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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor, der ein keramikhaltiges Element aufweist und die Konzentration einer spezifischen Gaskomponente erfasst.
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HINDERGRUNDWISSEN
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Als Gassensor zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz und zur Durchführung einer Verbrennungssteuerung für eine Verbrennungskraftmaschine, wie z.B. einen Automotor, sind ein Sauerstoffsensor und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor bekannt, die die Sauerstoffkonzentration im Abgas erfassen.
Ein solcher Gassensor weist im Allgemeinen eine Struktur auf, bei der ein Sensorelement zum Erfassen der Konzentration eines spezifischen Gases in einem Metallgehäuse untergebracht ist und Elektrodenherausführabschnitte (Elektrodenanschlüsse), die an der Hinterseite des Sensorelements vorgesehen sind, von einem rohrförmigen keramischen Trennelement umgeben sind. An dem Trennelement angebrachte Metallanschlüsse sind elektrisch mit den jeweiligen Elektrodenanschlüssen des Sensorelements verbunden, auf der Hinterseite des Trennelements ist eine Kabeldurchführung aus Gummi vorgesehen, und das Trennelement und die Kabeldurchführung sind von einem Außenrohr aus Metall umgeben. Anschlussdrähte sind mit den Metallanschlüssen verbunden, und die Anschlussdrähte werden durch Durchgangslöcher in der Kabeldurchführung nach außen geführt.
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Hier ist, wie in 9 gezeigt, ein ringförmiger Metallhalter 700 zwischen dem Trennelement und dem Außenrohr vorgesehen. Der Metallhalter 700 hat einen rohrförmigen Abschnitt 710 und eine Vielzahl von inneren Erstreckungsabschnitten (Federstücken) 730, die vom rohrförmigen Abschnitt 710 über einen gefalteten Abschnitt 720 zur radial inneren Seite hin gefaltet sind. Die inneren Erstreckungsabschnitte 730 berühren die äußere Seitenfläche des Trennelements, um das Trennelement elastisch in dem rohrförmigen Abschnitt zu halten (Patentdokument 1). Der Metallhalter 700 weist horizontal verlaufende Stützabschnitte 740 auf, die zwischen den benachbarten inneren Abschnitten 730 ausgebildet sind.
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Wie in 10 gezeigt, liegt eine nach vorn gewandte Seite 900a eines Flanschabschnitts 900b eines Trennelements 900 an den Stützabschnitten 740 des Metallhalters 700 an, und eine nach hinten gewandte Seite des Trennelements 900 liegt an der Kabeldurchführung oder dem Außenrohr an, wodurch die Vorder- und Hinterseiten des Trennelements im Außenrohr befestigt sind.
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DOKUMENT ZUM STAND DER TECHNIK
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PATENTSCHRIFT
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Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung Laid-Open (kokai) Nr.
2012-225737 -
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG PROBLEMSTELLUNG, DIE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN IST
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Das Trennelement 900, das aus Keramik hergestellt ist, ist härter als der Metallhalter 700, der aus Metall hergestellt ist. Daher besteht das Problem, dass die Stützabschnitte 740 des Metallhalters 700, die Kontaktabschnitte mit dem Trennelement 900 sind, aufgrund von Vibrationen oder ähnlichem während der Verwendung des Sensors abgenutzt werden.
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Wenn die Stützabschnitte 740 verschlissen sind, verringert sich die Kraft, die der Metallhalter 700 ausübt, um das Trennelement 900 zu halten.
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Weiterhin sind die Metallelemente des Gassensors in einer Umgebung, in der sie ständig Vibrationen ausgesetzt sind. Wenn ein Kontaktteil davon mit einem anderen Teil (erstes Teil) verschlissen ist, kann die Funktion des Metallelements zum Kontaktieren, Halten oder Ähnlichem beeinträchtigt werden. Wenn zum Beispiel bei einem Metallanschluss, der durch Kontakt mit einem Gassensor-Element durch die Federeigenschaft des Metallanschlusses elektrisch verbunden ist, das Kontaktteil abgenutzt ist, wird der Verformungsbetrag des Metallanschlusses bei Kontakt des Metallanschlusses mit dem Gegenstück klein. Somit wird der Kontaktdruck durch eine Reaktionskraft aufgrund der Federeigenschaft geschwächt, was zu einer instabilen elektrischen Verbindung führen kann.
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Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Gassensor bereitzustellen, der den Verschleiß eines Metallelements, das mit einem keramikhaltigen Element in Kontakt steht, verhindern kann.
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MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
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Um die obige Problemstellung zu lösen, ist ein Gassensor der vorliegenden Erfindung ein Gassensor aufweisend: ein Keramik enthaltendes erstes Element; und ein Metallelement, das mit dem ersten Element in Kontakt steht, wobei eine Härte h1 eines Kontaktteils des Metallelements, das mit dem ersten Element in Kontakt steht, größer ist als eine Härte h2 eines Referenzteils, das eine maximale Dicke des Metallelements aufweist.
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Das Referenzteil, das die maximale Dicke des Metallelements aufweist, wird keiner Bearbeitung unterzogen, wie z.B. einem Flachpressen zur Formung des Kontaktteils, wodurch das Referenzteil weniger kaltverfestigt wird als das Kontaktteil und somit die Härte des Referenzteils verringert bleibt. Andererseits wird das Kontaktteil stärker bearbeitet als z.B. das Referenzteil, wodurch das Kontaktteil weiter kaltverfestigt wird und somit an Härte gewinnt.
Wie oben beschrieben, kann durch Festlegen von h1 > h2, selbst wenn das Kontaktteil des Metallelements mit dem harten ersten Element, das Keramik enthält, in Kontakt kommt, da das Kontaktteil härter ist als das andere Teil des Metallelements, die Abnutzung des Kontaktteils aufgrund von Vibrationen oder ähnlichem während der Verwendung des Sensors verhindert werden.
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In dem Gassensor-Element der vorliegenden Erfindung kann eine Dicke t1 des Kontaktteils kleiner sein als eine Dicke t2 des Referenzteils.
Gemäß diesem Gassensor kann aufgrund der Tatsache, dass die Dicke t1 des Kontaktteils kleiner als die Dicke t2 des Referenzteils ist, der Grad der Kaltverfestigung des Kontaktteils mit Sicherheit höher als der des Referenzteils gemacht werden, und daher kann h1 > h2 mit Sicherheit erfüllt werden.
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In dem Gassensorelement der vorliegenden Erfindung kann das erste Element ein aus Keramik hergestelltes Trennelement sein, und das Metallelement kann ein Metallhalter sein, der das erste Element hält.
Gemäß diesem Gassensor kann die vorliegende Erfindung effektiv auf den Metallhalter angewendet werden, der aufgrund von Vibrationen oder ähnlichem während des Gebrauchs leicht abgenutzt wird.
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In dem Gassensorelement der vorliegenden Erfindung kann der Metallhalter einen rohrförmigen Abschnitt, der eine äußere Umfangsfläche des Trennelements umgibt, einen äußeren gebogenen Abschnitt, der mit einem hinteren Ende des rohrförmigen Abschnitts entlang einer Umfangsrichtung verbunden ist und so gebogen ist, dass sein Durchmesser zu einer radial inneren Seite hin verringert wird, eine Vielzahl von Stützabschnitten, die mit einem Ende auf der radial inneren Seite des äußeren gebogenen Abschnitts verbunden sind, sodass sie in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei sich die Stützabschnitte zu der radial inneren Seite hin erstrecken und das Trennelement in einer axialen Richtung des Metallhalters stützen, und eine Vielzahl von inneren Erstreckungsabschnitten, die mit dem Ende auf der radial inneren Seite des äußeren gebogenen Abschnitts verbunden sind und jeweils zwischen zwei der Stützabschnitte angeordnet sind, die in der Umfangsrichtung benachbart sind, umfassen, wobei die inneren Erstreckungsabschnitte innere gebogene Abschnitte aufweisen, die zu einer Vorderseite in der axialen Richtung gebogen sind, und Endabschnitte aufweisen, die mit der äußeren Seitenfläche des Trennelements in Kontakt stehen, um das Trennelement in der radialen Richtung zu ergreifen, und wobei mindestens einer der Endabschnitte der Stützabschnitte und der Endabschnitte der inneren Erstreckungsabschnitte das Kontaktteil bilden kann.
Gemäß diesem Gassensor kann die Abnutzung der Endabschnitte der Stützabschnitte und der Endabschnitte der inneren Erstreckungsabschnitt, die in dem Metallhalter, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, leicht abgenutzt werden, wirksam verhindert werden.
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In dem Gassensor-Element der vorliegenden Erfindung kann der Metallhalter eine Tellerfeder sein, und ein inneres Umfangsende an einer vorstehenden Oberflächenseite davon kann das Kontaktteil bilden.
Bei diesem Gassensor kann selbst dann, wenn der Metallhalter eine Tellerfeder ist, deren Verschleiß wirksam verhindert werden.
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In dem Gassensorelement der vorliegenden Erfindung kann das erste Element ein Elektrodenanschluss sein, der Keramik und ein Edelmetall enthält, und das Metallelement kann ein Metallanschluss sein, der elektrisch mit dem ersten Element verbunden ist.
Gemäß diesem Gassensor kann die vorliegende Erfindung effektiv auf den Metallanschluss angewendet werden, der aufgrund von Vibrationen oder ähnlichem während des Gebrauchs leicht abgenutzt wird.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Gassensors der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gassensors, wobei der Gassensor ein erstes Element, das aus Keramik hergestellt ist, und ein Metallelement, das mit dem ersten Element in Kontakt steht, aufweist, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: einen Schritt des Formens eines Metallplattenmaterials, um ein ungehärtetes Metallelement zu erhalten; einen Schritt des Durchführens von Pressarbeiten an einem Teil des ungehärteten Metallelements, das ein Kontaktteil sein soll, das mit dem ersten Element in Kontakt steht, sodass eine Härte h1 des Teils, das das Kontaktteil sein soll, größer wird als eine Härte h2 eines Referenzteils, das eine maximale Dicke des Metallelements aufweist, um das Metallelement zu erhalten; und einen Schritt des Zusammenfügens des ersten Elements und des Metallelements, sodass sie einander an dem Kontaktteil berühren.
Nach diesem Verfahren zur Herstellung des Gassensors kann das Metallelement, das h1 > h2 erfüllt, mit Sicherheit aus einem Plattenmaterial erhalten werden.
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VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Gassensor erhalten werden, der den Verschleiß eines Metallelements verhindern kann, das mit einem keramikhaltigen Element in Kontakt steht.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Schnittdarstellung entlang einer Axiallinie eines Gassensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine Schnittdarstellung eines Metall halters.
- 3 ist eine Schnittdarstellung entlang der Axiallinie, die einen Eingriffszustand zwischen einem Trennelement und dem Metallhalter zeigt.
- 4 ist eine Schnittdarstellung eines Stützabschnitts des Metallhalters.
- 5 ist eine Teilschnittansicht, die einen Eingriffszustand zwischen einem Trennelement und einem Metallhalter in einer Modifikation zeigt.
- 6 ist eine Schnittdarstellung des Metallhalters in der Modifikation.
- 7 ist eine perspektivische Teilansicht eines Metallanschlusses.
- 8 ist eine Ansicht, die einen Kontaktzustand zwischen einem Elektrodenanschluss und dem Metallanschluss zeigt.
- 9 ist eine Schnittansicht eines Metallhalters in herkömmlicher Ausführung.
- 10 ist eine Schnittansicht entlang der Axiallinie, die einen Eingriffszustand zwischen einem Trennelement und dem Metallhalter im Stand der Technik zeigt.
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VARIANTEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 bis 4 ein Gassensor (Vollbereichs- Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor) 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung einer Axiallinie O des Gassensors 1, 2 ist eine Schnittansicht eines Metallhalters 70, 3 ist eine Schnittansicht, die einen Eingriffszustand zwischen einem Trennelement 90 und dem Metallhalter 70 zeigt, und 4 ist eine Schnittansicht eines Stützabschnitts 74 des Metallhalters 70. In 1 wird die Unterseite (Seite, an der sich ein Erfassungsabschnitt 22 eines Sensorelements 21 befindet) als „Vorderseite“ und die Oberseite (Seite, an der sich Elektrodenherausführabschnitte (Elektrodenanschlüsse) 24 des Sensorelements 21 befinden) als „Hinterseite“ bezeichnet.
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Der Gassensor 1 umfasst das Sensorelement 21, einen Keramikhalter 30 mit einem Durchgangsloch 32, das in Richtung der Axiallinie O durchdringt und durch das das Sensorelement 21 eingeführt wird, und ein Metallgehäuse 11, das den Umfang in der Radialrichtung des Keramikhalters 30 umgibt.
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Von dem Sensorelement 21 ragt ein vorderseitiger Teil, in dem der Erfassungsabschnitt 22 ausgebildet ist, nach vorne aus dem Keramikhalter 30 heraus. Somit wird das Sensorelement 21, das durch das Durchgangsloch 32 hindurchgeht, im Inneren des Metallgehäuses 11 in der Vorderseiten-Rückseiten-Richtung luftdicht fixiert, indem ein Dichtungsmaterial (in diesem Beispiel Talk) 41, das auf der nach hinten weisenden Oberflächenseite des Keramikhalters 30 vorgesehen ist, in der Vorderseiten-Rückseiten-Richtung mittels einer Ringscheibe 45 und einer Hülse 43 aus einem Isoliermaterial zusammengepresst wird.
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Ein rückendseitiger Teil, der ein hinteres Ende 29 des Sensorelements 21 einschließt, ragt hinter der Hülse 43 und dem Metallgehäuse 11 hervor, und Metallanschlüsse 40, die an den vorderen Enden von Anschlussdrähten 66 vorgesehen sind, die durch ein elastisches Dichtungselement (Kabeldurchführung) 85 nach außen geführt werden, werden in Kontakt mit den jeweiligen Elektrodenanschlüssen 24 gepresst, die an dem rückendseitigen Teil ausgebildet sind, um mit diesen elektrisch verbunden zu werden.
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Der rückendseitige Teil des Sensorelements 21 einschließlich der Elektrodenanschlüsse 24 ist mit einem Außenrohr 81 abgedeckt.
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Das Sensorelement 21 hat eine Bandplattenform (Plattenform), die sich in Richtung der Axiallinie O erstreckt, und hat an der Vorderseite, die auf ein Messziel gerichtet ist, den Erfassungsabschnitt 22, der eine Erfassungselektrode und dergleichen (nicht gezeigt) umfasst und eine spezifische Gaskomponente in einem Messzielgas erfasst. Das Sensorelement 21 hat einen rechteckigen Querschnitt, dessen Größe entlang der Vorderseiten-Rückseiten-Richtung konstant ist, und ist hauptsächlich aus Keramik (Festelektrolyt, etc.) in einer dünnen länglichen Form gebildet. Das Sensorelement 21 selbst ist dasselbe wie ein herkömmlich bekanntes, bei dem ein Paar von Erfassungselektroden, die den Erfassungsabschnitt 22 bilden, an einem Vorderseitenteil eines Festelektrolyten (Elements) vorgesehen sind, und kontinuierlich davon sind die Elektrodenanschlüsse 24, die mit den Anschlussdrähten 66 zur Entnahme eines Erfassungsausgangs verbunden sind, an einem Hinterseitenteil in einem freiliegenden Zustand gebildet.
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In diesem Beispiel ist eine Heizung (nicht gezeigt) innerhalb eines Vorderseitenteils eines Keramikmaterials, das auf einem Festelektrolyt (Element) des Sensorelements 21 geschichtet ist, vorgesehen, und die Elektrodenanschlüsse 24, die mit den Anschlussdrähten 66 zum Anlegen einer Spannung an die Heizung verbunden sind, sind an einem Hinterseitenteil in einem freiliegenden Zustand ausgebildet.
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Obwohl nicht dargestellt, haben diese Elektrodenanschlüsse 24 jeweils eine rechteckige Form, die sich in Richtung der Axiallinie O erstreckt, und drei oder zwei Elektrodenanschlüsse 24 sind in der Breitenrichtung beispielsweise am hinteren Endseitenteil des Sensorelements 21 angeordnet.
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Der Erfassungsabschnitt 22 ist mit einer porösen Schutzschicht 23 beschichtet, die aus Aluminiumoxid, Spinell oder dergleichen hergestellt ist.
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Das Metallgehäuse 11 hat eine rohrförmige, konzentrische Form und einen unterschiedlichen Durchmesser zwischen der Vorderseite und der Hinterseite. Auf der Vorderseite hat das Metallgehäuse 11 einen kleinen Durchmesser und weist einen zylindrischen, ringförmigen Abschnitt (im Folgenden als zylindrischer Abschnitt bezeichnet) 12 auf, an dem die später beschriebenen Schutzvorrichtungen 51, 61 von außen angebracht und befestigt sind, und auf einer äußeren Umfangsfläche auf der Rückseite weist das Metallgehäuse 11 ein Gewinde 13 auf, das einen größeren Durchmesser als der zylindrische, ringförmige Abschnitt 12 hat und das an einem Auspuffrohr eines Motors befestigt ist. Auf der Rückseite des Gewindes 13 weist das Metallgehäuse 11 einen polygonalen Abschnitt 14 auf, der zum Verschrauben des Sensors 1 mit dem Gewinde 13 dient.
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Auf der Hinterseite des polygonalen Abschnitts 14 weist das Metallgehäuse 11 angrenzend daran einen zylindrischen Abschnitt 15 auf, an dem das Schutzrohr (Außenrohr) 81 zur Abdeckung des hinteren Teils des Gassensors 1 von außen angebracht und angeschweißt ist, und auf seiner Hinterseite weist das Metallgehäuse 11 einen dünnen gecrimpten zylindrischen Abschnitt 16 auf, der einen kleineren Außendurchmesser als der zylindrische Abschnitt 15 hat. In 1 ist der zylindrische Crimpabschnitt 16 bereits gecrimpt und nach innen gebogen. An der zugewandten Stirnfläche des polygonalen Abschnitts 14 ist eine Dichtung 19 angebracht, die beim Verschrauben abdichtet.
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Das Metallgehäuse 11 weist ein Innenloch 18 auf, das in Richtung der Axiallinie O durchdringt, und die innere Umfangsfläche des Innenlochs 18 weist einen konischen Stufenabschnitt 17 auf, der sich in Radialrichtung von der Hinterseite zur Vorderseite hin verjüngt.
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An der Innenseite des Metallgehäuses 11 ist der Keramikhalter 30, der aus isolierender Keramik (z.B. Aluminiumoxid) hergestellt ist und eine im Wesentlichen kurze zylindrische Form aufweist, vorgesehen. Der Keramikhalter 30 hat eine konische, zur Vorderseite gewandte Fläche 30a, die sich zur Vorderseite hin verjüngt. Ein äußerer Umfangsflächenteil der zur Vorderseite gewandten Fläche 30a steht mit dem Stufenabschnitt 17 in Eingriff, und der Keramikhalter 30 wird durch das Dichtungsmaterial (Talk) 41 von der Rückseite her gepresst, wodurch der Keramikhalter 30 passend in das Metallgehäuse 11 eingepasst und darin positioniert wird.
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Der Keramikhalter 30 weist in seiner Mitte das Durchgangsloch 32 auf. Das Durchgangsloch 32 hat eine rechteckige Öffnung mit nahezu den gleichen Abmessungen wie der Querschnitt des Sensorelements 21, so dass das Sensorelement 21 nahezu spaltfrei durchläuft.
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Das Sensorelement 21 ist durch das Durchgangsloch 32 des Keramikhalters 30 gesteckt, so dass das vordere Ende des Sensorelements 21 in Richtung der Vorderseite relativ zu dem Keramikhalter 30 und einem vorderen Ende 12a des Metallgehäuses 11 vorsteht.
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Ein vorderer Teil des Sensorelements 21 ist mit einer zylindrischen Schutzvorrichtung mit Boden (Schutzabdeckungen) 51, 61 bedeckt, die jeweils Lüftungslöcher 56, 67 aufweisen und in diesem Beispiel in einer doppellagigen Struktur ausgebildet sind. Dabei ist das hintere Ende der inneren Schutzvorrichtung 51 außen angebracht und mit dem zylindrischen Abschnitt 11 des Metallgehäuses 11 verschweißt. Die Lüftungslöcher 56 sind beispielsweise an acht Stellen in Umfangsrichtung auf der Hinterseite der Schutzvorrichtung 51 angebracht. Die Entlüftungsöffnungen 53 befinden sich beispielsweise an vier Stellen in Umfangsrichtung auf der Vorderseite der Schutzvorrichtung 51.
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Die äußere Schutzvorrichtung 61 ist von außen an die innere Schutzvorrichtung 51 angebracht und mit dem zylindrischen Abschnitt 12 verschweißt. Die Lüftungslöcher 67 der äußere Schutzvorrichtung 61 sind beispielsweise an acht Stellen in Umfangsrichtung in einem vorderseitigen Teil vorgesehen. Ein Auslassloch 69 ist in der Mitte des vorderen unteren Abschnitts der Schutzvorrichtung 61 vorgesehen.
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Wie in 1 gezeigt, werden die Metallanschlüsse 40, die an den vorderen Enden der Anschlussdrähte 66 vorgesehen sind, durch die Federeigenschaft der Metallanschlüsse 40 in Kontakt mit den Elektrodenanschlüssen 24 des Sensorelements 21 gepresst, so dass sie mit diesen elektrisch verbunden sind.
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Die Metallanschlüsse 40 einschließlich der gepressten Kontaktabschnitte sind so angeordnet, dass sie jeweils gegenüberliegend in einem in dem aus isolierender Keramik hergestellten Trennelement 90 vorgesehenen und in dem Außenrohr 81 vorgesehenen Lagerabschnitt angeordnet sind.
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Die Bewegung des Trennelements 90 in Radialrichtung und in Richtung nach vorne wird durch den im Außenrohr 81 gecrimpten und befestigten Metallhalter 70 begrenzt. Der vordere Endabschnitt des Außenrohrs 81 ist außen an den zylindrischen Abschnitt 15, der ein hinterer Teil des Metallgehäuses 11 ist, angebracht und angeschweißt, wodurch die Hinterseite des Gassensors 1 luftdicht abgedeckt ist.
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Die Anschlussdrähte 66 werden durch das elastische Dichtungselement 85, das im hinteren Endabschnitt des Außenrohrs 81 vorgesehen ist, nach außen geführt, und ein rohrförmiger Abschnitt 83 des Außenrohrs 81 mit kleinem Durchmesser wird in einer durchmesserverringernden Weise gecrimpt, um das elastische Dichtungselement 85 zusammenzudrücken, wodurch dieser Teil in einem luftdichten Zustand gehalten wird.
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Das Trennelement 90 und der Metallhalter 70 entsprechen einem „ersten Teil“ bzw. einem „Metallelement“ in den Ansprüchen.
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Das Außenrohr 81 weist an einer relativ zur Mitte in Richtung der Axiallinie O leicht rückwärtigen Seite einen Stufenabschnitt 81d auf, der an der Vorderseite einen größeren Durchmesser aufweist. Eine Innenfläche des Stufenabschnitts 81d ist mit dem hinteren Ende des Trennelements 90 verbunden.
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Das Trennelement 90 hat an seiner Hinterseite einen Flansch 93 mit großem Durchmesser. Die nach hinten weisende Fläche des Metallhalters 70, der das Trennelement 90 umgibt, steht mit dem Flansch 93 in Eingriff, so dass das Trennelement 90 in Richtung der Axiallinie O durch den Stufenabschnitt 81d und den Metallhalter 70 gehalten wird.
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Wie in 2 gezeigt, wird der Metallhalter 70 beispielsweise durch Pressen oder Biegen eines Metallplattenmaterials (z.B. SUS 304) gebildet und weist einen rohrförmigen Abschnitt 71 auf, der eine im Wesentlichen zylindrische Form hat und eine äußere Seitenfläche 91 des Trennelements 90 umgibt, sowie eine Vielzahl von (in diesem Beispiel sechs) inneren Erstreckungsabschnitt 73, die in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind und sich jeweils mittels eines äußeren gebogenen Abschnitts 72a und eines inneren gebogenen Abschnitts 72b, der von der Hinterkante des rohrförmigen Abschnitts 71 radial nach innen gefaltet ist, nach vorne erstrecken. Eine Vielzahl von (in diesem Beispiel sechs) Stützabschnitten 74, die sich von dem äußeren gebogenen Abschnitt 72a parallel zur Radialrichtung radial nach innen erstrecken, sind zwischen den in Umfangsrichtung benachbarte innere Erstreckungsabschnitte 73 vorgesehen.
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Der äußere gebogene Abschnitt 72a ist mit dem hinteren Ende des rohrförmigen Abschnitts 71 entlang der Umfangsrichtung verbunden und ist so gebogen, dass sein Durchmesser in radialer Richtung nach innen abnimmt.
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Die Stützabschnitte 74 sind mit dem radial inneren Ende des äußeren gebogenen Abschnitts 72a verbunden, so dass sie in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.
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Die inneren Erstreckungsabschnitte 73 sind mit dem radial inneren Ende des äußeren gebogenen Abschnitts 72a verbunden und haben die inneren gebogenen Abschnitte 72b, die in axialer Richtung nach vorne gebogen sind.
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Wie in 3 gezeigt, ist die Seite des Metallhalters 70 mit dem gefalteten Abschnitt 72 an der Vorderseite des Trennelements 90 angebracht, sodass die Stützabschnitte 74 mit einer nach vorn weisenden Seite 93a des Flansches 93 in Berührung kommen, wodurch das Trennelement 90 in der axialen Richtung des Metallhalters 70 gestützt wird. Darüber hinaus berühren vordere Endabschnitte 73s der inneren Erstreckungsabschnitte 73 die äußere Seitenfläche 91 des Trennelements 90, wodurch das Trennelement 90 in Radialrichtung festgehalten wird und somit aufgrund einer elastischen Kraft der inneren Erstreckungsabschnitte 73 verhindert wird, dass Stöße auf das Außenrohr 81 direkt auf das Trennelement 90 übertragen werden.
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Hier ist, wie in 4 gezeigt, ein radial innerer Endabschnitt 74s des Stützabschnitts 74 verjüngt und die Dicke an dessen Endkante beträgt t1. Der Endabschnitt 74s bildet ein Kontaktteil zum Kontakt mit dem Trennelement 90 (dessen nach vorn weisende Seite 93a).
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Andererseits ist, wie in 3 gezeigt, wo die Dicke eines Referenzteils, das die maximale Dicke des Metallhalters 70 aufweist, mit t2 bezeichnet ist, eine Härte h1 des Endabschnitts 74s (eine Kontaktfläche davon mit dem Trennelement 90, auf der Oberflächenseite in 4) größer als eine Härte h2 des Referenzteils.
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Das Referenzteil, das die maximale Dicke des Metallhalters 70 aufweist, wird nicht einer Bearbeitung, wie z.B. Flachpressen zur Formung des Kontaktteils, unterzogen, wodurch das Referenzteil weniger kaltverfestigt wird als das Kontaktteil und somit die Härte des Referenzteils verringert werden kann.
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Andererseits wird der Endabschnitt 74s stärker bearbeitet als das Referenzteil, z. B. durch Flachpressen oder ähnliches, wodurch der Endabschnitt 74s weiter kaltverfestigt wird, um die Härte zu erhöhen.
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Das Referenzteil ist nicht gleichbedeutend mit einem Teil, das überhaupt keiner Kaltverfestigung unterzogen wurde. Solange das Referenzteil nicht der Kalthärtung zur Bildung des Endabschnitts 74s unterzogen wird, kann das Referenzteil einer geringeren Kalthärtung unterzogen werden als der Endabschnitt 74s.
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Wie oben beschrieben, kann durch Festlegen von h1 > h2 selbst dann, wenn der Endabschnitt 74s des Metallhalters 70 mit dem aus Keramik hergestellten harten Trennelement 90 in Kontakt kommt, da der Endabschnitt 74s härter ist als der andere Teil des Metallhalters 70, eine Abnutzung des Endabschnitts 74s aufgrund von Vibrationen oder Ähnlichem während der Verwendung des Sensors verhindert werden.
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Die Härte h1, h2 kann z.B. mit einem Mikro-Vickers-Härteprüfgerät gemäß der Bedingung „Mikro-Vickers-Härteprüfung“ in „JIS-Z2244 Vickers-Härteprüfung - Prüfverfahren“ gemessen werden. Der Kontaktteil des Metallhalters 70 kann anhand einer Schnittfotografie des Sensors 1 bestimmt werden.
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In dem Beispiel in 3 und 4 ist nur der Endabschnitt 74s des Stützabschnitts 74 so festgelegt, dass er h1 > h2 als Kontaktteil erfüllt. Da jedoch der Endabschnitt 73s des inneren Erstreckungsabschnitts 73 auch mit dem Trennelement 90 in Kontakt steht, kann der Endabschnitt 73s in ähnlicher Weise einer Kaltverfestigung oder Ähnlichem als Kontaktteil unterzogen werden, so dass h1 > h2 erfüllt wird. Da der Endabschnitt 73s elastisch mit dem Trennelement 90 in Kontakt steht, ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Endabschnitt 73s verschlissen wird, im Vergleich zum Stützabschnitt 74 geringer. Daher wird in diesem Beispiel nur der Endabschnitt 74s des Stützabschnitts 74 als h1 > h2 festgelegt.
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In dem Beispiel in 3 und 4 bildet die Endkante des Endabschnitts 74s einen Kontaktabschnitt. Das Kontaktteil kann jedoch auch an der radial äußeren Seite relativ zur Endkante des Endabschnitts 74s ausgebildet sein, und im Wesentlichen muss nur h1 > h2 erfüllt sein.
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In diesem Beispiel ist t1 kleiner als t2. Dadurch, dass die Dicke t1 des Kontaktteils kleiner ist als die Dicke t2 des Referenzteils, kann der Grad der Kaltverfestigung oder dergleichen des Kontaktteils sicher höher eingestellt werden als der des Referenzteils, wie unten beschrieben, und daher kann h1 > h2 sicher erfüllt werden.
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Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 5 und 6 eine Modifikation eines Metallhalters beschrieben. 5 ist eine Teilschnittansicht, die einen Eingriffszustand zwischen einem Trennelement 190 und einem Metallhalter 170 zeigt, und 6 ist eine Schnittansicht des Metallhalters 170. In dem Beispiel in 5 ist nur eine Teilschnittansicht um das Trennelement 190 und den Metallhalter 170 entlang der Axiallinie des Gassensors dargestellt. Die anderen Konfigurationen des Gassensors sind dieselben wie in 1 und werden daher nicht gezeigt.
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Wie in 5 gezeigt, ist auf der Hinterseite des Trennelements 190 ein Stufenabschnitt 190e mit einem größeren Durchmesser auf der Vorderseite ausgebildet. Ebenfalls auf der Hinterseite des Außenrohrs ist ein Stufenabschnitt 181d mit einem größeren Durchmesser auf der Vorderseite ausgebildet. Ein Keramikhalter 195 liegt an der Vorderseite des Trennelements 190 an.
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Das Trennelement 190 ist in dem Außenrohr 181 vorgesehen, und eine Tellerfeder 170, deren vorstehende Oberflächenseite der Vorderseite zugewandt ist, ist als Halteelement an der Innenfläche des Stufenabschnitts 181d des Außenrohrs 181 vorgesehen. Ein inneres Umfangsende 170s an der vorstehenden Oberflächenseite der Tellerfeder 170 berührt den Stufenabschnitt 190e des Trennelements 190, um ein Kontaktteil zu bilden.
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So wird das Trennelement 190 durch den Keramikhalter 195 und die Tellerfeder 170 in Richtung der Axiallinie O gehalten. Die Tellerfeder 170 wird in Richtung der Axiallinie O ausgelenkt, so dass sie das Trennelement 90 elastisch hält.
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Hier ist, wie in 6 gezeigt, das innere Umfangsende 170s zur Innenkante hin verjüngt, und die Endkante davon hat eine Dicke von t1. Wenn die Dicke des Referenzteils, das die maximale Dicke der Tellerfeder 170 aufweist, mit t2 bezeichnet wird, ist t1 kleiner als t2, und eine Härte h1 des inneren Umfangsendes 170s (dessen Kontaktfläche mit dem Trennelement 190, auf der Seite der unteren Oberfläche in 6) ist größer als eine Härte h2 des Referenzteils.
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Der Referenzteil der Tellerfeder 170 entspricht der maximalen Dicke, d. h. der ursprünglichen Dicke des Plattenmaterials zur Bildung der Tellerfeder 170, und kann daher als nicht kaltverfestigt angesehen werden. Da andererseits die Dicke t1 des inneren Umfangsendes 170s kleiner als t2 ist, ist das innere Umfangsende 170s ein kaltverfestigtes Teil, das durch Bearbeitung des ursprünglichen Plattenmaterials mit der Dicke t2 durch eine Flachpresse oder dergleichen erhalten wird.
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Somit kann selbst dann, wenn das innere Umfangsende 170s der Tellerfeder 170 mit dem aus Keramik hergestellten harten Trennelement 190 in Berührung kommt, da das innere Umfangsende 170s härter ist als der andere Teil der Tellerfeder 170, eine Abnutzung des inneren Umfangsendes 170s aufgrund von Vibrationen oder dergleichen während der Verwendung des Sensors verhindert werden.
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Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 7 und 8 der Fall beschrieben, in dem der Elektrodenanschluss 24 und der Metallanschluss 40 in dem in 1 dargestellten Gassensor 1 dem „ersten Element“ bzw. dem „Metallelement“ in den Ansprüchen entsprechen.
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7 ist eine perspektivische Teilansicht des Metallanschlusses 40, und 8 ist eine Ansicht, die einen Kontaktzustand zwischen dem Elektrodenanschluss 24 und dem Metallanschluss 40 zeigt. 8 ist eine Ansicht von der Hinterseite aus gesehen.
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Der Elektrodenanschluss 24 wird durch Sintern einer Paste aus einer Mischung von leitfähigen Partikeln wie Pt und einer keramischen Komponente (wie Aluminiumoxid), die ein Hauptbestandteil des Sensorelements 21 ist, gebildet. Daher ist der Elektrodenanschluss 24 ein „keramikhaltiges“ Element, das härter ist als das Metallelement.
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Andererseits ist der Metallanschluss 40 in einer bekannten Form ausgebildet, die sich in Richtung der Axiallinie O als Ganzes erstreckt, und weist integral einen Crimpabschnitt (nicht dargestellt) auf, der mit dem Anschlussdraht 66 durch Crimpen zu verbinden ist, einen im Wesentlichen plattenförmigen Rumpfabschnitt 42, der mit der Vorderseite des Crimpabschnitts verbunden ist, und einen Elementkontaktabschnitt 44, der von der Vorderseite des Rumpfabschnitts 42 in Richtung des Sensorelements 21 gefaltet ist.
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Der Metallanschluss 40 kann durch Stanzen einer Metallplatte (INCONEL (eingetragenes Warenzeichen) usw.) und anschließendes Biegen der gestanzten Metallplatte in eine vorgegebene Form hergestellt werden, zum Beispiel.
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Der Element-Kontaktabschnitt 44 ist vom vorderen Ende des Rumpfabschnitts 42 zur hinteren Endseite in Richtung des Sensorelements 21 gefaltet, und ein Endabschnitt 44s des Element-Kontaktabschnitts 44 ist elastisch mit dem Elektrodenanschluss 24 verbunden (siehe 18), um ein Kontaktteil zu bilden.
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Der Endabschnitt 44s ragt aus dem Elementkontaktabschnitt 44 heraus, so dass er eine verringerte Breite aufweist, und hat auf beiden Seitenflächen konisch geformte Schrägflächen 44e, die sich zur entgegengesetzten Seite der Dickenrichtung hin verjüngen.
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Wenn hier die Dicke des Referenzteils, das die maximale Dicke des Metallanschlusses 40 aufweist, t2 ist und die Dicke des Endabschnitts 44s t1 ist, die kleiner als t2 ist, wird das ursprüngliche Plattenmaterial mit der Dicke t2 einer Bearbeitung, wie z.B. Flachpressen, unterzogen, um den kaltgehärteten Endabschnitt 44s zu bilden. Dadurch wird die Härte h1 des Endabschnitts 44s (dessen Kontaktfläche mit dem Elektrodenanschluss 24) höher als die Härte h2 des Referenzteils.
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Selbst wenn der Endabschnitt 44s mit dem harten, keramikhaltigen Elektrodenanschluss 24 in Berührung kommt, kann somit, da der Endabschnitt 44s härter ist als der andere Teil des Metallanschlusses 40, eine Abnutzung des Endabschnitts 44s aufgrund von Vibrationen oder Ähnlichem während der Verwendung des Sensors verhindert werden.
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Normalerweise kommt die Hauptfläche des Endabschnitts 44s mit dem Elektrodenanschluss 24 in Berührung, so dass sie diesem direkt zugewandt ist. Wie jedoch in 8 gezeigt, ist der Metallanschluss 40 in einigen Fällen in der Breitenrichtung relativ zum Elektrodenanschluss 24 verschoben und hat somit einen einseitigen Kontakt mit dem Elektrodenanschluss 24 durch einen seitlichen Abschnitt des Endabschnitts 44s.
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Daher wird, anstatt die Dicke des Endabschnitts 44s selbst kleiner als t2 zu machen (oder zusätzlich dazu, die Dicke des Endabschnitts 44s selbst kleiner zu machen), wenn die Dicke der schrägen Fläche 44e, die eine Seitenfläche des Endabschnitts 44s bildet, kleiner als t2 gemacht wird, die schräge Fläche 44e gehärtet, und somit kann ihr Verschleiß verhindert werden, selbst wenn die schräge Fläche 44e ein Kontaktteil aufgrund eines einseitigen Kontakts wird.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des Gassensors 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die Herstellung des Metallhalters 70 umfasst einen Schritt des Formens eines Metallplattenmaterials, um ein ungehärtetes Metallelement zu erhalten, und einen Schritt des Durchführens von Pressarbeiten an einem Teil des ungehärteten Metallelements, der ein Kontaktteil sein soll, das mit dem Trennelement 90 in Kontakt steht, so dass die Härte h1 des Teils, das das Kontaktteil sein soll, größer wird als die Härte h2 des oben beschriebenen Referenzteils, um den Metallhalter 70 zu erhalten.
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In diesem Beispiel kann ein Verfahren zur Formgebung des Metallplattenmaterials wie folgt dargestellt werden. Zunächst wird das Plattenmaterial in eine Hutform gezogen. Danach wird die Oberseite des Hutes in eine Form gestanzt, in der die inneren Erstreckungsabschnitte 73 und die Stützabschnitte 74 ausgebildet sind, und weiterhin wird ein vorbestimmter Teil eines Flanschabschnittes des Hutes geschnitten. Danach wird eine untere Matrize auf die untere Seite (Vorderseite) der inneren Erstreckungsabschnitte 73 und der Stützabschnitte 74 gesetzt, und dann wird eine obere Matrize von der Hinterseite zu den inneren Erstreckungsabschnitten 73 und den Stützabschnitten 74 hinunterbewegt, wodurch diese Abschnitte in der Radialrichtung nach innen gebogen werden. Das Plattenmaterial kann zunächst in eine Scheibenform gestanzt werden, die eine Öffnung in einer Form aufweist, in der die inneren Erstreckungsabschnitte 73 und die Stützabschnitte 74 ausgebildet sind, und kann dann in eine Hutform gezogen werden. Auf diese Weise wird das ungehärtete Metallelement erhalten.
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Beim Ziehen wird auch der Rumpfabschnitt des Hutes, der das Referenzteil sein wird, mehr oder weniger einer Kaltverfestigung unterworfen, aber nicht der unten beschriebenen Pressarbeit für das Teil, das ein Kontaktteil sein soll. Daher ist der Grad der Kaltverfestigung des Rumpfabschnitts geringer als der des Kontaktteils.
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Als nächstes wird bei aufgesetzter unterer Matrize ein Stempel nur auf das Teil des ungehärteten Metallelements gedrückt, das das Kontaktteil sein soll, welches mit dem Trennelement 90 in Kontakt kommt, und zwar von der Oberseite in Richtung der unteren Matrize, wodurch eine Pressarbeit ausgeführt wird.
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Dadurch wird die Härte h1 des Kontaktteils größer als die Härte h2 des Referenzteils, das als am wenigsten kaltgehärtet gilt und die maximale Dicke aufweist, wodurch der Metallhalter 70 der vorliegenden Ausführungsform erhalten werden kann.
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Anschließend werden das erste Teil und der Metallhalter 70 so zusammengesetzt, dass sie sich an den Kontaktteilen berühren, wodurch der Gassensor 1 hergestellt werden kann.
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Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform limitiert ist und verschiedene Modifikationen und Äquivalente umfasst, die von der Idee und dem Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst sind. Zum Beispiel ist die Kombination aus dem ersten Teil und dem Metallelement nicht auf die obigen Ausführungen limitiert.
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Anwendbare Beispiele für einen Sensor sind ein Sauerstoffsensor, ein NOx-Sensor und ein Gassensor zur Messung einer Gaskonzentration von HC, H2 usw.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gassensor
- 21
- Sensorelement
- 24
- erstes Teil (Elektrodenanschluss)
- 40
- Metallallelement (Metallanschluss)
- 44s
- Kontaktteil (Endabschnitt)
- 44e
- Kontaktteil (schräge Fläche)
- 70
- Metallelement (Metallhalter)
- 71
- rohrförmiger Abschnitt des Metallhalters
- 72a
- äußerer gebogener Abschnitt
- 72b
- innerer gebogener Abschnitt
- 73
- innerer Erstreckungsabschnitt
- 73s
- Endabschnitt des inneren Verlängerungsabschnitts
- 74
- Stützabschnitt
- 74s
- Kontaktabschnitt (Endabschnitt des Stützabschnitts)
- 90,190
- erstes Element (Trennelement)
- 91
- äußere Seitenfläche des Trennelements
- 170
- Metallelement (Tellerfeder)
- 170s
- Kontaktteil (inneres umlaufendes Ende)
- O
- Axiallinie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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