außengewinde 341 zum Verschrauben im Innengewinde 291 des
Einbaustutzens 29 und einem Montagesechskant 342.
Der lichte Durchmesser der Hohlschraube 34 ist wenig größer
bemessen als der Außendurchmesser des den vorderen Hülsenabschnitt 191 der
Schutzhülse 19 aufnehmenden, hinteren Körperbereichs 151 des
Keramikkörpers 15, aber wenig kleiner als der
Außendurchmesser des vorderen Hülsenabschnitts 191 der
Schutzhülse 19, so dass die Hohlschraube 34 vor
dem Aufsetzen der Schutzhülse 19 auf den mittleren
Körperbereich 152 des Keramikkörpers 15 aufgeschoben
werden muss. Wird nunmehr bei in den Einbaustutzen 29 eingesetztem
Gassensor die Hohlschraube 34 in dem Einbaustutzen 29 verschraubt,
so drückt sie sich mit ihrer Stirnseite über die
Umbördelung des äußeren Schutzrohrs 33 auf
die Auflagefläche 211 des Montageflansches 21 auf
und presst die Dichtfläche 212 des Montageflansches 21 unter
Zwischenlage der beiden Schutzrohrabschnitte auf die Auflageschräge 292 im
Einbaustutzen 29 auf. Dadurch wird eine gasdichte Abdichtung
des Gassensors im Einbaustutzen 29 gegenüber dem
im Messgasrohr 30 strömenden Messgas erreicht.
Die auf den Keramikkörper 15 aufgeschobene Hohlschraube 34 schützt
zugleich den aus dem Einbaustutzen 29 herausragenden Körperbereich
gegen mechanische Beschädigung.
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Die
zum Einspannen des Gassensors verwendete Hohlschraube 34 kann
vorzugsweise noch als Montage-Hilfswerkzeug herangezogen werden, um
die Umformung des Hülsenendes der Schutzhülse 19 auf
den Keramikkörper 15 zu bewirken. Hierzu ist – wie
dies in 5 dargestellt ist – in
einem der Schutzhülse 19 zugekehrten Endabschnitt
der Hohlschraube 34 der lichte Innendurchmesser der Hohlschraube 34 stetig
auf einen Durchmesser vergrößert, der wenig größer
ist als der Außendurchmesser des noch nicht umgeformten
Endes der Schutzhülse 19. Die axiale Länge
dieses Endabschnitts mit konisch sich erweiterndem Innendurchmesser
ist wenig größer als die axiale Länge
des den Übergang von dem mittleren Körperbereich 152 zu
dem hinteren Körperbereich 151 des Keramikkörpers 15 bildende Kragens 22.
Die dadurch im Austrittsbereich des Innenmantels der Hohlschraube 34 entstehende
Abschrägung 35 weist eine gleiche Steigung auf
wie der Kragen 22. Wird nunmehr die Hohlschraube 34 mit ihrer
umlaufende Abschrägung 35 zunehmend über das
Aufsetzende der Schutzhülse 19 geschoben, so wird
das Aufsetzende zunehmend abgebogen und auf den Kragen 22 aufgedrückt.
Bei diesem Umbördelungsvorgang wird – wie bereits
eingangs beschrieben – auf die Ausbauchung 20 der
Schutzhülse 19 im hinteren Körperbereich 151 des
Keramikkörpers 15 eine die Ausbauchung 20 auf
den Keramikkörper 15 aufdrückende Druckkraft
ausgeübt.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, verbleibt nach der Montage
des Gassensors noch ein kleiner Bereich zwischen der Schutzhülse 19 und
der Hohlschraube 34, in dem der Keramikkörper 15 nicht
geschützt ist. Um dies zu vermeiden und um zusätzlich die
bei der Verschraubung zwischen Hohlschraube 34 und Auflagefläche 211 auftretenden
Scherkräfte zu reduzieren, wird – wie dies in 7 dargestellt
ist – auf den Keramikkörper 15 noch ein
metallischer Ausgleichsring 36 aufgesetzt, und zwar in
den Bereich zwischen dem Montageflansch 21 und der Hohlschraube 34.
Durch diesen zwischengelegten Ausgleichsring 36 wird die
Hohlschraube 34 weiter zurückverlagert und deckt
den noch offenen Bereich des Keramikkörpers 15 ab.
Zur verbesserten Schutzwirkung kann die Schutzhülse 19 gegenüber der
Ausführung in 1 noch verlängert ausgeführt werden,
so dass sie im Endmontagezustand über den sich erweiternden
Endabschnitt am Innenmantel der Hohlschraube 34 hinaus
in die Hohlschraube 34 hineinragt. Auf diese Weise wird
ein sehr guter Spritzwasserschutz für den Keramikkörper 15 erzielt (7).
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Der
metallische Ausgleichsring 36 ist vorzugsweise nicht als
Flachscheibe ausgebildet, sondern weist einen L- oder winkelförmigen
Querschnitt auf, wie dies in 7 und 8 zu
sehen ist. Der eine umlaufende L-Schenkel umschließt den
Keramikkörper 15 und der andere umlaufende L-Schenkel liegt
zwischen der Stirnfläche der Hohlschraube 34 und
der von dem Umbördelungsrand des äußeren Schutzrohrs 33 belegten
Auflagefläche 211 des Montageflansches 21.
Bei dieser Ausbildung des Ausgleichsrings 36 kann die im
Voreinbauzustand lose auf dem Keramikkörper 15 sitzende
Hohlschraube 34 nicht in Berührung mit dem Keramikkörper 15 kommen
und diesen somit nicht mechanisch beschädigen.
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Da
der Ausgleichsring 36 einen Innendurchmesser aufweist,
der wenig größer ist als der Durchmesser des mittleren
Körperbereichs 152 des Keramikkörpers 15 aber
kleiner als der Außendurchmesser des hinteren Körperbereichs 151 des
Keramikkörpers 15, ist der Ausgleichsring 36 mit
einem axialen Schlitz 37 versehen, so dass der Ring aufgeweitet werden
kann, um über den hinteren Körperbereich 151 des
Keramikkörpers 15 hinweggeführt werden zu
können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19532090
A1 [0002]
- - DE 10132827 A1 [0004]
- - DE 10132828 A1 [0004]
- - DE 10132823 C1 [0004]
- - DE 19941051 A1 [0004]
- - DE 19739435 A1 [0005]