Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Messfiihler zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases, insbesondere zur Bestimmung von Druck, Temperatur oder der Konzentration einer Gaskomponente im Abgas von Brennkraftmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Gassensor oder Messfuhler, insbesondere Lambda-Sonde, (DE 19740 363 Al) weist das Anschlusskabel für das Sensorelement mehrere, gegeneinander elektrisch isolierte Adern oder Leiter auf, die in einem Mantelrohr geführt sind. Die Enden der Leiter sindrauf die einzelnen Kontaktstellen auf dem anschlussseitigen Ende des Sensorelements geführt und dort mittels eines Verbindungselements auf die Kontaktstellen kraftschlüssig aufgedrückt (Klemmkontaktierung).

Bei einem ebenfalls bekannten Messfühler (DE 196 38 208 C2) weist das Anschlusskabel mehrere elektrische Leiter auf, die mit einer Isolierumhüllung versehen und in einem Mantelrohr geführt sind. Zum Verbinden der elektrischen Leiter mit den auf dem anschlussseitigen Ende des Sensorelements vorhandenen Kontaktstellen dienen Kontaktteile aus Nickel oder einer Nickellegierung. Die Kontaktteile haben jeweils einen anschlussseitigen Abschnitt und einen kontaktseitigen Abschnitt sowie ein dazwischen angeordnetes, bogenförmiges Zwischenstück. Am anschlussseitigen Abschnitt ist ein elektrischer Leiter des Anschlusskabels angeschweißt Am kontaktstelleseitigen Abschnitt ist eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kontaktteil und einer der Kontaktstellen z.B. durch Diffiisionsschweißen oder Diffusionslöten hergestellt. Das bogenförmige Zwischenstück dient zum Ausgleich von thermischen und/oder mechanischen Ausdehnungen und Bewegungen.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Messfühler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil eines fertigungs- und montagetechnisch kostengünstigen Anschlusskabels für das Sensorelement, das im Hochtemperaturbereich zwischen 400 - 8000C eine zuverlässige elektrische Signal- und Stromleitung und eine zuverlässige Isolation zwischen den elektrischen Leitern gewähr¬ leistet. Das Anschlusskabel kann beliebig geführt und gebogen werden, was die Montage wesentlich erleichtert, und gleicht selbsttätig thermische und/oder mechanische Ausdehnungen und Bewegungen aus. Darüber hinaus ermöglicht das Anschlusskabel eine flache Ausbildung des Kontaktierbereichs des Sensorelements, so dass ein das Sensorelement aufnehmendes Fühlergehäuse bauklein ausgeführt werden kann.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiter¬ bildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Messfühlers möglich.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in schematisierter Darstellung:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines als Lambda-Sonde eingesetzten Messfühlers mit Sensorelement und Anschlusskäbel für das Sensorelement, teilweise geschnitten,

Fig. 2 ausschnittweise eine perspektivische Darstellung des auf das Sensorelement kontaktierten Anschlusskabels,

Fig. 3 ausschnittweise eine Draufsicht des Anschlusskabels in Fig. 2, Fig.4 ausschnittweise eine perspektivische Darstellung des auf das Sensorelement kontaktierten Anschlusskabels gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Anschlusskabels in Fig.4.

Beschreibung der Ausfuhrungsbeispiele

Der in Fig. 1 teilweise im Längsschnitt dargestellte Messfühler zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases ist als sog. Lambda-Sonde konzipiert, mit der die Sauerstoffkonzentration im Abgas von Brennkraftmaschinen gemessen wird. Der Messfühler weist ein Fühlergehäuse 11 auf, das von zwei hülsenfδrmigen Gehäuseteilen 12, 13 gebildet ist. Die beiden Gehäuseteile 12, 13 sind durch eine Schweißnaht 14 fest miteinander verbunden. Der Gehäuseteil 12 dient zur Aufnahme einer sog. planaren Sensorelements 15, das stabförmig mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist. Das Sensorelement 15 weist einen messgasseitigen Abschnitt 151 und einen anschlussseitigen Abschnitt 152 auf. Der messgasseitige Abschnitt 151 steht aus dem Gehäuseteil 12 hervor und ist dem Mess- oder Abgas ausgesetzt. Üblicherweise ist zum Schütze des Sensorelements 15 der messgasseitige Abschnitt 151 von einem Schutzrohr umgeben. Der anschlussseitige Abschnitt 152 des δensorelements 15 trägt eine Mehrzahl von Kontaktstellen 16, von, denen in Fig. 1 nur zwei Kontaktstellen 16, zu sehen sind, die auf voneinander abgekehrten Großflächen 153 des Sensorelements 15 angeordnet und über hier nicht dargestellte Anschlussbahnen mit dem messgasseitigen Abschnitt 151 verbunden sind.

In den Gehäuseteil 13 ist stirnseitig eine Metallhülse 17 eingesetzt, die mit dem Gehäuseteil 13 durch eine Schweißnaht 18 fest verbunden ist In der Metallhülse 17 ist ein Anschlusskabel 20 geführt, über das das Sensorelement 15 an ein Steuergerät anschließbar ist. Das Anschlusskabel 20 weist mindestens eine hochtemperaturfeste, flexible Folie 21 auf, auf der Leiterbahnen 22 (Fig. 2 und 3) angeordnet sind. Die Temperaturfestigkeit der Folie 21 ist so ausgelegt, dass der Folienwerkstoff sich bei den üblichen Betriebstemperaturen, denen der Messfühler ausgesetzt ist, nicht verändert, insbesondere nicht seine isolierende bzw. elektrisch leitende Eigenschaften sowie seine Flexibilität verliert. Bei Messfühlern, die im Abgas von Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, beträgt dieser Temperaturbereich 400 - 8000C. Im Ausfiihrungsbeispiel der Fig. 1 umfasst das Anschlusskabel 20 zwei identisch ausgebildete flexible Folien 21, von denen eine in Fig. 2 und 3 ausschnittweise dargestellt ist Zusätzlich kann eine dritte Folie, die keine Leiterbahn trägt, als Isolierung zwischen den beiden flexiblen Folien angeordnet sein. Die Leiterbahnen 22 verlaufen auf der Folie 21 voneinander beabstandet in Längsrichtung der Folie 21 und sind vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet. Die Leiterbahnen 22 weisen zumindest innerhalb des sensorseitigen Endabschnitts der Folie 21 solche Abstände voneinander auf, dass jeweils eine Leiterbahn 22 eine Kontaktstelle 16 des Sensorelements 20 zu kontaktieren vermag.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 trägt der anschlussseitige Endabschnitt 152 des Sensorelements 15 auf jeder Großfläche 153 drei Kontaktstellen 16. Entsprechend ist jede der beiden flexiblen Folien 21 des Anschlusskabels 20 mit drei Leiterbahnen 22 versehen, die auf je einer der Kontaktstellen 16 kontaktiert sind. In Fig. 2 ist nur die auf die Kontaktstellen 16 auf der oberen Großfläche 153 des Sensorelements 15 kontaktierte Folie 21 dargestellt. Auf die Darstellung der zweiten flexiblen Folie 21 zum Anschließen der auf der unteren Großfläche 153 des Sensorelements 15 liegenden Kontaktstellen 16 ist der Übersichtlichkeit halber verzichtet worden. Diese zweite Folie 21 ist aber identisch wie die in Fig. 2 dargestellte Folie 21 ausgebildet.

Die Folie 21 besteht aus elektrisch isolierendem Material, wobei in einer ersten Ausführungs¬ form das Isoliermaterial ein keramisches Textilgewebe ist, das beispielsweise 96% Aluminiumoxid (AI2O3) und 4% Siliziumoxid (SiO2) oder 62% Aluminiumoxid (AI2O3) und 24% Siliziumoxid (SiCh) sowie 14% Boroxid (B2Oa) enthält. Die Leiterbahnen 22 bestehen aus einem Lot, das in Bahnbreite und Bahnlänge auf die flexible Folie 21 aufgebracht ist Als Lot werden sog. Aktivlote, z.B. AgCuTI3 oder AgΗ4, oder Hochtemperaturlote, z.B. AuPdTI2 oder PdNIΗ3, verwendet Die feste Verbindung des Lots mit dem keramische Textilgewebe erfolgt entweder durch Ofenlötung im Vakuum oder durch induktive Erwärmung in Schutzgasatmosphäre.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Leiterbahnen 22 nicht als Lote aufgetragen, sondern als Metallbänder ausgebildet, die in das keramische Textilgewebe gefügt oder eingewoben sind. Als Beispiel für ein hier verwendetes Metallband ist das Metallband mit der Werkstoffnummer 2.4060, das einen Anteil von 99,6% Nickel enthält In einer weiteren Ausfühnmgsform besteht die flexible Folie 21 aus Aluminium (Al) mit einer Isolierschicht aus Aluminiumoxid (AI2O3). Die Leiterbahnen 22 sind durch Beschichten, Bedampfen oder Bedrucken der Aluminiumfolie mit einem Metall hergestellt.

In einer alternativen Ausfuhrungsform besteht die Folie 21 ebenfalls aus Aluminium (Al), und die voneinander isolierten Leiterbahnen 22 werden durch Oxidation von Streifen der Aluminiumfolie gewonnen, wobei die verbleibenden, nichtoxidierten Streifen der Aluminiumfolie die Leiterbahnen 22 ergeben. Die oxidierten Streifen bilden in der Folie Isolierstreifen, so dass die verbleibenden Aluminium-Leiterbahnen gegeneinander elektrisch isoliert sind.

Denkbar ist es auch, als Isoliermaterial zur Herstellung der Folie amorphes Metall zu verwenden und die Leiterbahnen 22 durch Wiederaufschmelzen von Streifen herzustellen. Durch das Wiederaufschmelzen werden diese Streifen elektrisch leitfahig und bilden die Leiterbahnen 22, während die übrigen Bereich der Folie 21 elektrisch nicht leitend bleiben. Das Wiederaufschmelzen kann beispielsweise durch Laserumschmelzen erfolgen.

Die Kontaktierung der Leiterbahnen 22 im Bereich des sensorseitigen Endabschnitts 211 der Folie 21 mit den Kontaktstellen 16 des Sensorelements 20 wird durch Widerstandspaltschweißen, Thermokompressionsschweißen, Löten oder Widerstandsspaltlöten vorgenommen.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausfuhrungsbeispiel eines Messfuhlers als Lambda-Sonde beschränkt. In gleicher Weise kann das erfindungsgemäße Anschlusskabel 20 auch in Messfühlern verwendet werden, mit denen die Konzentration einer Schadstofrkomponente, z.B. Stickoxide, im Abgas von Brennkraftmaschinen oder der Druck oder die Temperatur im Abgas von Brennkraftmaschinen oder einem sonstigen hochtemperierten Messgas gemessen werden.