WO1998038505A1 - Messfühler und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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WO1998038505A1
WO1998038505A1 PCT/DE1998/000008 DE9800008W WO9838505A1 WO 1998038505 A1 WO1998038505 A1 WO 1998038505A1 DE 9800008 W DE9800008 W DE 9800008W WO 9838505 A1 WO9838505 A1 WO 9838505A1
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WO
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ceramic molded
glass
molded part
seal
sensor element
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PCT/DE1998/000008
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Karl-Hermann Friese
Heinz Geier
Helmut Weyl
Hans-Martin Wiedenmann
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
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    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4077—Means for protecting the electrolyte or the electrodes

Definitions

  • the invention relates to a sensor according to the preamble of the main claim.
  • a sensor is known from US Pat. No. 5,467,636, in which a planar sensor element is fixed in a gas-tight manner in a passage of an exhaust-side, lower ceramic molded part by means of a sealing element.
  • the shaped ceramic part on the exhaust gas side has a recess on the end face facing away from the exhaust gas, which surrounds the bushing and into which a glass seal is introduced.
  • Another molded ceramic part sits on the glass seal and is connected to the housing by means of a Metallot connection.
  • the glass seal encloses the sensor element within the recess and creates a gas-tight connection between the ceramic molded part and the sensor element at this point.
  • the sensor according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that a mechanically stable and gas-tight connection of the planar sensor element with both ceramic molded bodies is possible.
  • the hermetic seal of the sensor element thus achieved is vibration-proof, so that a hermetic fixation of the sensor element that is mechanically stable over the period of use can be achieved while the sensor is being used in the motor vehicle.
  • the method according to the invention enables the gas-tight fixing of the sensor element to be produced efficiently.
  • the measures listed in the subclaims make it possible to develop and improve the sensor according to the invention and the method for its production.
  • a particularly mechanically stable and gas-tight bond between the sensor element and the ceramic molded parts is achieved if the glass seal covers the sensor element as far as possible, but does not noticeably penetrate to the front area which is thermally highly stressed during later operation of the sensor.
  • the arrangement of a powdery additional seal on the measuring gas side in front of the glass seal prevents the penetration of glass flow into the front, thermally highly stressed area of the sensor element during the melting process.
  • the two ceramic molded parts are designed on the mutually facing end faces in the form of a die and a stamp and accordingly act on one another.
  • FIG. 1 shows a sectional view through a sensor according to the invention
  • Figure 2 shows a first embodiment of a
  • Figure 3 shows a second embodiment of a
  • Figure 4 shows a third embodiment of a
  • the sensor shown in Figure 1 is an electrochemical sensor for determining the oxygen content in exhaust gases from internal combustion engines.
  • the sensor has a metallic housing 10, in which a plate-shaped sensor element 12 is arranged with an end section 13 on the measuring gas side and an end section 14 on the connection side.
  • the housing 10 is designed with a thread as a fastening means for installation in an exhaust pipe, not shown.
  • a longitudinal bore 16 with a first, for example shoulder-shaped ring surface 17 and a second shoulder-shaped ring surface 18 are arranged.
  • a ceramic molded part 20 on the measuring gas side with a passage 24 on the measuring gas side and with a front side 21 on the measuring gas side and a front side 22 on the connection side.
  • the measuring gas-side end face 21 is formed with a conical sealing seat 23, which is seated on a metallic sealing ring 25 resting on the second shoulder-shaped ring surface 18.
  • a connection-side ceramic molded part 27 with a connection-side feedthrough 30 as well as with a measurement-gas side end 28 and a connection-side end 29 is arranged above the measuring gas-side ceramic molded part 20.
  • connection-side end face 29 of the connection-side ceramic molded part 27 there is a plate spring 31, which is under mechanical prestress and which presses by means of a tubular holding cap 32 onto the ceramic gas-molded part 27 protruding from the housing 10, the holding cap 32 in a on the outside of the housing 10 arranged annular groove 33 engages by means of locking lugs 34.
  • the two ceramic molded parts 20, 27 are prestressed in the axial direction by means of the holding cap 32 and the plate spring 31, so that the ceramic molded part 20 on the measuring gas side presses with the conical sealing seat 23 onto the sealing ring 25.
  • a gas-tight sealing seat is formed between the housing 10 and the molded ceramic part 20.
  • the measuring gas-side end section 13 protruding from the housing is, for example, surrounded by a double-walled protective tube 37 with gas inlet and gas outlet openings 38.
  • the sensor element 12 has contacts, not shown, which are made by means of a Contact plug 41 are contacted with connection cables 42.
  • the connector 41 consists for example of two ceramic parts which are held together by means of a clamping piece 43.
  • End section 14 of the sensor element 12 is surrounded by a metal sleeve 45 which is welded to the housing 10 in a gas-tight manner and which has a tubular opening 47 in which there is a cable bushing 48 for passing the connecting cable 42 through.
  • the measuring gas-side ceramic molded part 20 has a stem-shaped on the connection-side end face 22
  • connection-side ceramic molded part 27 has a depression 52 on the measurement gas side end 28, into which the stem-shaped projection 51 with a radial gap 53 is immersed.
  • a cavity 55 is formed between the end face of the stem-shaped projection 51 and the bottom of the recess 53, which cavity is filled with a glass seal 57. It is also possible to form the stem-shaped projection 51 on the ceramic molded part 27 on the connection side and the recess 52 on the ceramic molded part 20 on the measuring gas side.
  • the glass seal 57 realizes a hermetic seal of the sensor element 16 in the ceramic molded parts 20, 27.
  • the dimensioning of the stem-shaped projection 51 and the recess 52 is carried out in such a way that there is between the opposite annular surfaces of the ceramic gas molded part 20 on the measuring gas side and the connection side
  • Ceramic molded part 27 forms an annular gap 59.
  • the annular gap 59 serves to allow the sealing glass of the glass seal 57 to escape into the annular gap 59 when pressed via the radial gap 53.
  • a sealing glass such as, for example, a Li-Al-silicate glass or a Li-Ba-Al-silicate glass, is suitable as the glass seal 57.
  • Additives can be added to the melting glass, through which an improvement in the flow behavior of the glass melt can be achieved.
  • Powdery materials such as copper, aluminum, iron, brass, graphite, boron nitride, MoS 2 or a mixture of these materials can be used as additives for plasticizing the glass seal 57 during the joining process.
  • Li-carbonate, Li-soaps, borax or boric acid, for example, are used as fluxes for the glass seal 57.
  • compensating fillers such as Al nitride, Si nitride, Zr tungstenate or a mixture of these substances is suitable for adapting the thermal expansion.
  • a further improvement in the bond between the glass seal 57 and the ceramic of the ceramic molded parts 20, 27 is achieved if a ceramic binder, such as Al-phosphate or Cr-phosphate, is added to the glass seal 57.
  • the side surfaces of the measurement gas-side bushing 24 and the connection-side bushing 30 of the ceramic molded parts 20, 27 to the cavity 55 are each formed with a conical extension 61 (FIG. 2 , 3 and 4).
  • the device has a carrier 70 as a matrix with a receptacle 71 and a stop 72.
  • the ceramic molded parts 20 and 27 are positioned with the sensor element 12 accommodated in the bushings 24, 30.
  • the axial position of the sensor element 12 is predetermined by the stop 72, the sensor element 12 with the measuring gas-side end section 13 resting on the stop 72.
  • the measuring gas-side ceramic molded part 20 with the sensor element 12 is inserted into the receptacle 71.
  • a semi-finished glass 63, z. B. in the form of a glass pill or a glass foil the semi-finished glass 63 having an opening with which the semi-finished glass 63 is pushed over the sensor element 12.
  • the connection-side ceramic molded part 27 is then placed on the semifinished glass product 63, the connection-side end section 14 of the sensor element 12 through the
  • Implementation 30 protrudes.
  • a pressing force of, for example, 600 kp is applied to the connection-side ceramic molded part 27 by means of a press ram 74.
  • the semifinished glass product 32 e.g. B. heated by means of a heating device accommodated in the carrier 70 to a temperature above the softening temperature of the melting glass or glass ceramic used.
  • the flowable semi-finished glass product 63 is deformed and pressed into the conical extensions 61 and into the radial gap 53. A melting glass flowing beyond the radial gap 53 can escape into the end annular gap 53.
  • Embodiment according to Figure 1 in that another annular glass semifinished product 64 is inserted in the annular gap 59.
  • the flowable, further semi-finished glass 64 is deformed during pressing, like the semi-finished glass 63, so that the annular gap 59 is additionally sealed with a further glass seal.
  • a pre-pressed and possibly pre-sintered further semi-finished product 65 is arranged below the glass semi-finished product 63 on the measuring gas side.
  • materials with good plastic deformability such as talc, kaolin, clay, bentonite, graphite, boron nitride and others, are particularly suitable as material for the further semi-finished product 65.
  • the plunger 74 acts, the semifinished product 65 is simultaneously deformed into its powder components when the flowable glass semifinished product 63 is pressed, so that an additional powdery seal is produced.
  • the powder penetrates into the gap of the measuring gas-side bushing 24 formed by the conical widening 61 before the melt glass flows in, so that the flow of the melt glass to the thermally highly stressed, measuring gas side end of the ceramic molded part 20 is prevented.
  • FIGS. 3 and 4 correspond to the device of FIG. 2.
  • the method for producing the glass seal 57 according to FIG. 4 can be carried out in accordance with that with the device in FIG.
  • Procedures are carried out. However, it is also conceivable to first deform the further semifinished product 65 into powder by means of a stamp and to press it into the gap between the sensor element and the feed gas-side bushing and then to press the semifinished glass product 63 in accordance with the procedure according to FIG. 2.

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Abstract

Es wird ein Meßfühler, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgas von Verbrennungsmotoren, und ein Verfahren zu dessen Herstellung vorgeschlagen. Der Meßfühler umfaßt eine in einer Längsbohrung (16) eines metallischen Gehäuses (10) angeordnete Aufnahme für ein Sensorelement (12), in der das Sensorelement (12) mittels einer Sensorelementdichtung gasdicht aufgenommen ist, wobei die Sensorelementdichtung eine Glasdichtung (57) ist. Die Aufnahme weist ein meßgasseitiges Keramikformteil (20) und ein anschlußseitiges Keramikformteil (27) auf, die axial hintereinander liegend angeordnet sind. Zwischen den beiden Keramikformteilen (20, 27) ist ein Hohlraum (55) ausgebildet, in dem die Glasdichtung (57) warm eingepreßt ist.

Description

Meßfühler und Verfahren zu dessen Herstellung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Meßfühler nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein derartiger Meßfühler ist aus der US-PS 5 467 636 bekannt, bei dem ein planares Sensorelement in einer Durchführung eines abgasseitigen, unteren Keramikformteils mittels eines Dichtelements gasdicht fixiert ist. Das abgasseitige Keramikformteil hat an der dem Abgas abgewandten Stirnfläche eine Vertiefung, die die Durchführung umgibt und in die eine Glasdichtung eingebracht ist. Auf der Glasdichtung sitzt ein weiteres Keramikformteil auf, das mittels einer Metallot-Verbindung mit dem Gehäuse verbunden ist. Die Glasdichtung umschließt das Sensorelement innerhalb der Vertiefung und stellt eine gasdichte Verbindung zwischen Keramikformteil und Sensorelement an dieser Stelle her.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Meßfühler mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß ein mechanisch stabiler und gasdichter Verbund des planaren Sensorelements mit beiden Keramikformkörpern möglich ist. Die damit erzielte hermetische Abdichtung des Sensorelements ist rüttelfest, so daß während des Einsatzes des Meßfühlers im Kraftfahrzeug eine über die Einsatzdauer mechanisch stabile hermetische Fixierung des Sensorelements erzielbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen eine rationelle Herstellung der gasdichten Fixierung des Sensorelements .
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Meßfühlers sowie des Verfahrens zu dessen Herstellung möglich. Ein besonders mechanisch stabiler und gasdichter Verbund zwischen Sensorelement und den Keramikformteilen wird erreicht, wenn die Glasdichtung das Sensorelement möglichst weitflächig bedeckt, jedoch nicht merklich zum vorderen, beim späteren Betrieb des Meßfühlers thermisch hoch beanspruchten Bereich vordringt. Die Anordnung einer pulverförmigen Zusatzdichtung meßgasseitig vor der Glasdichtung verhindert beim Einschmelzprozeß das Vordringen von Glasfluß in den vorderen, thermisch hoch beanspruchten Bereich des Sensorelements. Zweckmäßig für den Herstellungsprozeß ist, daß die beiden Keramikformteile an den zueinanderweisenden Stirnseiten in Form einer Matrize und eines Stempels ausgebildet sind und demgemäß aufeinander einwirken. Dadurch ist ein Verpressen der Glasdichtung und der ggf. eingesetzten pulverförmigen Zusatzdichtung unter Ausnutzung der Geometrie der Kermikformteile möglich. Die Ausbildung eines Spaltes zwischen Matrize und Stempel hat den Vorteil, daß die Glasdichtung beim Verpressen in den Spalt entweichen kann. Dadurch ist es möglich, daß mit einer hohen Einpreßkraft gearbeitet werden kann. Gleichzeitig wird dadurch vermieden, daß die beiden Stirnseiten der Keramikformteile aufeinandertreffen. Zusätzlich kann eine weitere Glasdichtung in den Ringspalt zwischen die Keramikformteile eingesetzt werden bzw. eine ringförmige Metall-Folie oder -Platte eingelegt werden, mit der ein formschlüssiger Verbund beider Keramikteile erreicht wird.
Zeichnung
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigen
Figur 1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Meßfühler,
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Sensorelementdichtung für das Sensorelement in unverbautem Zustand mit einer Vorrichtung zur
Herstellung der Dichtung,
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Sensorelementdichtung in unverbautem Zustand und
Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer
Sensorelementdichtung in unverbautem Zustand.
Ausführungsbeispiele
Der in Figur 1 dargestellte Meßfühler ist ein elektrochemischer Meßfühler zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Verbrennungsmotoren. Der Meßfühler hat ein metallisches Gehäuse 10, in dem ein plattchenformiges Sensorelement 12 mit einem meßgasseitigen Endabschnitt 13 und einem anschlußseitigen Endabschnitt 14 angeordnet ist. Das Gehäuse 10 ist mit einem Gewinde als Befestigungsmittel für den Einbau in ein nicht dargestelltes Abgasrohr ausgeführt. Im Gehäuse 10 ist ferner eine Längsbohrung 16 mit beispielsweise einer ersten schulterförmigen Ringfläche 17 und einer zweiten schulterförmigen Ringfläche 18 angeordnet.
In der Längsbohrung 16 ist ein meßgasseitiges Keramikformteil 20 mit einer meßgasseitigen Durchführung 24 sowie mit einer meßgasseitigen Stirnseite 21 und einer anschlußseitigen Stirnseite 22 angeordnet. Die meßgasseitige Stirnseite 21 ist mit einem konisch verlaufenden Dichtsitz 23 ausgebildet, der auf einem auf der zweiten schulterförmigen Ringfläche 18 aufliegenden metallischen Dichtring 25 aufsitzt. Über dem meßgasseitigen Keramikformteil 20 ist ein anschlußseitiges Keramikformteil 27 mit einer anschlußseitigen Durchführung 30 sowie mit einer meßgasseitigen Stirnseite 28 und einer anschlußseitigen Stirnseite 29 angeordnet.
Auf der anschlußseitigen Stirnseite 29 des anschlußseitigen Keramikformteils 27 liegt eine, unter mechanischer Vorspannung stehende Tellerfeder 31 auf, die mittels einer rohrförmigen Haltekappe 32 auf das aus dem Gehäuse 10 herausstehende meßgasseitige Keramikformteil 27 drückt, wobei die Haltekappe 32 in eine an der Außenseite des Gehäuses 10 angeordnete Ringnut 33 mittels Rastnasen 34 eingreift. Mittels der Haltekappe 32 und der Tellerfeder 31 sind die beiden Keramikformteile 20, 27 in axialer Richtung vorgespannt, so daß das meßgasseitige Keramikformteil 20 mit dem konischen Dichtsitz 23 auf den Dichtring 25 drückt. Dadurch bildet sich zwischen Gehäuse 10 und dem Keramikformteil 20 ein gasdichter Dichtsitz aus.
Der aus dem Gehäuse herausragende meßgasseitige Endabschnitt 13 ist beispielsweise von einem doppelwandigen Schutzrohr 37 mit Gasein- und Gasauslaßöffnungen 38 mit Abstand umgeben. Am anschlußseitigen Endabschnitt 14 hat das Sensorelement 12 nicht näher dargestellte Kontakte, die mittels eines Kontaktsteckers 41 mit Anschlußkabeln 42 kontaktiert sind. Der Anschlußstecker 41 besteht beispielsweise aus zwei Keramikteilen, die mittels eines Spannstücks 43 zusammengehalten werden. Der aus dem anschlußseitigen Keramikformteil 27 herausragende anschlußseitige
Endabschnitt 14 des Sensorelements 12 ist mit einer Metallhülse 45 umgeben, die mit dem Gehäuse 10 gasdicht verschweißt ist und die eine rohrförmige Öffnung 47 aufweist, in der sich eine Kabeldurchführung 48 zum Durchleiten der Anschlußkabel 42 befindet.
Das meßgasseitige Keramikformteil 20 hat an der anschlußseitigen Stirnseite 22 eine stempeiförmigen
Ansatz 51, der die meßgasseitige Durchführung 24 umgibt. Das anschlußseitige Keramikformteil 27 hat an der meßgasseitigen Stirnseite 28 eine Vertiefung 52, in die der stempeiförmige Ansatz 51 mit einem Radialspalt 53 eintaucht. Zwischen der Stirnseite des stempeiförmigen Ansatzes 51 und dem Boden der Vertiefung 53 ist ein Hohlraum 55 ausgebildet, der mit einer Glasdichtung 57 ausgefüllt ist. Es ist auch möglich, den stempeiförmigen Ansatz 51 am anschlußseitigen Keramikformteil 27 und die Vertiefung 52 am meßgasseitigen Keramikformteil 20 auszubilden.
Die Glasdichtung 57 realisiert eine hermetische Abdichtung des Sensorelements 16 in den Keramikformteilen 20, 27. Die Dimensionierung des stempeiförmigen Ansatzes 51 und der Vertiefung 52 ist derart ausgeführt, daß sich zwischen den sich gegenüberliegenden Ringflächen des meßgasseitigen Keramikformteils 20 und des anschlußseitigen
Keramikformteils 27 ein Ringspalt 59 ausbildet. Der Ringspalt 59 dient dazu, daß das Einschmelzglas der Glasdichtung 57 beim Verpressen über den Radialspalt 53 in den Ringspalt 59 entweichen kann. Als Glasdichtung 57 eignet sich ein Einschmelzglas, wie beispielsweise ein Li-Al-Silikatglas oder ein Li-Ba-Al- Silikatglas. Dem Einschmelzglas können Zusatzstoffe beigegebenen werden, durch die eine Verbesserung des Fließverhaltens der Glasschmelze erzielt werden kann.
Als Zusatzstoffe können zur Plastifizierung der Glasdichtung 57 beim Fügeprozeß pulverförmige Stoffe wie Kupfer, Aluminium, Eisen, Messing, Graphit, Bornitrid, MoS2 oder ein Gemisch dieser Stoffe eingesetzt werden. Als Flußmittel für die Glasdichtung 57 werden beispielsweise Li-Carbonat, Li- Seifen, Borax oder Borsäure verwendet. Zur Anpassung der thermischen Ausdehnung eignet sich die Zugabe von Ausgleichsfüllstoffen, wie AI-Nitrid, Si-Nitrid, Zr- Wolframat oder ein Gemisch dieser Stoffe. Eine weitere Verbesserung des Verbundes der Glasdichtung 57 mit der Keramik der Keramikformteile 20, 27 wird erreicht, wenn der Glasdichtung 57 ein keramischer Binder, wie Al-Phosphat oder Cr-Phoshat, zugesetzt wird.
Um eine weitflächige Benetzung des Sensorelements 12 mit der Glasdichtung 57 zu erreichen, sind bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen die Seitenflächen der meßgasseitigen Durchführung 24 und der anschlußseitigen Durchführung 30 der Keramikformteile 20, 27 zum Hohlraum 55 hin jeweils mit einer konischen verlaufenden Erweiterung 61 ausgebildet (Figur 2, 3 und 4) .
Drei Ausführungsbeispile der Sensorelementdichtung in unverbautem Zustand mit jeweils einer Vorrichtung zur
Herstellung der Glasdichtung 57 gehen aus den Figuren 2, 3 und 4 hervor.
Die Vorrichtung weist einen Träger 70 als Matrize mit einer Aufnahme 71 und einem Anschlag 72 auf. In der Aufnahme 71 sind die Keramikformteile 20 und 27 mit dem in den Durchführungen 24, 30 aufgenommenen Sensorelement 12 positioniert. Die axiale Lage des Sensorelements 12 wird dabei durch den Anschlag 72 vorgegeben, wobei das Sensorelement 12 mit dem meßgasseitigen Endabschnitt 13 auf dem Anschlag 72 aufliegt. Zunächst wird das meßgasseitige Keramikformteil 20 mit dem Sensorelement 12 in die Aufnahme 71 eingesetzt. Auf die Stirnfläche des stempeiförmigen Ansatzes 51 wird ein Glas-Halbzeug 63, z. B. in Form einer Glas-Pille oder einer Glas-Folie, aufgesetzt, wobei das Glas-Halbzeug 63 eine Öffnung aufweist, mit der das Glas-Halbzeug 63 über das Sensorelement 12 geschoben wird. Das anschlußseitige Keramikformteil 27 wird sodann auf das Glas-Halbzeug 63 aufgesetzt, wobei der anschlußseitige Endabschnit 14 des Sensorelements 12 durch die
Durchführung 30 ragt. In der beschriebenen Anordnung wird auf das anschlußseitige Keramikformteil 27 mittels eines Preßstempels 74 eine Preßkraft von beispielsweise 600 kp aufgebracht. Vorher wurde jedoch das Glas-Halbzeug 32, z. B. mittels einer im Träger 70 untergebrachten Heizeinrichtung, auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des verwendeten Einschmelzglases bzw. der verwendeten Glaskeramik erwärmt. Beim Verpressen wird das fließfähige Glas-Halbzeug 63 verformt und dabei in die konischen Erweiterungen 61 sowie in den Radialspalt 53 gepreßt. Ein über den Radialspalt 53 hinaus fließendes Einschmelzglas kann dabei in den stirnseitigen Ringspalt 53 entweichen.
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in Figur 3 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 dadurch, daß in den Ringspalt 59 ein weiteres ringförmiges Glas-Halbzeug 64 eingesetzt ist. Das fließfähige, weitere Glas-Halbzeug 64 wird beim Verpressen, wie das Glas-Halbzeug 63, verformt, so daß der Ringspalt 59 zusätzlich mit einer weiteren Glasdichtung abgedichtet wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sensorelementdichtung geht aus der Anordnung in Figur 4 hervor. Dort ist meßgasseitig unterhalb des Glas-Halbzeugs 63 ein vorgepreßtes und ggf. vorgesintertes weiteres Halbzeug 65 angeordnet. Als Material für das weitere Halbzeug 65 sind grundsätzlich besonders geeignet solche Stoffe mit guter plastischer Verformbarkeit, wie Talkum, Kaolin, Ton, Bentonit, Graphit, Bornitrid u.a. Beim Einwirken des Stempels 74 wird beim Verpressen des fließfähigen Glas-Halbzeugs 63 gleichzeitig das Halbzeug 65 zu seinen Pulverbestandteilen verformt, so daß eine pulverförmige Zusatzdichtung entsteht. Das Pulver dringt dabei vor dem Einfließen des Einschmelzglases in den durch die konische Erweiterung 61 gebildeten Spalt der meßgasseitigen Durchführung 24 ein, so daß das Fließen des Einschmelzglases zum thermisch hochbelasteten, meßgasseitigen Ende des Keramikformteils 20 verhindert wird.
Die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Vorrichtungen entsprechen der Vorrichtung der Figur 2. Das Verfahren zur Herstellung der Glasdichtung 57 nach Figur 4 kann dabei gemäß dem mit der Vorrichtung in Figur 2 realisierten
Verfahren durchgeführt werden. Es ist jedoch auch denkbar, zunächst das weitere Halbzeug 65 mittels eines Stempels zu Pulver zu verformen und in den Spalt zwischen Sensorelement und meßgasseitiger Durchführung einzudrücken und anschließend das Glas-Halbzeug 63 nach der Arbeitsweise gemäß Figur 2 zu verpressen. Eine weitere Ausführungsform der Sensorelementdichtung nach Figur 4 mit einer weiteren Glaseinschmelung im Ringspalt 59, wie beim Ausführungsbeispiel in Figur 3, ist ebenfalls möglich.

Claims

Ansprüche
1. Meßfühler, insbesondere zur Bestimmung des
Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Verbrennungsmotoren, mit einer in einer Längsbohrung eines metallischen Gehäuses angeordneten Aufnahme für ein Sensorelement, in der das Sensorelement mittels einer Sensorelementdichtung gasdicht aufgenommen ist, wobei die Sensorelementdichtung eine Glasdichtung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme für das Sensorelement (12) ein meßgasseitiges Keramikformteil (20) und ein anschlußseitiges Keramikformteil (27) aufweist und daß zwischen den beiden Keramikformteilen (20, 27) ein Hohlraum (55) ausgebildet ist, in dem die Glasdichtung (57) warm eingepreßt ist.
2. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das meßgasseitige Keramikformteil (20) und das anschlußseitige Keramikformteil (27) axial hintereinanderliegend angeordnet sind, daß das eine Keramikformteil (20) einen stempeiförmigen Ansatz (51) und das andere Keramikformteil (27) eine Vertiefung (52) aufweist, und daß der Hohlraum (55) in der Vertiefung (52) ausgebildet ist.
3. Meßfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der stempeiförmige Ansatz (51) an dem meßgasseitigen Keramikformteil (20) und die Vertiefung (52) an dem anschlußseitigen Keramikformteil (27) ausgebildet sind.
4. Meßfühler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der stempeiförmige Ansatz (51) in der Vertiefung von einem Radialspalt (53) umgeben ist.
5. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasdichtung (57) ein Li-Al-Silikatglas oder ein Li-Ba-Al-Silikatglas enthält.
6. Meßfühler nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasdichtung (57) neben den Glasbestandteilen Zusatzstoffe, wie Plastifizierer, Flußmittel, Füllstoffe oder ein Gemisch dieser Zusatzstoffe enthält.
7. Meßfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
Plastifizierer Stoffe wie Kupfer, Aluminium, Eisen, Messing, Graphit, Bornitrid M0S2 oder ein Gemisch dieser Stoffe sind.
8. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikformteile (20, 27) jeweils eine axial verlaufende Durchführung (24, 30) zur Aufnahme des Sensorelements (12) aufweisen und daß zumindest eine der Durchführungen (24, 30) der Keramikformteile (20, 27) mit einer zum Hohlraum (55) weisenden Aufweitung (61) ausgeführt ist.
9. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest am meßgaseitigen Keramikformteil (20) die Sensorelementdichtung zusätzlich zur Glasdichtung (57) mindestens eine pulverförmige Dichtpackung aufweist.
10. Meßfühler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmige Dichtpackung an der thermisch stärker belasteten Seite benachbart zur Glasdichtung (57) im Hohlraum (55) angeordnet ist.
11. Meßfühler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmige Dichtpackung aus einer Keramik besteht .
12. Meßfühler nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmige Dichtpackung aus
Steatit, Graphit, Bornitrid, A1203, Zr02 oder einer Mischung dieser Stoffe besteht.
13. Verfahren zur Herstellung eines Meßfühlers nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Keramikformteile ein Glas-Halbzeug eingesetzt wird und daß das Glas-Halbzeug zur Glasdichtung bei einer Temperatur warm verpreßt wird, die mindestens der Erweichungstemperatur des verwendeten Glases beziehungsweise der verwendeten Glaskeramik eintspricht .
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßkraft zum Verpressen des Glas-Halbzeugs (63) 400-700 Kilopond beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 , dadurch gekennzeichnet, daß das meßgasseitige Kermikformteil, das Sensorelement, das Glas-Halbzeug, das anschlußseitige Keramikformteil und gegebenenfalls die pulverförmige Dichtpackung in Zusammmenbaustellung in eine Matrize eingesetzt werden, daß das Glas-Halbzeug in der Matrize auf mindestens die Erweichungstemperatur werwärmt wird, und daß anschließend mittels eines Stempels die Preßkraft auf das anschlußseitige Keramikformteil aufgebracht wird.
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