DE102007025622A1

DE102007025622A1 - Gas sensor e.g. exhaust gas sensor, for e.g. determining oxygen concentration, in exhaust gas of internal-combustion engine, has protective sleeve attached on end region of ceramic body, and fastened into ceramic body with its sleeve ends

Info

Publication number: DE102007025622A1
Application number: DE200710025622
Authority: DE
Inventors: Ulrich Eisele; Philipp Spies; Imke Heeren; Georg Rixecker; Benjamin Hagemann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-12-04

Abstract

The sensor has a sensor element (11), and a sealing element surrounding the sensor element for separating measuring gas sided and connection sided end sections (111, 112) in a gas-tight manner. The sealing element is a ceramic body (15) sinter-fused on the sensor element. The ceramic body surrounds the sensor element. A protective sleeve (19) made of metal is attached on an end region of the ceramic body, where the end region turns away from the measuring gas sided end section. The protective sleeve is fastened into the body with its sleeve ends, where the body is made of zirconium oxide.

Description

Stand der TechnikState of the art

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.The The invention is based on a gas sensor for determining a physical Property of a sample gas, in particular the concentration at least a gas component or the temperature of the measurement gas, after the Preamble of claim 1.

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.A known gas sensor of this type ( DE 195 32 090 A1 ) has a provided with a mounting thread and a mounting sleeve, metallic housing and a rod-shaped, planar sensor element which is fixed in the housing and protrudes axially with two end portions on mutually remote housing sides of the housing. Gas-sensitive electrodes are arranged in the so-called measuring-gas-side end section of the sensor element, and contact surfaces are arranged on the so-called connection-side end section of the sensor element and are connected to the electrodes via conductor tracks. The contact surfaces are connected via contact holders or contact plug made of ceramic with guided to the sensor element leads. The measuring gas side end portion is covered by a double protection tube having gas passage holes through which the sample gas reaches the gas-sensitive electrodes.

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.to gas-tight passage of the sensor element through the housing is a seal member enclosing the sensor element provided, which is arranged between two ceramic moldings and through axial compression of the ceramic moldings axially compressed so is that on the one hand to the sensor element and on the other hand radially pressed against an inner wall portion of the housing. The axial pressing force is maintained by means of a metal cap, which is caulked with its cap edge on the metal housing. The cap base presses the one ceramic molding against the sealing member, while the other ceramic molding on one in the housing formed annular shoulder, which represents an abutment. The sealing member is in three parts and consists of two steatite discs and a boron nitride disc interposed therebetween, which is at the Assembly of the gas sensor individually inserted into the housing become.

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.At the messgasseitigen end portion coming into use contact plug or contact holder, for example, press-fit the connecting leads non-positively on the contact surfaces on the sensor element are in different configurations, for. B. from the DE 101 32 827 A1 . DE 101 32 828 A1 or off DE 101 32 823 C1 known. Structure and operation of a sensor element for measuring the oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine is for example in the DE 199 41 051 A1 described.

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 ).Such a gas sensor used as an exhaust gas sensor or lambda probe is inserted into an exhaust pipe of an internal combustion engine and protrudes into the exhaust gas flow guided in the exhaust pipe with the measuring gas side end portion of the sensor element surrounded by a protective tube. To install the exhaust gas sensor on the exhaust pipe, the exhaust pipe is provided with an opening in which a male thread bearing, hollow cylindrical connector is welded. The gas sensor with its housing, which is provided with a sealing flange, inserted into the connector so that the bottom of the sealing flange rests on the annular end face of the connector. A guided over the housing union nut is screwed with an internal thread in the external thread of the connector and presses the annular flange on the end face of the connector, so that a sealing seat of the housing is made in the connector ( DE 197 39 435 A1 ).

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

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.Of the Gas sensor according to the invention with the features of Claim 1 has the advantage that the sensor element gas-tight holding ceramic body at the same time takes over housing function and for immediate obstruction in a sample gas leading Sample gas tube can be used, and through the protective sleeve Made of metal efficiently protected against stone and water hammer is. At the same time, the protective sleeve can be gastight at the end Holder for the so-called. Cable outlet on the contact surfaces of the sensor element contacted, electrical connection cable used become. The cable outlet can be carried out inexpensively be because the ceramic body, preferably zirconia is made, a thermal barrier between the hot Sample gas tube and the protective sleeve represents what is too clear lower temperatures at the cable outlet leads. By the Forming the protective sleeve end is to secure the protective sleeve no thermal process is required on the ceramic body, so that on the one hand assembly costs are saved and on the other hand used a protective sleeve with a small wall thickness can be and also the cable outlet when setting the protective sleeve not thermally overwhelmed on the ceramic body becomes.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Gassensors möglich.By the measures listed in the further claims are advantageous developments and improvements of the claim 1 specified gas sensor possible.

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.According to an advantageous embodiment of the invention, the protective sleeve has a on the Ceramic body attachable, larger diameter, front sleeve portion and a subsequent to the front portion via an annular shoulder for support on the ceramic body, smaller diameter, rear sleeve portion. The front sleeve portion is provided with a radially outwardly projecting bulge which is elastically or partially elastic radially inwardly pressed. This bulge of the protective sleeve is pressed radially to the ceramic body for attachment of the pushed with its front sleeve portion on the ceramic body protection sleeve, whereby the front sleeve section lengthens and a little more aufschiebt on the ceramic body. Now, the protective sleeve is determined by plastic deformation of the sleeve end on the ceramic body and then removed the pressure force of the bulge, the latter springs back outward and generates a higher axial preload between the ceramic body and protective sleeve, in combination with sealing plastic parts on the one hand, a secure seal Protective sleeve on the ceramic body ensures against penetrating moisture and on the other hand, the cable outlet of the gas sensor seals gas-tight. In addition, the holder of the protective sleeve is improved on the ceramic body and significantly increases the stabilization of the cable outlet. The existing by the bulge even after installation air gap between the protective sleeve and ceramic body protects the ceramic body particularly efficient against falling rocks.

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.According to one advantageous embodiment of the invention is of the front sleeve portion of the protective sleeve overlapped Body area of the ceramic body in diameter little larger than the body area that continues measured and the transition between the two body areas formed as a conically tapered collar. The End of the protective sleeve is crimped onto the collar, wherein during the flaring the previously mentioned, radially directed pressure force is applied to the bulge. Due to the continuous increase in diameter the ceramic body in the collar area is when flanging the protective sleeve end the lowest notch effect on the Ceramic body induced. After lifting the radial Compressive force on the bulge resulting axial strain of the Protective sleeve is received by the oblique collar.

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.According to one advantageous embodiment of the invention are in the ceramic body in the end face opening, the contact surfaces the sensor element releasing, axial recesses present, in introduced the contact surfaces contacting contact springs are. The ends of the contact springs are with electrical conductors a connection cable, preferably by crimping, connected, and the joints are in a plastic grommet taken, which closes the protective sleeve end.

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.There also high temperature resistant plastics, as they are for The plastic nozzle can be used at high temperatures are prone to creep, according to an advantageous Embodiment of the invention, a Kunststofftüllenunabhängige Strain relief achieved by the plastic grommet a ceramic bush is preset, in which the contact springs taken and bent at the exit points from the ceramic bushing are. The resulting from these bends shoulders in the Contact springs, which bear against the end faces of the ceramic bush, prevent walking of the contact springs forward or backward.

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.According to one alternative embodiment of the invention are the contact springs U-shaped bent, wherein the one U-legs on each a contact surface rests and the other U-leg itself at the contact surface in the recess opposite Body wall of the ceramic body presses. The latter U-leg is at its free end to the outside kinked and rests on one in the body wall of the ceramic body introduced undercut against extension direction from the recess. On the electrical conductors and contact springs attacking tensile forces are thus at the undercuts absorbed by the ceramic body, eliminating the requirements to the cable outlet with regard to absorption of tensile forces decrease significantly. On the use of the aforementioned ceramic bushing to ensure the pull-out strength can be omitted so that both manufacturing costs and assembly costs are reduced can.

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.Around in this embodiment of the contact springs as possible defined contact between contact springs and contact surfaces of the sensor element is according to a advantageous embodiment of the invention on the Contact surface resting U-legs of the contact springs provided with a dome-shaped bulge, with the U-leg presses on the contact surface.

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.According to an advantageous embodiment of the invention, the ceramic body has a radially projecting, integral integrally mounted mounting flange for immediate obstruction on the ceramic body and a supporting on the radial flange hollow screw, which exposed the mounting flange and protective sleeve portion of the ceramic body covers. At the same time, this hollow screw for clamping the mounting flange on the sample gas tube protects the ceramic body against mechanical damage in the body not covered by the protective sleeve Area.

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.According to one advantageous embodiment of the invention is the light Diameter of the banjo bolt slightly larger than the outer diameter of occupied by the protective sleeve End portion of the ceramic body, but smaller than the outer diameter the protective sleeve and grows in the protective sleeve facing end portion of the hollow screw steadily to a diameter on, which is slightly larger than the outer diameter the not yet flanged end of the protective sleeve. The hollow screw is placed on before putting the protective sleeve pushed the ceramic body on the latter, and by Push back the banjo bolt in such a way that the conical enlargement increasingly over the unbraided End of the protective sleeve slides, the protective sleeve end crimped on the circumferential collar of the ceramic body. By this insertion of the hollow screw as an assembly aid for forming the protective sleeve expensive assembly tools are saved. In addition, the captive serves on the ceramic body held banjo bolt the protection of the ceramic body against mechanical damage well before the actual Assembly in the sample gas tube.

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.According to one advantageous embodiment of the invention is on the Ceramic body between hollow bolt and mounting flange a cross-sectionally L-shaped compensating ring made of metal placed, whose one circumferential L-limbs the ceramic body encloses and the other circumferential L-leg between Radial flange and banjo bolt is located. This compensation ring is used on the one hand as a guard ring between hollow bolt and ceramic body, to damage the ceramic body by to exclude the banjo bolt, and on the other hand acts as a washer between hollow bolt and mounting flange and takes over thus a protective function against shear stress in the ceramic mounting flange when tightening the mounting flange on the sample gas tube by means of Banjo bolt. Through the compensation ring, the hollow screw is after the assembly pushed back a little further on the ceramic body, so that it partially overlaps the sleeve end of the protective sleeve. In addition, even the front end of the protective sleeve be executed longer, so as to further increase the coverage between the banjo bolt and the protective sleeve. In order to A very good protection of the ceramic body is also against Splash water reached.

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.According to one advantageous embodiment of the invention, the balance ring an axial interruption slot. Through this interruption slot The metal ring can be easily widened so over the enlarged diameter in the end of the To be pushed ceramic body.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:The The invention is based on embodiments shown in the drawings explained in more detail in the following description. Show it:

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, 1 a side view of a gas sensor attached to a sample gas pipe, wherein the gas sensor in the half-side longitudinal section and a built-in nozzle for mounting the gas sensor to the sample gas tube are shown in longitudinal section,

2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts II in 1, 2 an enlarged view of the section II in 1 .

3 eine gleiche Darstellung wie in 2 eines modifizierten Gassensors, 3 a same representation as in 2 a modified gas sensor,

4 eine Seitenansicht einer Kontaktfeder im Gassensor gemäß 3, vergrößert dargestellt, 4 a side view of a contact spring in the gas sensor according to 3 , enlarged,

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, 5 and 6 the gas sensor according to 1 with attached banjo bolt as an assembly aid for the plastic deformation of the protective sleeve end ( 5 ) and after ( 6 ) the forming process,

7 eine gleiche Darstellung wie in 6 mit zusätzlich auf den Keramikkörper des Gassensors aufgesetztem Ausgleichsring, 7 a same representation as in 6 with additionally mounted on the ceramic body of the gas sensor compensation ring,

8 eine Seitenansicht des Ausgleichsrings in 7. 8th a side view of the balancing ring in 7 ,

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.The in 1 illustrated gas sensor for determining a physical property of a measuring gas used for example for determining the oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine. With another conceptual design of the sensor element, the gas sensor can also be used for determining the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas or for measuring the temperature of the exhaust gas.

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.The gas sensor has a sensor element 11 with a measuring gas exposable, Meßgasseitigen end portion 111 and a terminal-side end portion 112 on that with contact surfaces 12 for contacting electrical conductors 13 a connection cable 14 is occupied, over which the sensor element 11 can be connected to an evaluation and control unit. For gas-tight separation of the connection-side end section 112 from the measuring gas end section 111 is the sensor element 11 enclosed by a sealing member acting as one on the sensor element 11 sintered ceramic body 15 , z. B. zirconia, is executed. The ceramic body 15 encloses with the exception of the measured gas end section 111 the entire sensor element 11 and points in the area of the contact surfaces 12 on the terminal-side end portion 112 from the front of the ceramic body 15 from introduced recesses 16 on, in which with the electrical conductors 13 of the connection cable 14 connected contact springs 17 einliegen, the non-positively on the contact surfaces 12 Press on. The z. B. by crimping or by a cohesive joining process compounds of the contact springs 17 with the electrical conductors 13 are in the so-called cable outlet 18 added. The cable outlet 18 is in the end of one on the ceramic body 15 put on and attached to this protective sleeve 19 established.

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.The protective sleeve 19 has one on the ceramic body 15 attached, larger diameter, front sleeve section 191 and get it over an annular shoulder 193 subsequent, smaller diameter, rear sleeve section 192 on. The front sleeve section 191 is with a bulge 20 provided, the elastic or partially elastic to the ceramic body 15 is pressable. The ceramic body 15 has in the front of the sleeve section 191 clasped rear body area 151 a diameter slightly larger than that of the adjoining middle body region 152 , Immediately following the middle body area 152 is to the ceramic body 15 a radially protruding mounting flange 21 integrally formed. The conically tapered transition from the back of the body 151 to the middle body area 152 forms a collar 22 on which the sleeve end of the protective sleeve 19 crimped by plastic deformation. The ring shoulder 193 facing front end of the rear body area 151 of the ceramic body 15 is with a circumferential recess 23 Mistake. At the recess 23 lies as an O-ring 24 trained seal ring and rests at the bottom of the front sleeve section 191 at the ring shoulder 193 and on the sleeve wall. The z. B. made of a perfluoroelastomer or graphite O-ring 24 ensures a reliable sealing of the cable outlet 18 ,

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.In the embodiment of 1 includes the cable outlet 18 a the rear sleeve section 192 gastight final plastic nozzle 25 made of a high-temperature-resistant plastic and one of the plastic nozzle 25 immediately upstream ceramic bush 26 , z. B. sintered steatite. In the ceramic bush 26 is one of the number of contact springs 17 corresponding number of channels present in which the contact springs 17 are held. The contact springs go through this 17 completely the ceramic bushing 26 , and the plastic nozzle 25 takes the joints between the contact springs 17 and the electrical conductors 13 on. The contact springs 17 are at theirs in the recesses 16 protruding ends bent hook-shaped and lie with their bent, free hook legs each on one of the contact surfaces 12 of the sensor element 11 non-positively on. The traction is due to the resilient support of the contact springs 17 at the contact surfaces 12 in the recesses 16 opposite body walls of the ceramic body 15 causes. To ensure that the ceramic body made of zirconia 15 does not lose its electrical insulation effect against the contact points, the body wall is within the recess 16 , at which the contact springs 17 support with an insulating coating or insert provided. As the plastic nozzle 25 At high temperatures tends to creep, measures for a strain relief of the contact springs 17 and the electrical conductor 13 met. These are the contact springs 17 at their entry and exit points into and out of the ceramic bush 26 bent, with the bends at the to the recesses 16 pointing outlets are made to the outside, so that the contact springs 17 to the contact surfaces 12 opposite body walls in the recesses 16 press down. These bends form together with the end faces of the ceramic bushing 26 Stops, the axial displacement of the contact springs 17 in the ceramic bush 26 prevention. The plastic nozzle 25 is by crimping the protective sleeve 19 in the rear sleeve section 192 established.

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.In the in 3 a detail of the gas sensor is the cable outlet 18 insofar as modified, as the ceramic bushing 26 has been omitted and the plastic nozzle 25 ' the entire rear sleeve section 192 fills in and on the ceramic body 15 supported. The definition of the plastic nozzle 25 ' is in turn by crimping the rear sleeve section 192 performed. The plastic nozzle 25 ' is with a radially projecting flange 251 provided at the front end of the ceramic body 15 and is flush with this. The flange 151 on the plastic nozzle 25 ' ensures a good moisture and gas-tight sealing of the cable outlet 18 , so that in the embodiment of the 1 and 2 existing O-ring 24 can be waived. For a further improved sealing effect between ceramic body 15 and plastic nozzle 25 ' In addition, a conical sealing surface is provided. The plastic nozzle 25 ' is preferably around the junctions of contact springs 17 and electrical conductors 13 splashed around and then into the protective sleeve 19 used, after which the rear sleeve section 192 the protective sleeve 19 on the plastic nozzle 25 ' is crimped. In order to ensure a safe absorption of possible tensile forces, they are made of plastic 25 ' leaking contact springs 17 ' inside the recesses 16 in the kara mikkörper 15 U-shaped bent, with the end of the free U-leg 171 bent to the outside. With this bend, each contact spring is supported 17 ' at an undercut 27 starting in the the contact surfaces 12 opposite body walls within the recesses 16 is introduced. To a defined contact point between the contact springs 17 ' and the contact surfaces 12 are the long, in the plastic grommet 25 ' introduced U-thighs 172 with a dome-shaped bulge 28 provided, as in 4 is shown. With these dome-shaped bulges 28 Press the contact springs 17 ' on the contact surfaces 12 on.

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.With both too 1 and 2 such as 3 described embodiments of the gas sensor, the assembly is made in such a way that initially the cable outlet 18 with contact springs 17 respectively. 17 ' and electrical conductors 13 of the connection cable 14 prefabricated as a unit, then in the protective sleeve 19 used and the plastic nozzle 25 respectively. 25 ' in the rear sleeve section 192 is determined by crimping. Then the protective sleeve 19 with its front sleeve section 191 on the back of the body 151 of the ceramic body 15 deferred, with the contact springs 17 in the recesses 16 be introduced and there on the contact surfaces 12 on the sensor element 11 on which the ceramic body 15 is sintered, press on. Is the protective sleeve 19 with her ring shoulder 193 on the on the ceramic body 15 attached O-ring 24 or with the flange 251 the plastic nozzle 25 ' on the ceramic body 15 on, this is the end of the protective sleeve 19 on the conical collar 22 of the ceramic body 15 crimped. Before the flaring takes place on the middle body area 152 covering bulge 20 applied a radial compressive force. This will cause the bulge 20 on the ceramic body 15 pressed on, and the end of the protective sleeve 19 shifts further forward over the middle body area 152 , Is the flanging of the end of the protective sleeve 19 finished, then the radial compressive force of the bulge 20 away. The bulge 20 partly springs outwards, so that between the collar and the annular shoulder 193 a bias is maintained, on the one hand, a gas-tight contact pressure of the O-ring 24 causes and on the other hand, a significantly improved stability of the cable outlet 18 brings with it.

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.The ceramic body 15 assumes in addition to its sealing function of the connection-side end portion 112 of the sensor element 11 from the measuring gas end section 111 of the sensor element 11 a housing function, wherein the ceramic body 15 molded mounting flange 21 for clamping the gas sensor in a hollow cylindrical mounting socket 29 one in 1 partially indicated sample gas tube 30 is used. The built-in nozzle 29 is in a wall opening 31 in the pipe wall 301 of the sample gas tube 30 inserted and with the pipe wall 301 welded. The built-in nozzle 29 has an internal thread 291 and a benchmark 292 for supporting the in the built-in nozzle 29 inserted and into the interior of the sample gas tube 30 protruding gas sensor. On opposite sides of the mounting flange 21 on the one hand is a flat bearing surface 211 and on the other hand designed as a circumferential, conical shoulder sealing surface 212 formed. On the above the mounting flange 21 protruding, front body area 153 of the ceramic body 15 is a measuring gas end section 111 of the sensor element 11 Covering double protection tube, consisting of an inner protective tube 32 and an outer protective tube 33 , mounted, with two superimposed protective tube sections of the two protective tubes 32 . 33 between the sealing surface 212 of the mounting flange 21 and the requirements 292 of the built-in utility 29 einliegen. The outer protective tube 33 is at the end around the mounting flange 21 guided around and on the support surface 211 crimped.

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.For clamping the gas sensor in the built-in nozzle 29 serves one on the ceramic body 15 deferred banjo bolt 34 with an external thread 341 for screwing in the internal thread 291 of the built-in utility 29 and a mounting chip 342 , The clear diameter of the banjo bolt 34 is sized slightly larger than the outer diameter of the front sleeve portion 191 the protective sleeve 19 receiving, rear body area 151 of the ceramic body 15 but little smaller than the outer diameter of the front sleeve section 191 the protective sleeve 19 so that the banjo bolt 34 before putting on the protective sleeve 19 on the middle body area 152 of the ceramic body 15 has to be postponed. Will now in the built-in 29 inserted gas sensor, the hollow screw 34 in the installation socket 29 screwed, it presses with its front side on the beading of the outer protective tube 33 on the support surface 211 of the mounting flange 21 on and presses the sealing surface 212 of the mounting flange 21 with interposition of the two protective pipe sections on the support slope 292 in the installation socket 29 on. As a result, a gas-tight seal of the gas sensor in the mounting socket 29 opposite to that in the sample gas tube 30 reached flowing gas. The on the ceramic body 15 deferred banjo bolt 34 protects at the same time from the built-in nozzle 29 outstanding body area against mechanical damage.

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.The hollow screw used for clamping the gas sensor 34 may preferably still be used as a mounting auxiliary tool to the deformation of the sleeve end of the protective sleeve 19 on the ceramic body 15 to effect. This is - as in 5 is shown - in one of the protective sleeve 19 facing end portion of the hollow screw 34 the clear inside diameter of the hollow screw 34 steadily increased to a diameter which is slightly larger than the outer diameter of the not yet formed end of the protective sleeve 19 , The axial length of this conically widened inner diameter end portion is slightly larger than the axial length of the transition from the central body portion 152 to the back of the body 151 of the ceramic body 15 forming collar 22 , The resulting in the exit region of the inner shell of the hollow screw 34 resulting bevel 35 has the same pitch as the collar 22 , Now is the hollow screw 34 with its circumferential bevel 35 increasingly over the placement of the protective sleeve 19 pushed, the Aufsetzende is increasingly bent and on the collar 22 pressed. In this beading process is - as already described - on the bulge 20 the protective sleeve 19 in the back of the body 151 of the ceramic body 15 a the bulge 20 on the ceramic body 15 exerted pushing force.

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).How out 1 it can be seen remains after installation of the gas sensor still a small area between the protective sleeve 19 and the banjo bolt 34 in which the ceramic body 15 is not protected. To avoid this and in addition to the screw between the hollow screw 34 and bearing surface 211 is to reduce shear forces occurring - as in 7 is shown - on the ceramic body 15 another metal compensation ring 36 placed in the area between the mounting flange 21 and the banjo bolt 34 , Through this interposed balancing ring 36 becomes the banjo bolt 34 moved back further and covers the still open area of the ceramic body 15 from. For improved protection, the protective sleeve 19 opposite to the execution in 1 be performed extended so that they in the final assembly state on the expanding end portion on the inner surface of the hollow screw 34 out into the banjo bolt 34 protrudes. In this way, a very good splash protection for the ceramic body 15 scored ( 7 ).

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.The metallic compensation ring 36 is preferably not formed as a flat disc, but has an L or angular cross-section, as shown in FIG 7 and 8th you can see. The one circumferential L-leg encloses the ceramic body 15 and the other circumferential L-leg is located between the end face of the hollow screw 34 and that of the crimping edge of the outer protective tube 33 occupied support surface 211 of the mounting flange 21 , In this embodiment of the compensation ring 36 The pre-assembled state can loose on the ceramic body 15 seated banjo bolt 34 not in contact with the ceramic body 15 come and thus not damage it mechanically.

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.Because the balancing ring 36 has an inner diameter that is slightly larger than the diameter of the middle body region 152 of the ceramic body 15 but smaller than the outer diameter of the rear body area 151 of the ceramic body 15 , is the balancing ring 36 with an axial slot 37 provided so that the ring can be widened to over the rear body area 151 of the ceramic body 15 to be taken away.

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- DE 10132828 A1 [0004] DE 10132828 A1 [0004]
- DE 10132823 C1 [0004] - DE 10132823 C1 [0004]
- DE 19941051 A1 [0004] - DE 19941051 A1 [0004]
- DE 19739435 A1 [0005] - DE 19739435 A1 [0005]

Claims

Gassensor zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases, insbesondere der Konzentration mindestens einer Gaskomponente oder der Temperatur des Messgases, mit einem Sensorelement (11), das einen dem Messgas aussetzbaren, messgasseitigen Endabschnitt (111) und einen mit Kontaktflächen (12) versehenen, anschlussseitigen Endabschnitt (112) aufweist, und mit einem das Sensorelement (11) umschließenden Dichtungsglied zum gasdichten Trennen des messgasseitigen und des anschlussseitigen Endabschnitts (111, 112), dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsglied ein auf das Sensorelement (11) aufgesinterter Keramikkörper (15) ist, der das Sensorelement (11) mit Ausnahme des messgasseitigen Endabschnitts (111) umschließt, und dass eine Schutzhülse (19) auf den vom messgasseitigen Endabschnitt (111) des Sensorelements (11) abgekehrten Endbereich des Keramikkörpers (15) aufgesetzt und mit ihrem Hülsenende auf dem Keramikkörper (15) befestigt ist.Gas sensor for determining a physical property of a measurement gas, in particular the concentration of at least one gas component or the temperature of the measurement gas, with a sensor element ( 11 ), which can be exposed to the measurement gas, measuring gas side end portion ( 111 ) and one with contact surfaces ( 12 ), connection-side end portion ( 112 ), and with a sensor element ( 11 ) enclosing sealing member for gas-tight separation of the measuring gas side and the connection-side end portion ( 111 . 112 ), characterized in that the sealing member on the sensor element ( 11 ) sintered ceramic body ( 15 ), which is the sensor element ( 11 ) with the exception of the measured gas end section ( 111 ) and that a protective sleeve ( 19 ) on the end of the measuring gas side ( 111 ) of the sensor element ( 11 ) turned away end portion of the ceramic body ( 15 ) and with its sleeve end on the ceramic body ( 15 ) is attached.

Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung durch plastisches Verformen des Hülsenendes vorgenommen ist.Gas sensor according to claim 1, characterized that the attachment by plastically deforming the sleeve end is made.

Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülse (19) einen durchmessergrößeren, vorderen Hülsenabschnitt (191) zum Aufsetzen auf den Keramikkörper (15) und einen sich daran über eine Ringschulter (193) zur Abstützung am Keramikkörper (15) anschließenden, durchmesserkleineren, hinteren Hülsenabschnitt (192) aufweist, und dass der vordere Hülsenabschnitt (191) mit einer Ausbauchung (20) versehen ist, die zumindest teilelastisch radial nach innen eindrückbar ist.Gas sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the protective sleeve ( 19 ) a larger diameter, front sleeve portion ( 191 ) for mounting on the ceramic body ( 15 ) and an over it an annular shoulder ( 193 ) for supporting on the ceramic body ( 15 ) subsequent, smaller diameter, rear sleeve section ( 192 ), and that the front sleeve section ( 191 ) with a bulge ( 20 ) is provided, which is at least partially elastic radially inwardly pressed.

Gassensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vom vorderen Hülsenabschnitt (191) der Schutzhülse (19) übergriffene Körperbereich (151) des Keramikkörpers (15) im Durchmesser wenig größer als der sich daran fortsetzende Körperbereich (152) bemessen ist, dass der Übergang zwischen beiden Körperbereichen (151, 152) als ein sich verjüngender konischer Kragen (22) ausgebildet ist und dass das Hülsenende der Schutzhülse (19) unter vorübergehendem Aufdrücken der Ausbauchung (20) auf den Keramikkörper (15) auf den Kragen (22) umgebördelt ist.Gas sensor according to claim 3, characterized in that the from the front sleeve section ( 191 ) of the protective sleeve ( 19 ) overstretched body area ( 151 ) of the ceramic body ( 15 ) is slightly larger in diameter than the body region ( 152 ) that the transition between both body areas ( 151 . 152 ) as a tapered conical collar ( 22 ) is formed and that the sleeve end of the protective sleeve ( 19 ) under temporary pressing of the bulge ( 20 ) on the ceramic body ( 15 ) on the collar ( 22 ) is flanged.

Gassensor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung der Ringschulter (193) an dem Keramikkörper (15) über einen vorzugsweise als O-Ring (24) ausgebildeten Dichtungsring vorgenommen ist.Gas sensor according to claim 3 or 4, characterized in that the support of the annular shoulder ( 193 ) on the ceramic body ( 15 ) via a preferably as O-ring ( 24 ) formed sealing ring is made.

Gassensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite des Keramikkörpers (15) eine Aussparung (23) angebracht ist und dass der Dichtungsring zwischen der Anfasung, der Ringschulter (193) und der Hülsenwand einliegt.Gas sensor according to claim 5, characterized in that on the end face of the ceramic body ( 15 ) a recess ( 23 ) and that the sealing ring between the chamfer, the annular shoulder ( 193 ) and the sleeve wall rests.

Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Keramikkörper (15) die Kontaktflächen (12) des Sensorelements (11) freigebende, in der Stirnfläche des Keramikkörpers (15) mündende, axiale Aussparungen (16) vorhanden sind, in die die Kontaktflächen (12) kontaktierende Kontaktfedern (17; 17') eingeführt sind, dass die aus den Aussparungen (16) austretenden Enden der Kontaktfedern (17; 17') mit elektrischen Leitern (13) eines Anschlusskabels (14) verbunden sind und dass die Verbindungsstellen in einer Kunststofftülle (25; 25') einliegen, die die Schutzhülse (19) endseitig verschließt.Gas sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the ceramic body ( 15 ) the contact surfaces ( 12 ) of the sensor element ( 11 ) releasing, in the end face of the ceramic body ( 15 ) opening, axial recesses ( 16 ) in which the contact surfaces ( 12 ) contacting contact springs ( 17 ; 17 ' ) are introduced, that from the recesses ( 16 ) leaving ends of the contact springs ( 17 ; 17 ' ) with electrical conductors ( 13 ) of a connection cable ( 14 ) and that the joints in a plastic grommet ( 25 ; 25 ' ), the protective sleeve ( 19 ) closes at the end.

Gassensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofftülle (25; 25') durch Vercrimpen der Schutzhülse (19) festgelegt ist.Gas sensor according to claim 7, characterized in that the plastic nozzle ( 25 ; 25 ' ) by crimping the protective sleeve ( 19 ).

Gassensor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststofftülle (25) eine Keramikbuchse (26), vorzugsweise eine Buchse aus gesintertem Steatit, vorgesetzt ist, in welcher die Kontaktfedern (17) gefasst und gegen axiales Ausziehen gesichert sind.Gas sensor according to claim 7 or 8, characterized in that the plastic nozzle ( 25 ) a ceramic bushing ( 26 ), preferably a socket made of sintered steatite, in which the contact springs ( 17 ) and secured against axial withdrawal.

Gassensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfedern (17) an ihren Austrittsstellen aus der Keramikbuchse (26) vorzugsweise wechselsinnig abgebogen sind.Gas sensor according to claim 9, characterized in that the contact springs ( 17 ) at their exit points from the ceramic bushing ( 26 ) are preferably bent alternately.

Gassensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbiegung der Kontaktfedern (17) an den den Aussparungen (16) zugekehrten Austrittsstellen aus der Keramikbuchse (26) nach außen vorgenommen ist, und dass sich die Kontaktfedern (17) jeweils in der Aussparung (16) mit einem der Abbiegung nachgeordneten, geraden Federabschnitt an einer der der Kontaktfläche (12) gegenüberliegenden Körperwand des Keramikkörpers (15) abstützen und sich mit einem hakenförmig umgebogenen Ende auf die Kontaktfläche (12) aufpressen.Gas sensor according to claim 10, characterized in that the turn of the contact springs ( 17 ) at the recesses ( 16 ) facing exit points of the ceramic bushing ( 26 ) is made to the outside, and that the contact springs ( 17 ) in each case in the recess ( 16 ) with one of the bend downstream, straight spring section at one of the contact surface ( 12 ) opposite body wall of the ceramic body ( 15 ) and with a hook-shaped bent end on the contact surface ( 12 ).

Gassensor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfedern (17') U-förmig umgebogen sind, dass der eine U-Schenkel (172) jeweils in der Aussparung (16) auf einer Kontaktfläche (12) aufliegt und der andere U-Schenkel (171) sich an der der Kontaktfläche (12) gegenüberliegenden Körperwand des Keramikkörpers (15) abstützt und sich mit seinem nach außen abgeknickten freien Ende an einem in der Körperwand des Keramikkörpers (15) eingebrachten Hinterschnitt (27) in Auszugsrichtung aus der Aussparung (16) abstützt.Gas sensor according to claim 7 or 8, characterized in that the contact springs ( 17 ' ) Are bent in a U-shape, that the one U-leg ( 172 ) in each case in the recess ( 16 ) on a contact surface ( 12 ) and the other U-leg ( 171 ) at the contact surface ( 12 ) opposite body wall of the ceramic body ( 15 ) and with its outwardly bent free end at one in the body wall of the ceramic body ( 15 ) introduced undercut ( 27 ) in the extension direction from the recess ( 16 ) is supported.

Gassensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der eine U-Schenkel (172) der Kontaktfedern (17') die Kontaktfläche (12) mit einer kalottenförmigen Auswölbung (28) kontaktiert.Gas sensor according to claim 12, characterized in that the one U-leg ( 172 ) of the Contact springs ( 17 ' ) the contact surface ( 12 ) with a dome-shaped bulge ( 28 ) contacted.

Gassensor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofftülle (25') sich axial an dem Keramikkörper (15) abstützt und einen radial abstehenden Flansch (251) aufweist, der dichtend zwischen Keramikkörper (15) und Schutzhülse (19) eingeklemmt ist.Gas sensor according to claim 12 or 13, characterized in that the plastic nozzle ( 25 ' ) axially on the ceramic body ( 15 ) and a radially projecting flange ( 251 ) which sealingly between ceramic body ( 15 ) and protective sleeve ( 19 ) is trapped.

Gassensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass am Keramikkörper (15) und Kunststofftülle (25') aufeinanderliegende konische Dichtflächen ausgebildet sind.Gas sensor according to claim 14, characterized in that on the ceramic body ( 15 ) and plastic nozzle ( 25 ' ) conical sealing surfaces are formed.

Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikkörper (15) zur unmittelbaren Verbauung an einem das Messgas führenden Messgasrohr (30) einen radial abstehenden Montageflansch (21) aufweist und dass auf den Keramikkörper (15) eine an dem Radialflansch (21) andrückbare Hohlschraube (34) aufgeschoben ist, die den zwischen Radialflansch (21) und Schutzhülse (19) freiliegenden Bereich des Keramikkörpers (15) zumindest größtenteils abdeckt.Gas sensor according to one of claims 1 to 15, characterized in that the ceramic body ( 15 ) for immediate obstruction on a sample gas tube leading the sample gas ( 30 ) a radially protruding mounting flange ( 21 ) and that on the ceramic body ( 15 ) one on the radial flange ( 21 ) Pressable banjo bolt ( 34 ) is pushed, which between the radial flange ( 21 ) and protective sleeve ( 19 ) exposed portion of the ceramic body ( 15 ) at least largely covers.

Gassensor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der lichte Durchmesser der Hohlschraube (34) wenig größer als der Außendurchmesser des von der Schutzhülse (19) belegten Körperbereichs (151) des Keramikkörpers (15), aber kleiner als der Außendurchmesser der Schutzhülse (19) bemessen ist und in dem der Schutzhülse (19) zugekehrten Endabschnitt der Hohlschraube (34) stetig auf einen Durchmesser anwächst, der wenig größer ist als der Außendurchmesser des noch nicht umgeformten Hülsenendes der Schutzhülse (19).Gas sensor according to claim 16, characterized in that the clear diameter of the hollow screw ( 34 ) is slightly larger than the outer diameter of the protective sleeve ( 19 ) occupied body area ( 151 ) of the ceramic body ( 15 ), but smaller than the outer diameter of the protective sleeve ( 19 ) and in which the protective sleeve ( 19 ) facing end portion of the hollow screw ( 34 ) steadily increases to a diameter which is slightly larger than the outer diameter of the not yet formed sleeve end of the protective sleeve ( 19 ).

Gassensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge des sich im lichten Durchmesser erweiternden Endabschnitts der Hohlschraube (34) wenig größer ist als die axiale Länge des am Keramikkörper (15) ausgebildeten Kragens (22) zur Aufnahme des umgebördelten Hülsenendes der Schutzhülse (19).Gas sensor according to Claim 17, characterized in that the axial length of the end section of the hollow screw (11) which widens in the clearance diameter ( 34 ) is slightly larger than the axial length of the ceramic body ( 15 ) trained collar ( 22 ) for receiving the flanged sleeve end of the protective sleeve ( 19 ).

Gassensor nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Keramikkörper (15) zwischen dessen Montageflansch (21) und der Hohlschraube (34) ein vorzugsweise metallischer Ausgleichsring (36) aufgesetzt ist.Gas sensor according to one of claims 16 to 18, characterized in that on the ceramic body ( 15 ) between its mounting flange ( 21 ) and the hollow screw ( 34 ) a preferably metallic compensation ring ( 36 ) is attached.

Gassensor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsring (36) einen L-förmigen Querschnitt aufweist, dessen einer umlaufende L-Schenkel den Keramikkörper (15) umschließt und dessen anderer umlaufende L-Schenkel zwischen dem Montageflansch (21) und der Hohlschraube (34) einliegt.Gas sensor according to claim 19, characterized in that the compensation ring ( 36 ) has an L-shaped cross-section, whose one circumferential L-limbs the ceramic body ( 15 ) and its other circumferential L-legs between the mounting flange ( 21 ) and the hollow screw ( 34 ) is present.

Gassensor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsring (36) einen axialen Unterbrechungsschlitz (37) aufweist.Gas sensor according to claim 20, characterized in that the compensating ring ( 36 ) an axial interruption slot ( 37 ) having.