DE19835345A1

DE19835345A1 - Lambda-Sonde mit belüftetem Formschlauch

Info

Publication number: DE19835345A1
Application number: DE19835345A
Authority: DE
Inventors: Helmut Weyl; Bernhard Wild; Peter Dettling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1998-08-05
Publication date: 2000-02-10
Also published as: JP2000055871A; US6487890B1

Abstract

Meßfühler, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Verbrennungsmotoren, mit einem in einem metallischen Gehäuse axial angeordneten Sensorelement, welches mit mindestens einem aus dem Gehäuse durch einen Tüllenkörper (2) hindurch axial herausgeführten Anschlußkabel (4, 5) kontaktiert ist, das eine Kabelisolierung (6, 7) aufweist, wobei in das Gehäuse eine Referenzatmosphäre für das Sensorelement einleitbar ist und die Kabelisolierung (6, 7) an der Mantelfläche wenigstens bereichsweise mindestens einen gasdurchlässigen Abschnitt derart aufweist, daß die Referenzatmosphäre in das Innere der Kabelisolierung (6, 7) und von dort in das Gehäuse gelangt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der gasdurchlässige Bereich der Kabelisolierung (6, 7) unmittelbar an das kabelausgangsseitige Ende des Tüllenkörpers (2) anschließt und dort mit einem porösen Schlauch (10) aus gasdurchlässigem PTFE-Material so umhüllt ist, daß ein radialer Abstand (11) zwischen dem porösen PTFE-Schlauch und dem gasdurchlässigen Abschnitt der Kabelisolierung (6, 7) verbleibt (Figur).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Meßfühler, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Verbrennungsmotoren, mit einem in einem metallischen Gehäuse axial angeordneten Sensorelement, welches mit mindestens einem aus dem Gehäuse durch einen Tüllenkörper hindurch axial herausgeführten Anschlußkabel kontaktiert ist, das eine Kabelisolierung aufweist, wobei in das Gehäuse eine Referenzatmosphäre für das Sensorelement einleitbar ist und die Kabelisolierung an der Mantelfläche wenigstens bereichsweise mindestens einen gasdurchlässigen Abschnitt derart aufweist, daß die Referenzatmosphäre in das Innere der Kabelisolierung und von dort in das Gehäuse gelangt.

Ein derartiger Meßfühler oder eine λ-Sonde ist aus der DE 196 31 501 A1 bekannt. Bei dem bekannten Meßfühler sind die Isolationen der Anschlußkabel über einen gewissen Abschnitt zumindest teilweise porös gestaltet. Die an der Isolierung der Anschlußkabel angebrachten Öffnungen sind von einer porösen zusätzlichen PTFE-Folie abgedeckt, um sie gegen Verschmutzung von außen zu schützen. Dadurch entsteht ein durchgehender Luftaustauschkanal zwischen dem Meßfühler und der Außenluft. Diese Lösung ist, da sie keinen Mehraufwand bezüglich der Anzahl der verwendeten Bauteile erforderlich macht, relativ wirtschaftlich. Allerdings ist die exakte Einhaltung einer definierten Porosität schwierig.

Bei anderen bekannten λ-Sonden sind Lösungen bekannt Gore-Tex (von der Firma Gore nach einem speziellen Verfahren hergestellte poröse PTFE-Folie, die für Luft durchlässig, für Wasser und Öl jedoch undurchlässig ist) direkt am Kabelausgang des Meßfühlers einzusetzen. Diese bekannten Lösungen erfordern einen relativ hohen konstruktiven Integrationsaufwand, lassen sich kaum vor Verschmutzung durch Straßenschmutz, Öl, Unterbodenschutzmittel u. a. schützen und beschränken außerdem die maximale Temperaturbelastbar keit am Kabelausgang der Sonde.

Aufgaben und Vorteile der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung einen Meßfühler, insbesondere einen als λ-Sonde geeigneten Meßfühler, so zu ermöglichen, daß der "Belüftungsabschnitt" an einer relativ kalten Stelle des Meßfühlers sitzt, und daß Porositäts veränderungen durch Temperatureinflüsse und durch Verschmutzung von außen minimiert sind.

Dadurch daß, wie erfindungsgemäß vorgesehen ist, der gasdurchlässige Bereich der Kabelisolierung unmittelbar an das kabelausgangsseitige Ende des Tüllenkörpers anschließt und dort mit einem porösen Schlauch aus gasdurch lässigem PTFE-Material so umhüllt ist, daß ein radialer Abstand zwischen dem porösen PTFE-Schlauch und dem gasdurchlässigen Abschnitt der Kabel isolierung verbleibt, ist nicht nur ein optimaler Lufteintritt, d. h. Eintritt der Referenzatmosphäre in das Innere der Kabelisolierung gewährleistet, sondern der poröse Schlauch aus gasdurchlässigem PTFE-Material läßt sich auch mit relativ einfachen Mitteln an diesem relativ kalten Ende des Meßfühlers integrieren.

Um den radialen Abstand zwischen dem porösen PTFE-Schlauch und der Kabelisolierung zu gewährleisten, liegt zwischen der Kabelisolierung und dem porösen PTFE-Schlauch eine innere Klemmhülse, die die Kabelisolierung in radialem Abstand umgibt. Diese Klemmhülse weist wenigstens eine Querbohrung im gasdurchlässigen Abschnitt der Kabelisolierung auf, so daß dort ein freier Luftzutritt zum gasdurchlässigen Abschnitt der Kabelisolierung gewährleistet ist.

Bevorzugt geschieht nun die Befestigung des porösen PTFE-Schlauchs am Tüllenkörper und an der inneren Klemmhülse dadurch, daß eine den Tüllenkörper und die innere Klemmhülse umschließende äußere Klemmhülse in axialem Abstand angebrachte Rundverstemmungen derart aufweist, daß der poröse PTFE-Schlauch mit dem kabelausgangsseitigen Ende des Tüllenkörpers formschlüssig verbunden ist. Diese Rundverstemmungen der äußeren Klemmhülse definieren einen radialen Wulst bestimmter Länge, der die freie Luftzufuhr zu einer definierten Länge des porösen PTFE-Schlauchs gewährleistet. Die äußere Klemmhülse weist im Bereich des Wulstes wenigstens eine Querbohrung auf, die mit der Querbohrung in der inneren Klemmhülse fluchten kann. Ein als Kabelknickschutz und Temperaturschutz dienender PTFE-Formschlauch kann am Sondenausgang einfach dadurch integriert werden, daß die am kabelausgangsseitigen Ende der äußeren Klemmhülse angebrachte Verstemmung den PTFE-Formschlauch radial zwischen den porösen PTFE-Schlauch und der inneren Klemmhülse festklemmt.

Um einen weiteren Schutz gegen äußere Verschmutzung anzubringen, läßt sich der "Belüftungsabschnitt", d. h. der Wulst der äußeren Klemmhülse durch einen darübergeschobenen silikonbeschichteten Glasgewebeschlauch um hüllen, der somit die Querbohrung oder die Querbohrungen in der äußeren Klemmhülse bedeckt und vor Verschmutzung von außen schützt. Dies führt während der Lebensdauer des Meßfühlers ebenfalls zu einer Minimierung der Veränderung der Porositätseigenschaften des Belüftungsabschnitts.

Bevorzugt wird für den porösen PTFE-Schlauch Gore-Tex verwendet, welches, wie bereits erwähnt, ein aus poröser PTFE-Folie nach einem speziellen Verfahren von der Firma Gore hergestellter für Luft durchlässiger, für Wasser und Öl jedoch undurchlässiger Schlauch ist. Durch Auswahl der entsprechen den Gore-Tex-Qualität läßt sich die Beatembarkeit den Erfordernissen des Meßfühlers in einem breiten Rahmen und mit geringer Streuung anpassen. So sind z. B. fertigungsbedingte Verschmutzungsrückstände leichter bei poröseren Membranen auszutreiben, während bei starker Verschmutzungsgefahr z. B. durch Benzin, Motorreinigungsmittel u. a. geringere Porositäten von Vorteil sind. Die innere und äußere Klemmhülse können bevorzugt aus Metall insbesondere rostfreiem Stahl und der Tüllenkörper kann aus Silikonmaterial bestehen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Meßfühlers anhand der einzigen Zeichnungsfigur näher beschrieben.

Ausführungsbeispiel

Die Figur zeigt einen schematischen abgebrochenen Längsschnitt des kabelausgangsseitigen Endes eines Ausführungsbeispiels des erfindungs gemäßen Meßfühlers, der allgemein mit der Bezugszahl 1 bezeichnet ist. In der Figur sind 2 Anschlußkabel 4 und 5 zu sehen, die durch einen Tüllenkörper 2 am kabelausgangsseitigen Ende des Meßfühlers geführt sind. Nicht gezeigt ist das Sensorelement des Meßfühlers sowie das das Sensorelement umschließende metallische Gehäuse, welches am in der Figur unteren Ende des Meßfühlers 1 anschließen würde. Die Kabelisolierungen 6, 7 weisen dort, wo sie an den Tüllenkörper 2 anschließen, ein gasdurchlässigen Bereich auf, um eine Referenzatmosphäre für das Sensorelement in das Gehäuse einzuleiten. Dort ist eine innere Klemmhülse 13 unter Einhaltung eines radialen Abstandes über die Kabelisolierungen 6, 7 geschoben und weist wenigstens eine Querbohrung 15 in dem unmittelbar an die an dem Tüllenkörper 2 anschließenden Abschnitt auf (in der Figur sind zwei Querbohrungen 15 dargestellt). Diese aus Metall, insbesondere aus rostfreiem Stahl bestehende innere Klemmhülse 13 dient zunächst dazu, einen den gasdurchlässigen Abschnitt der Kabelisolierung 6, 7 überdeckenden porösen Schlauch 10 aus gasdurchlässigem PTFE-Material (Gore-Tex) in radialem Abstand von den Kabelisolierungen 6, 7 zu halten, so daß ein freier Luftdurchtritt durch den porösen Schlauch 10, dann durch die Querbohrungen 15 der inneren Klemmhülse 13 und durch die gasdurchlässigen Abschnitte der Kabel isolierungen 6, 7 in das Innere desselben stattfinden kann. Wie die Figur zeigt überlappt der poröse Schlauch 10 aus gasdurchlässigen PTFE-Material den Tüllenkörper 2 und schließt nach oben mit der inneren Klemmhülse 13 ab.

Wie die Figur ferner zeigt, ist eine äußere Klemmhülse 14 über den gesamten Belüftungsabschnitt und den Tüllenkörper 2 geschoben, die zum Zwecke der Luftzufuhr ebenfalls eine oder mehrere Querbohrungen 12 (es sind in der Figur zwei Querbohrungen 12 dargestellt) aufweist. Um alle Bauteile solid und gasdicht miteinander zu verbinden, wird die äußere Klemmhülse 14 am vorderen, d. h. meßgasseitigen Ende und am hinteren, d. h. kabelausgangs seitigen Ende rundverstemmt. Dies ist durch die Pfeile A und B veranschaulicht.

Im Bereich des Belüftungsabschnitts bilden die axial beabstandeten Rundverstemmungen A, B der äußeren Querhülse 14 einen radialen Wulst C bestimmter Länge, um die freie Luftzufuhr zu einer definierten axialen Länge des gasdurchlässigen PTFE-Schlauchs 10 zu gewährleisten. Beim Verstemm vorgang wird der an der unteren Seite der Figur dargestellte Dichtungs tüllenkörper 2 aus Silikon weitestgehend formschlüssig dicht mit dem gasdurchlässigen PTFE-Schlauch 10 verbunden und der Tüllenkörper 2 an den Anschlußkabeln 4, 5 kraftschlüssig dichtend angelegt. Weiterhin wird durch die obere Rundverstemmung A ein die Anschlußkabel 4, 5 schützender PTFE-Form schlauch 8 und der darunterliegende gasdurchlässige PTFE-Schlauch auf die innere Klemmhülse 13 gepreßt. Die innere Klemmhülse 13 kann beim Verstemmvorgang leicht verformt werden. Da beim Verstemmvorgang die innere Klemmhülse 13 ebenfalls dicht an dem Silikontüllenkörper 2 zur Anlage kommen kann, sind die Querbohrungen 15 der inneren Klemmhülse im Bereich des Wulstes C zum Luftdurchtritt notwendig. Um die Luftzufuhr zum Inneren des Gehäuses sicher zu gewährleisten kann eine (nicht gezeigte) PTFE-Tülle der Sonde selbst eine ebenfalls nicht dargestellte Blindbohrung parallel zu den Kabel-Durchführungsbohrungen aufweisen.

Über den Wulst C ist ein äußerer silikonbeschichteter Glasgewebeschlauch 16 geschoben, der einen optimalen Schutz der Querbohrungen 12 der äußeren Klemmhülse 14 und des darunter befindlichen porösen Schlauchs 10 gegen Verschmutzung von außen bietet.

Fertigungsbedingte Verschmutzungsrückstände sind leichter bei poröserem Material für den PTFE-Schlauch 10 auszutreiben, während bei starker Verschmutzungsbeaufschlagung z. B. durch Benzin und Motorreinigungsmittel geringe Porositäten des Schlauchs 10 von Vorteil sind. Somit läßt sich durch Auswahl der entsprechenden Gore-Tex-Qualität für den porösen Schlauch 10 die Beatembarkeit und die Widerstandsfähigkeit gegen Verschmutzungen desselben an die Erfordernisse des Meßfühlers in einem breiten Rahmen und mit geringer Streuung anpassen.

Claims

1. Meßfühler, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Verbrennungsmotoren, mit einem in einem metallischen Gehäuse axial angeordneten Sensorelement, welches mit mindestens einem aus dem Gehäuse durch einen Tüllenkörper (2) hindurch axial herausgeführten Anschlußkabel (4, 5) kontaktiert ist, das eine Kabelisolierung (6, 7) aufweist, wobei in das Gehäuse eine Referenzatmosphäre für das Sensorelement einleitbar ist und die Kabelisolierung (6, 7) an der Mantelfläche wenigstens bereichsweise mindestens einen gasdurchlässigen Abschnitt derart aufweist, daß die Referenzatmosphäre in das Innere der Kabelisolierung (6, 7) und von dort in das Gehäuse gelangt dadurch gekennzeichnet, daß der gasdurchlässige Bereich der Kabelisolierung (6, 7) unmittelbar an das kabelausgangsseitige Ende des Tüllenkörpers (2) anschließt und dort mit einem porösen Schlauch (10) aus gasdurchlässigem PTFE-Material so umhüllt ist, daß ein radialer Abstand (11) zwischen dem porösen PTFE-Schlauch und dem gasdurchlässigen Abschnitt der Kabelisolierung (6, 7) verbleibt.

2. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand (11) zwischen dem porösen PTFE-Schlauch (10) und der Kabelisolie rung (6, 7) durch eine innere Klemmhülse (13) zwischen der Kabelisolierung (6, 7) und dem porösen PTFE-Schlauch (10) sichergestellt ist, die die Kabelisolie rung (6, 7) in radialem Abstand umgibt und im gasdurchlässigen Abschnitt der Kabelisolierung (6, 7) mindestens eine Querbohrung (15) aufweist.

3. Meßfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Tüllenkörper (2) und die innere Klemmhülse (13) umschließende äußere Klemmhülse (14) in axialem Abstand angebrachte Rundverstemmungen (A, B) derart aufweist, daß der poröse PTFE-Schlauch (10) mit dem kabel ausgangsseitigen Ende des Tüllenkörpers (2) formschlüssig verbunden ist.

4. Meßfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand der Rundverstemmungen (A, B) der äußeren Klemmhülse (14) einen radialen Wulst (C) bestimmter Länge definiert, um die freie Luftzufuhr zu einer definierten Länge des porösen PTFE-Schlauchs (10) zu gewährleisten.

5. Meßfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Klemmhülse (14) im Bereich des Wulstes (C) mindestens eine Querbohrung (12) aufweist.

6. Meßfühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundverstemmung (A) am kabelausgangsseitigen Ende der äußeren Klemmhülse (14) außerdem einen die herausgeführten Anschlußkabel (4, 5) über einen Teil ihrer Länge umhüllenden PTFE-Formschlauch (8) zwischen dem porösen PTFE-Schlauch (10) und der inneren Klemmhülse (13) dichtend festklemmt.

7. Meßfühler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Klemmhülse (14) im Bereich der in ihren Wulst (C) eingebrachten Querbohrung(en) (12) von einem diese Bohrung(en) (12) gegenüber Verschmutzung von außen schützenden silikonbeschichteten Glasgewebeschlauch (16) umhüllt ist.