专利名称：用于确定气体混合物的物理特性的测量传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定气体混合物、特别是内燃机废气的物理特性的测量传感器。
背景技术：
这种测量传感器可以作为用于确定气体混合物中的一种气体成分的浓度的气体传感器构成，特别是用于确定内燃机废气中的氧浓度，或者作为用于测量气体混合物的温度或压力、特别是内燃机废气的温度或压力的传感器。
在一种特别是用于确定内燃机废气中的氧含量的已知气体传感器(DE 41 26 378 A1)中，用于将连接电缆从壳体中气密地引出的弹性的塞头式成形块用耐热材料如PTFE制成。但也可以使用硅橡胶或氟橡胶如FKM或FFKM作为材料。通过将成形块径向压紧，成形块被压在电缆的绝缘外层上并且密封地起作用，该径向压紧通过将壳体环绕挤压产生，其中，密封作用还可以通过用于电缆的轴向贯通孔的构造以及通过电缆的绝缘外层的表面粗糙度被优化。
处于机械压应力下的弹性体的特性在温度负载下以不利于密封作用的方式改变。根据所使用弹性体的类型，弹性体会变软或变硬，其中，硬化在极端情况下会导致变脆。这就不能在任何情况下保证足够的密封作用。因此，在测量传感器的电缆出口处温度要求较高时，人们放弃使用弹性体成形块，采取其它用于密封电缆出口的措施。

发明内容
根据本发明，提出一种用于确定气体混合物、特别是内燃机废气的物理特性的测量传感器，它具有一个安置在一个壳体中的传感元件，该传感元件连接在至少一根电缆上；并且具有一个封闭该壳体的、由可弹性变形的材料制成的成形块，该成形块通过径向压紧将所述至少一根电缆气密地包围，其中，在成形块中安置了一个弹簧元件，它可通过所述径向压紧被压紧并且在压紧状态下产生一个径向作用在电缆上的力分量。
本发明测量传感器的优点是，由于弹簧元件在装配时被预压，在成形块弹性由于温度负载高而降低的情况下成形块在电缆上的压紧力也能够几乎保持恒定，从而使成形块的密封作用保持不变。因此，弹性体作为成形块的材料也可以用在比已知测量传感器中用弹性体成形块密封的电缆出口通常所能承受的温度高出20-50℃的温度下。使用弹性体又使得与其它耐高温的引导电缆穿过方式相比成本明显降低。
通过给出的其它措施可以有利地进一步构造和改进本发明的测量传感器。
按照本发明的一个有利实施形式，成形块具有一个带有圆形内横截面的盲孔和至少两个最好等距离地布置在一个与该盲孔同心的分度圆上的贯通孔，这些贯通孔各用于一根电缆。成形元件构成为一个螺旋盘簧状卷起的压紧套并且插入所述盲孔中。在将金属制的壳体沿圆周压制时压紧套预压紧，其方式是该套在其净直径减小的情况下相互滑移，使“螺旋盘簧”被压紧。由于套被压紧，成形块的材料被径向压向电缆的绝缘外层。如果材料的弹性降低，则由于压紧套具有弹簧力而使压紧力几乎不变，从而保持成形块相对于电缆的密封作用。
此外还给出了本发明弹簧元件的替换实施形式，其中弹簧元件处于关闭测量传感器壳体的成形块内。


在下面的说明中借助在附图中描述的实施例详细解释本发明。附图表示图1一个用于确定气体混合物物理特性的测量传感器的一个纵剖面的局部，图2图1所示测量传感器内一个用于引导电缆穿过的成形块的一个纵剖面，带有内置的弹簧元件，图3成形块的沿图2中箭头III方向的视图，图4另一实施例的一个带有内置的弹簧元件的成形块的一个纵剖面，图5图4中的成形块沿箭头V方向的视图，图6图4和5所示成形块内的弹簧元件处于未压紧状态(a)和压紧状态(b)的放大俯视图，图7第三实施例的成形元件的一个纵剖面，图8用于装在图7所示成形块内的弹簧元件，处于未压紧状态，图9图8所示弹簧元件处于压紧状态，图10第四实施例的带有内置弹簧元件的成形块的一个纵剖面，图11图10的成形块沿箭头XI方向的视图，图12第五实施例的带有内置弹簧元件的成形块的一个纵剖面，图13图12的成形块沿箭头XIII方向的视图。
具体实施例方式
在图1中以纵剖面局部地表示出的测量传感器用于确定气体混合物的物理特性，例如内燃机废气中的氧浓度，它具有一个传感元件11，该传感元件的一个端部承受气体混合物或者废气，在另一个端部上设置了一个带有至少一根电缆12的接触头，传感元件11通过该电缆与一个控制器连接。在图1-3的实施例中，在传感元件上连接了总共四根汇集成一根连接导线10的电缆12。每根电缆12具有一个电导体13以及一个包围该电导体的绝缘外层14。
传感元件11被容纳在一个壳体15中，该壳体由一个这里未表示出的实心的金属体和一个固定在该金属体上的金属制的保护套151组成。在此，传感元件11气密地穿过金属体并且在其触点接触区域内被保护套151带有径向距离地包围，该保护套还延伸到与该传感元件11连接的电缆12的一段上。为了将电缆12气密地从壳体15中引出，在保护套151的自实心金属体转向离开的端部内置入了一个可弹性变形的突耳式的成形块16，它通过径向压紧气密地包围电缆12。作为成形块16的材料可以使用硅橡胶或氟橡胶，所述径向压紧通过金属制的保护套151的一个圆周压制17达到。
在图1-3的实施例中，成形块16具有四个等距地布置在一个分度圆18上的贯通孔19，连接导线10的总共四根电缆12中的各一根分别穿过一个贯通孔。在成形块16中与分度圆18同轴心地加工出了一个盲孔20，该盲孔具有手指状地伸入到贯通孔19之间的突起201。在此，盲孔20的加工从成形块16的朝向传感元件11的侧面开始。盲孔20的突起201的数量相当于安置在分度圆18上的贯通孔19的数量并且要求成形块16中具有至少三个贯通孔19。突起201这样成形，使得它们各在两个相邻的贯通孔19旁与贯通19的孔壁平行地延伸在一个约90°的圆周角上，从而，每个贯通孔19在约180°的圆周角上被带有突起21的盲孔20包握。这样，在这里在成形块16中总共具有四个贯通孔19的情况下，盲孔20具有大致呈梅花爪式的孔横截面。在盲孔20中形状对合地容纳了一个弹簧元件21，它构成为一个具有与带有突起201的盲孔20的轮廓相应的形状的压紧套22。该压紧套22用薄壁的弹簧钢制成并且由多个层组合成，这些层为了连接在一起而被点焊。一个层的厚度例如小于0.1mm。
在装配测量传感器时，在将电缆12引导穿过贯通孔19并且将成形块16装入保护套151的端部区域中之后，通过金属制的保护套151上的圆周压制17使该金属制的保护套151在直径上减小，该圆周压制例如借助具有在径向上作用的压头的工具制成。由此使被容纳在盲孔20中的弹簧元件21被压紧，具体地说这样实现压紧套22被总体压合，同时通过弹簧元件21产生一个将成形块16压紧到电缆12上的径向压紧力，该压紧力保证电缆12在贯通孔19中被气密地密封。该压紧力通过在进行圆周压制17时被压紧的弹簧元件21被长久地保持住，即使是成形块材料的弹性特性由于高的温度负荷而减退。
在图4和5中以纵剖面和底视图表示出的成形块16与图2和3所示的成形块16一致，因此，相同的构件使用相同的参考标号。在这里，弹簧元件21不是作为带有多个径向指或突起的压紧套构成，而是作为螺旋盘簧状卷起的压紧套23构成，它同样装在成形块16上的一个此时呈圆形的盲孔24中。该螺旋盘簧状卷起的压紧套23在图6中在图a中以未压紧状态、在图b中以压紧状态表示出。该螺旋盘簧状卷起的压紧套23带有小的预压力(图6a)地装入盲孔20中。如果此时在如前面描述的引导电缆穿过的装配中将金属制的保护套151沿圆周压制，则该螺旋盘簧状的压紧套23被压紧并且具有在图6b中示出的形状，在呈该形状时它在盲孔20的孔壁上作用一个均匀的径向压力。螺旋盘簧状的压紧套23的该径向压力使成形块材料在电缆12的绝缘外层14上具有恒定的压紧力，确切地说即使是在成形块材料的弹性特性减退的情况下。
在图7中作为又一实施例以纵剖面表示出的成形块16′只适合用于被单根的电缆12穿过。该成形块16′具有一个用于电缆12的中心的贯通孔19和一个同心地包围该贯通孔19的环形槽25，该环形槽自成形块16′的一个端面起加工出，该端面在成形块16′被装配好时指向壳体15的内部，即指向传感元件11。在该环形槽25中装入了在图8中表示出的弹簧元件21，它构成为带有多个轴向延伸的弹簧臂27的压紧套26，这些弹簧臂被一个套环28连接在一起。每个弹簧臂27具有一个与套环28一体的外弹簧腿271和一个内弹簧腿272，该内弹簧腿在外弹簧腿271的远离套环的端部上自外弹簧腿弯曲出来，与外弹簧腿271平行地向套环28折回。两个弹簧腿271，272的相互距离大约相当于环形槽25的宽度。压紧套26插入到成形块16′上的环形槽25中，其中，外弹簧腿271贴靠在外槽壁251上，内弹簧腿272贴靠在内槽壁252上。
如果此时在装配成形块16′之后将金属制的保护套15沿圆周压制，则弹簧腿271，272被压向一起，在此，它们的相互距离减小。由此，压紧套26被压紧并且产生一个作用在内槽壁252上的复位力，它使成形块材料压力密封地贴靠在电缆12的绝缘外层14上。在图9中表示出了通过圆周压制被压紧的压紧套26。
在图10和11中介绍的成形块16的实施例与图4和5所示的成形块16一致，因此，相同的构件使用相同的参考标号。该成形块16也具有总共四个等距地布置在一个分度圆18上的用于穿过电缆12的贯通孔19以及一个中心的与分度圆18同心的盲孔24。被容纳在盲孔24中的弹簧元件21在这里是一个空心圆筒29，它在端面被封闭并且包围了一个空气体积。该空心圆筒29起到空气弹簧的作用，并且在完成成形块16的装配后进行圆周压制时被压缩，使得空气体积被压缩并且在空心圆筒29的圆筒壁上作用一个均匀的径向压力。该径向压力又被传递到成形块材料上，使得它被气密地压紧在电缆12的绝缘外层14上。
在图12和13中以纵剖面和底视图介绍的成形块16的实施例与图2和3所示的成形块16一致。在这里，盲孔20也具有手指状的突起201，它们插入到等距地布置在一个分度圆18上的贯通孔19之间。在带有手指状突起201的盲孔20中装入了构成为端面封闭的空心体30的弹簧元件21，它的形状与带有突起201的盲孔20的轮廓相配，使得空心体30形状对合地被置入盲孔20中。空心体30也包围一个空气体积，该空气体积在进行通过圆周压制将成形块16径向压紧时被压缩。由此，空心体30起到被压紧的空气弹簧的作用，它具有将成形块材料径向压紧在电缆12上的复位力。
权利要求
1.用于确定气体混合物、特别是内燃机废气的物理特性的测量传感器，它具有一个安置在一个壳体(15)中的传感元件(11)，该传感元件连接在至少一根电缆(12)上；并且具有一个封闭该壳体(15)的、由可弹性变形的材料制成的成形块(16，16′)，该成形块通过径向压紧将所述至少一根电缆(12)气密地包围，其特征在于，在成形块(16，16′)中安置了一个弹簧元件(21)，它可通过所述径向压紧被压紧并且在压紧状态下产生一个径向作用在电缆(12)上的力分量。
2.根据权利要求1所述的测量传感器，其特征在于，成形块(16)具有一个盲孔(24)和至少两个最好等距地布置在一个与该盲孔(24)同心的分度圆(18)上的贯通孔(19)，这些贯通孔各用于一根电缆(12)，并且，弹簧元件(21)构成为一个螺旋盘簧形卷起的压紧套(23)，该压紧套被装入到所述盲孔(24)中。
3.根据权利要求1所述的测量传感器，其特征在于，成形块(16)具有至少三个最好等距地布置在一个分度圆(18)上各用于一根电缆(12)的贯通孔(19)和一个与该分度圆(18)同心的盲孔(20)，该盲孔具有手指状穿过贯通孔(19)之间的突起(201)，并且，弹簧元件(21)构成为一个具有套筒形状的压紧套(22)，该套筒形状与带有突起(201)的盲孔(20)的轮廓相应，该弹簧元件被形状对合地容纳在盲孔(20)中。
4.根据权利要求2或3所述的测量传感器，其特征在于，压紧套(23；22)用薄壁的弹簧钢制成。
5.根据权利要求4所述的测量传感器，其特征在于，压紧套(23；22)是多层的并且各个层被相互点焊。
6.根据权利要求2至5之一所述的测量传感器，其特征在于，压紧套(23；22)被带有小预压力地装入盲孔(24；20)中。
7.根据权利要求1所述的测量传感器，其特征在于，成形块(16′)具有一个用于一根电缆(12)的贯通孔(19)和一个同心地包围该贯通孔(19)的环形槽(25)，并且，弹簧元件(21)构成为一个由多个轴向延伸的弹簧臂(27)组合成的压紧套(26)，它被装入到环形槽(25)中。
8.根据权利要求7所述的测量传感器，其特征在于，这些弹簧臂(27)分别具有一个与一个套环(28)一体的外弹簧腿(271)和一个在该外弹簧腿的远离套环的端部上自该外弹簧腿弯曲出来的内弹簧腿(272)，该内弹簧腿与外弹簧腿(271)平行地一直向套环(28)折回，并且，这两个弹簧腿(271，272)之间的距离大约相当于环形槽(25)的槽宽度。
9.根据权利要求1所述的测量传感器，其特征在于，成形块(16)具有一个盲孔(24)和至少两个最好等距地布置在一个与该盲孔(24)同心的分度圆(18)上的贯通孔(19)，这些贯通孔各用于一根电缆(12)，并且，弹簧元件(21)是一个带有被封闭的空气体积的空心圆筒(29)，它被形状对合地容纳在所述盲孔(24)中。
10.根据权利要求1所述的测量传感器，其特征在于，成形块(16)具有至少三个最好等距地布置在一个分度圆(18)上各用于一根电缆(12)的贯通孔(19)和一个与该分度圆(18)同心的盲孔(20)，该盲孔具有手指状地穿过贯通孔(19)之间的突起(201)，并且，弹簧元件(21)是一个空心体(30)，该空心体带有被封闭的空气体积并且具有与带有突起(201)的盲孔(20)的轮廓相应的空心体形状，它被形状对合地容纳在盲孔(20)中。
11.根据权利要求1至10之一所述的测量传感器，其特征在于，成形块(16，16′)的可弹性变形的材料是一种弹性体。
全文摘要
一种用于确定气体混合物、特别是内燃机废气的物理特性的测量传感器，具有一个安置在一个壳体(15)中的传感元件(11)，该传感元件连接在至少一根电缆(12)上；并且具有一个封闭该壳体(15)的、由可弹性变形的材料制成的成形块(16，16′)，该成形块通过径向压紧将所述至少一根电缆(12)气密地包围。较高的温度负荷会导致成形块(16)的弹性特性减退，为了保证在这种情况下电缆线也能够气密地穿过，在成形块(16，16′)中安置了一个弹簧元件(21)，它可通过所述径向压紧被压紧并且在压紧状态下产生一个径向作用在电缆(12)上的力分量。
文档编号G01N27/407GK1603810SQ200410012058
公开日2005年4月6日 申请日期2004年9月28日 优先权日2003年10月2日
发明者赫尔穆特·魏尔, 赖纳·迈尔 申请人:罗伯特·博施有限公司