DE20020805U1

DE20020805U1 - Sensormodul für ein elektrisches Steckergehäuse

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Publication number: DE20020805U1
Application number: DE20020805U
Authority: DE
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2001-03-08
Anticipated expiration: 2010-12-09
Also published as: DE10000350A1

Description

Schröter & Haverkamp "··"··' ·^:··^:#·Patentanwälte

European Patent and Trademark Attorneys

Leopold Kostal GmbH & Co. KG

Wiesenstraße 47
D-58507 Lüdenscheid
Deutschland

Sensormodul für ein elektrisches Steckergehäuse

Die Erfindung betrifft ein Sensormodul, welches an einem elektrischen Steckermodul angeordnet ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Sensormodul für ein elektrisches Steckergehäuse umfassend ein Sensorelement, ein Trägerelement zum Halten des Sensorelements und Kontaktmittel zum Erstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Sensorelement und innerhalb des Steckergehäuses befindlichen elektrischen Leitern.

&iacgr;&ogr; Derartige Sensormodule werden beispielsweise bei elektrischen Steckergehäusen eingesetzt, die zum Kontaktieren einer den Sauerstoffpartialdruck in dem Abgasstrom eines Kraftfahrzeugs messenden Lambda-Sonde. Als Sensormodul ist ein als Hybridbaustein ausgebildetes Widerstandselement eingesetzt, durch welches ein Abgleich des durch die Lambda-Sonde festgestellten Sauerstoffpartialdruckes mit dem aktuellen Betriebszustand erfolgen soll. Zu diesem Zweck ist bei einer vorbekannten Konzeption an das Steckergehäuse ein abragender Fortsatz angeformt, in dem zwei Blechstreifen als Leiterbahnen eingespritzt gehalten sind. An ihrem aus dem Fortsatz herausragenden Ende münden die Kontaktelemente in eine kreisförmige Ausnehmung, die zur Aufnahme des Hybridbausteins dient. Eine elektrische Kontaktierung zwischen den Kontaktelementen und dem Hybridbaustein erfolgt durch eine Lötverbindung.

Die eingesetzten Hybridbausteine bestehen im Allgemeinen aus einer keramischen Grundmasse, so daß die mechanische Stabilität der durchgeführten Verlötung keinen hohen Beanspruchungen ausgesetzt werden darf. Zu diesem Zweck sind die Kontaktelemente in einem Abschnitt vor ihrer Kontaktierung mit dem Hydridbaustein eine U-förmige Pufferzone ausbildend gestaltet. Durch die Materialelastizität der Pufferzone selbst soll eine ausreichende Spannungsentkopplung bei auftretenden, auf die Lötstellen wirkende Zug- oder Schubkräfte erfolgen. Bei dieser vorbekannten Anordnung ist der Hybridbaustein in einer Ebene rechtwinklig zur

&iacgr;&ogr; Längserstreckung der in das Steckergehäuse hineinreichenden Kontaktelemente angeordnet. Auftretende Zug- oder Schubkräfte, beispielsweise verursacht durch thermische Beeinflussung infolge der Materialunterschiedlichkeit zwischen den Kontaktelementen und dem umgebenden Kunststoffgehäuse, machen sich an den Lötstellen zwischen den Kontaktelementen und dem Hybridbaustein als Scherkräfte bemerkbar. Die bei dieser vorbekannten Anordnung eingesetzten Spannungsentlastungsmittel - die U-förmigen Pufferstellen - reichen jedoch nicht aus, um eine vollständige oder weitestgehend vollständige Spannungsentkopplung herbeizuführen. Infolge dessen kann es vorkommen, daß die an den Lötstellen angreifenden Scherkräfte zu einer Zerstörung der Lötverbindung führen.

Darüber hinaus ist festzustellen, daß eine Montage der vorbekannten Anordnung, insbesondere des Sensorelementes in dem als Trägerelement dienenden Fortsatz des Steckergehäuses nicht unproblematisch ist, da der empfindliche Hybridbaustein in die kreisrunde Ausnehmung in dem Trägerelement eingedrückt werden muß und in aller Regel ein Einsetzen des Hybridbausteines bei der Bestückung des Steckergehäuses vorgenommen wird. Naturgemäß bedarf die Montage und Bestückung eines Steckergehäuses einer geringeren Sorgfalt als der Umgang mit den empfindlichen Hybridbausteinen, so daß diese beiden Montageschritte bezüglich ihren Anforderungen an das Personal nicht unerheblich sind.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes gattungsgemäßes Sensormodul dergestalt weiterzubilden, daß nicht nur ein Umgang mit dem Sensorelement bei einer Montage vereinfacht ist, sondern bei dem eine wirkungsvollere Spannungsentkopplung der Lötstellen realisiert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Trägere-

lement gegenüber dem Steckergehäuse eine eigene zum Einsetzten in das Steckergehäuse ausgelegte gegenständliche Einheit bildet und Mittel aufweist, durch die das Sensorelement in einer Ebene im wesentlichen parallel zur angrenzenden äußeren Oberfläche des Steckergehäuses gehalten ist, und daß als Kontaktmittel von dem Trägerelement gehaltene Kontaktelemente eingesetzt sind, die das Sensorelement zu seiner Kontaktierung mit zumindest einer Kontaktklammer hintergreifen bezogen auf die Einsteckrichtung des Trägerelements in das Steckergehäuse.

&iacgr;&ogr; Bei dem erfindungsgemäßen Sensormodul ist das Trägerelement zum Halten des Sensorelementes, beispielsweise eines Hybridbausteines aus Keramik gegenüber dem Steckergehäuse als eigene gegenständliche Einheit ausgebildet. Dies ermöglicht, daß das Sensorelement bereits in das Trägerelement montiert werden kann, bevor das durch das Trägerelement geschützte Sensorelement tatsächlich in das Steckergehäuse eingesetzt wird. Das Trägerelement dient ebenfalls zum Tragen der als Kontaktmittel eingesetzten Kontaktelemente, die zum Kontaktieren des Sensorelementes mit dem in dem Steckergehäuse angeordneten elektrischen Leitern dienen. Eine Montage des Sensormoduls, bestehend aus dem Trägerelement, dem Sensorelement und den Kontaktelementen in das Steckergehäuse reduziert sich somit alleinig auf ein Einführen des Trägerelementes in einen entsprechend konfektionierten Montageschacht, so daß die Kontaktelemente in der jeweils vorbestimmten Art und Weise die in dem Steckergehäuse befindlichen elektrischen Leiter kontaktieren können.

Durch das Trägerelement ist das plattig ausgebildete Sensorelement in einer Ebene gehalten, die parallel bzw. im wesentlichen parallel zur äußeren Oberfläche des Steckergehäuses verläuft. In dieser Anordnung befindet sich das Sensorelement mit seiner Flachseite etwa rechtwinklig zur Einsteckrichtung des Sensormoduls. Die durch die Kontaktelemente zu kontaktierende Oberfläche des Sensorelementes befindet sich an der von dem Steckergehäuse wegweisenden Seite des Sensorelementes. Die Kontaktelemente zum Kontaktieren der Kontaktflächen des Sensorelementes umfassen eine Kontaktklammer, die das Sensorelement hintergreifen. Dies hat zum einen den Vorteil, daß die Kontaktklammern von außen ohne weiteres zugänglich und auch mit der Kontaktfläche des Sensorelementes verlötet werden können. Vorteilhaft ist insbesondere jedoch,

daß eine auf die Kontaktelemente in Einsteckrichtung oder entgegen dieser wirkende Längenänderung nicht zu einer Scherbeanspruchung der Lötstellen sondern zu einer Beanspruchung, die rechtwinklig zur Ebene des Sensorelementes ausgerichtet ist, führt. In dieser Richtung ist jedoch die Belastbarkeit der Lötstelle weitaus höher als gegenüber Scherkräften. Durch Ausbildung der das Sensorelement hintergreifenden Klammer erfolgt eine Belastung der Lötstelle bei einer relativen Verkürzung der Kontaktelemente nicht, da dann die das Sensorelement hintergreifende Klammer zum Sensorelement hingezogen wird.

Zusätzliche Spannungsentkopplungsmittel können die Kontaktelemente kennzeichnen, wie beispielsweise U-förmige Pufferstellen oder etwa eine rechtwinklige die Pufferstelle mit der Kontaktklammer verbindende Abwinklung, an deren freiem Ende die Kontaktklammer angeordnet ist.

Es ist zweckmäßig, die Kontaktelemente mit Kontaktzungen auszustatten, die parallel zur äußeren Oberfläche des Steckergehäuses verlaufen und somit in ein in dem Steckergehäuse befindliches Buchsengehäuse einsteckbar sind. Ist vorgesehen, daß eine Kontaktierung in beide Richtungen innerhalb des Steckergehäuses erfolgen soll, können die Kontaktelemente zwei diametral einander gegenüberliegende Kontaktzungen aufweisen. Eine Montage eines Trägerelementes mit derartigen Kontaktelementen erfolgt durch Einschwenken desselben durch eine in dem Stekkergehäuse befindliche Montageöffnung. Diese ist zweckmäßigerweise als Schacht ausgebildet und durch einen Deckel verschließbar.

Das erfindungsgemäße Sensormodul eignet sich insbesondere für die Aufnahme eines als Widerstandselement ausgebildeten Hybridbausteins, mit dem ein Abgleich eines durch eine Lambda-Sonde ermittelten Sauerstoffpartialdruckes innerhalb des Abgasstroms eines Kraftfahrzeuges erfolgt.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind Bestandteil weiterer Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

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Fig. 1: Eine schematisierte dreidimensionale Darstellung nach Art einer Explosionsansicht eines Sensormoduls für ein Steckergehäuse,

Fig. 2: Eine vergrößerte Darstellung eines Kontaktelementes des Sensormoduls,

Fig. 3a: Eine dreidimensionale Ansicht des Sensormoduls mit einem eingesetzten Sensorelement und den Kontaktelementen,

&iacgr;&ogr; Fig. 3b: Eine Vorderansicht des Sensormoduls der Figur 3a,

Fig. 4a: Ein Längsschnitt durch die Anordnung der Figur 1 mit dem Sensormodul bei seinem Einsetzen in das Steckergehäuse,

Fig. 4b: Das in das Steckergehäuse eingesetzte Sensormodul der Figur 4a und

Fig. 5: Das in das Steckergehäuse eingesetzte und mit einem Deckel verschlossene Sensormodul der Figur 1.

Ein Sensormodul 1 besteht aus einem Trägerelement 2, einem Sensorelement, hier: einem als Widerstandselement ausgebildeten Hybridbaustein 3 und zwei Kontaktelementen 4, 5. Das Trägerelement 2 dient zum Halten des Hybridbausteines 3 und umfaßt zu diesem Zweck eine in das Trägerelement 2 eingebrachte Aufnahme 6, die unterseitig eine Öffnung zum Einschieben des Hybridbausteines 3 in die Aufnahme 6 aufweist. Das Trägerelement 2 dient ferner zum Halten der beiden Kontaktelemente 4, 5, die mittels Mäusezähnchen M in dem aus Kunststoff hergestellten Trägerelement 2 gehalten sind.

Figur 2 zeigt in einer vergrößerten Darstellung das Kontaktelement 4. Mit den Mäusezähnchen M ist das Kontaktelement 4 in dem Trägerelement 2 gehalten. Ausgehend von dieser Befestigung umfaßt das Kontaktelement 4 zwei einander gegenüber liegend angeordnete Kontaktzungen 7, 8, die zum Anschließen des Hybridbausteines 3 an einen elektrischen Leiter dienen. Den Kontaktzungen 7, 8 bezüglich der Befestigung des Kontaktelementes 4 in dem Trägerelement 2 gegenüber liegend ist an die Anordnung der Mäusezähnchen M eine U-förmig ausgebildete Pufferstelle 9

angeordnet, die in eine rechtwinklige Abwinklung 10 übergeht. Das freie Ende der rechtwinkligen Abwinklung 10 trägt eine beidseitig wirkende Kontaktklammer 11, die aus einzelnen Kontaktarmen K₁ bis K₃ besteht. In die Kontaktklammer 11 eingeführt wird zum Kontaktieren des Hybridbausteins 3 die obere Seitenfläche 12 des Hybridbausteins 3, so daß die beiden Kontaktarme K₂, K₃ auf einer Kontaktfläche des Hybrid bausteine 3 zu seiner elektrischen Kontaktierung aufliegen. Das Kontaktelement 4 weist durch die dargestellte Ausgestaltung mehrerer Elemente auf, die einer Spannungsentlastung dienen. Zunächst ist die Kontaktklammer 11 aufgrund seiner Materialelastizität nachgiebig ausgebildet. Ferner ist durch die Anordnung der Kontaktklammer 11 am freien Ende der Abwinklung 10 materialelastisch nachgiebig ebenso wie die zu diesem Zweck vorgesehene Pufferstelle 9.

Das Kontaktelement 5 ist entsprechend ausgebildet wie das Kontaktelement 4, weist jedoch im Unterschied zu dem Kontaktelement 4 lediglich eine Kontaktzunge auf.

Nach einer Montage der Kontaktelemente 4, 5 in dem Trägerelement 2 wird der Hybridbaustein 3 von unten in die Aufnahme 6 des Trägerelementes 2 eingeschoben, bis die obere Stirnseite 12 des Hybridbausteins 3 in die Kontaktklammern 11 eingeschoben sind. Die elektrischen Kontaktfelder des Hybridbausteines 3 sind mit den Bezugszeichen 13, 14 gekennzeichnet.

Der Hybridbaustein 3 ist bezüglich seiner Ebene in dem Trägerelement 2 in einer Ebene parallel zur Ebene der angrenzenden Oberfläche 15 des Steckergehäuses 16 angeordnet. Somit befindet sich der Hybridbaustein 3 auch in einer Ebene rechtwinklig zur Richtung der Wirkung der eingesetzten Zugentlastungsmittel 9, 10, 11. Insbesondere hintergreifen die Kontaktarme K₂, K₃ zur Kontaktierung des Hybridbausteines 3 diesen, so daß eine Spannungsbelastung der verlöteten Kontaktstellen 13, 14 allenfalls im Zuge einer thermischen Ausdehnung der Kontaktelemente 4, 5 unterliegt, wenn die thermische Längenänderung zu einer relativen Längenvergrößerung führt. Um auch einer solchen Spannungskomponente zu begegnen, kann eine Konfektionierung zwischen den Kontaktelementen 4, 5 und dem Trägerelement 2 bzw. der Anordnung der Aufnahme 6 im Bereich der maximal auftretenden Temperaturen erfolgen, so daß sich an-

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schließend eine thermische Spannungsbelastung nur noch in einer Längenreduzierung äußern kann, bei der die Kontaktarme K₂, K₃ einen auf die Kontaktfelder 13, 14 gerichteten Druck ausüben.

Die Figuren 3a und 3b zeigen den in das Trägerelement 2 eingesetzten Hybridbaustein 3 sowie die von dem Trägerelement 2 gehaltenen Kontaktelemente 4, 5.

Das fertig montierte Sensormodul 1 wird, wie aus Figur 4a ersichtlich in &iacgr;&ogr; einen Montageschacht 17 des Steckergehäuses 16 durch Einschwenken eingesetzt. Figur 4b zeigt das in dem Montageschacht 17 eingesetzte Sensormodul 1, dessen Kontaktelemente 4, 5 nunmehr durch Einsetzen entsprechender Buchsengehäuse kontaktiert werden können. Durch die einzusetzenden Buchsengehäuse wird das Sensormodul in dem Steckergehäuse 16 gehalten. Außenseitig abgeschlossen ist das Sensormodul durch einen Deckel 18 (vgl. auch Fig. 5), in dem ein Druckausgleichselement, eine PTFE-PiIIe 19 gehalten ist. Innenseitig ist an dem Deckel 18 ein Verriegelungsstift 18a angeformt, mit dem ein in dem Steckergehäuse 16 gehaltener Kontakteinsatz, beispielsweise ein Buchsengehäuse, durch das Aufsetzen des Deckels 18 auf den Montageschacht 17 verriegelt wird. Ferner ist vorgesehen, daß zwischen dem Deckel 18 und der vorderen Stirnseite des Montageschachtes ein Dichtring 20 angeordnet ist. In dem Deckel ist eine Lufteintrittsöffnung 21 vorgesehen.

-8-Zusammenstellung der Bezugszeichen

1	Sensormodul
2	Trägerelement
3	Hybridbaustein
4	Kontaktelement
5	Kontaktelement
6	Aufnahme
7	Kontaktzunge
8	Kontaktzunge
9	Pufferstelle
10	Abwinklung
11	Kontaktklammer
12	obere Stirnseite
13	Kontaktfeld
14	Kontaktfeld
15	Oberfläche
16	Steckergehäuse
17	Montageschacht
18	Deckel
18a	Verriegelungsstift
19	PTFE-PiIIe
K₁-K₃	Kontaktarm
M	Mäusezähnchen

Claims

1. Sensormodul für ein elektrisches Steckergehäuse (16) umfassend ein Sensorelement (3), ein Trägerelement (2) zum Halten des Sensorelements (1) und Kontaktmittel (4, 5) zum Erstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Sensorelement (3) und innerhalb des Steckergehäuses (2) befindlichen elektrischen Leitern, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (2) gegenüber dem Steckergehäuse (16) eine eigene zum Einsetzten in das Steckergehäuse (16) ausgelegte gegenständliche Einheit bildet und Mittel (6) aufweist, durch die das Sensorelement (3) in einer Ebene im wesentlichen parallel zur angrenzenden äußeren Oberfläche (15) des Steckergehäuses (16) gehalten ist, und daß als Kontaktmittel von dem Trägerelement (2) gehaltene Kontaktelemente (4, 5) eingesetzt sind, die das Sensorelement (3) zu seiner Kontaktierung mit zumindest einer Kontaktklammer (11) hintergreifen bezogen auf die Einsteckrichtung des Trägerelements (2) in das Steckergehäuse (16).

2. Sensormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kontaktelement (4, 5) zum Kontaktieren eines in dem Steckergehäuse aufgenommenen Steckverbindungteils zumindest eine Kontaktzunge (7, 8) aufweist, deren Längserstreckung im wesentlichen parallel zur äußeren Oberfläche (15) des Steckergehäuses (16) verlaufend angeordnet ist.

3. Sensormodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (4, 5) zwischen ihrer Kontaktzunge (7, 8) und ihrer Kontaktklammer (11) zusätzliche Mittel (9, 10) zur Spannungsentlastung aufweisen.

4. Sensormodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsentlastungsmittel eine U-förmige Pufferstelle (9) sowie eine etwa rechtwinklige, die Pufferstelle (9) mit der Kontaktklammer (11) verbindende Abwinklung (10), an deren freiem Ende die Kontaktklammer (11) angeordnet ist, umfassen.

5. Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Kontaktelement (4) zum Kontaktieren elektrischer Leiter in gegenüberliegenden Richtungen zwei einander gegenüberliegende Kontaktzungen (7, 8) aufweist.

6. Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensormodul (1) in dem Steckergehäuse in einem durch einen Deckel (18) verschließbaren Montageschacht (17) gehalten ist.

7. Sensormodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Deckel (18) ein Verriegelungsstift (18a) zum Verriegeln eines Kontakteinsatzes in dem Steckergehäuse (16) angeformt ist.

8. Sensormodul nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (18) Träger eines Druckausgleichelements (19) für das Sensorelement (3) ist.

9. Sensormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement ein als Widerstandselement ausgebildeter Hybridbaustein (3) eingesetzt zum Abgleich eines ermittelten Sauerstoffpartialdruckwertes innerhalb des Abgasstrom eines Kraftfahrzeuges ist und durch das Steckergehäuse (16) eine Kontaktierung einer zur Messung des Sauerstoffpartialdruckes eingesetzten Lambda-Sonde erfolgt.