CN1798971A - 测量传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于确定一种被测气体、尤其是内燃机的废气的物理特性、如温度或气体成分的浓度的测量传感器，它具有：一个被固定在一个壳体(12)中的传感器部件(14)，该传感器部件的被测气体侧的端部区段(141)被一个保护管(13)包围，该传感器部件的端子侧的端部区段被一个保护套管(11)包围；及一个径向突出的法兰，用于使该测量传感器固定地夹紧在构造在被测气体导管(10)上的密封座(21)上。为了减小制造成本，通过使用简单的制造方法一体地使法兰成形在保护管(13)上。优选保护管(13)作为深拉伸件被制造，并且在深拉伸后留有的、端部侧的切边边缘用于固定夹紧法兰(131)。
Description
现有技术
本发明涉及用于确定一种被测气体、尤其是内燃机的废气的物理特性、如温度或气体成分的浓度的测量传感器。
在公知的用于检测在气体导管中流动的气体的测量传感器中(DE43 18 107 A1)，接收传感器部件的壳体被构造成具有纵向孔的管状的金属壳体。该金属壳体在外圆周上具有一个一体的、环形的法兰，该法兰用于使金属壳体固定地夹紧在一个构造在气体导管上的密封座上。传感器部件用中间的区段同心地安装在金属壳体中并借助一个密封装置固定，该密封装置一方面压紧在传感器部件上，另一方面压紧在纵向孔的管壁上，并且传感器部件以一个被测气体侧的端部区段及一个端子侧的端部区段在两个壳体侧上从壳体伸出。在端子侧的端部区段上支撑着一个端子插接件，后者使传感器部件与连接电缆相连接。具有端子插接件的端子侧的端部区段被保护套管覆盖，该保护套管被套在金属壳体上并与该金属壳体相焊接。传感器部件的被测气体侧的端部区段由带有一些气体透孔的保护管包围，该保护管在其壳体侧的端部上带有一个向外指向的环形法兰，该环形法兰在内部被固定在金属壳体中。
在一个也是公知的用于确定内燃机的废气中氧含量的测量传感器中(DE 197 39 435 A1)，传感器部件被接收在一个管状的金属的壳体中，在该壳体上这样地构造密封法兰，即管件首先被镦锻，其中构成一个整圆的凸缘，然后该凸缘通过旋转锻造这样被加工，使得形成两个彼此倾斜的、轴向环绕壳体的密封面。该传感器部件借助一个由被测气体侧的陶瓷模制件、一个端子侧的陶瓷模制件及一个设置在它们之间的密封件组成的密封装置在壳体中被这样地固定及对气体密封，使得它用被测气体侧的端部区段从壳体伸出。这些陶瓷模制件由氧化铝(Al2O3)构成并具有一些用于传感器部件的中心的穿孔。也具有用于传感器部件的穿孔的、由滑石作的密封件在一个预压状态中被安装在这些陶瓷模制件之间。接着在被测气体侧用一个冲头以一定的压紧力作用在被测气体侧的陶瓷模制件上，该压紧力将预压的密封件碎解及压紧在壳体壁及传感器部件上。接着在壳体内置入一个造型件，以便保持相对密封件的压力状态。在此情况下，端子侧的陶瓷模制件支撑在设置在壳体中的径向肩上。具有气体透孔的双保护管罩在被测气体侧的端部区段上，在端部侧套入壳体中并与该壳体相焊接。在安装位置中，壳体的密封法兰靠置在构造在排气管的连接件中的密封座上并由一个用环形面压在密封法兰上的锁紧螺母固定地夹紧，该锁紧螺母拧在连接件的外螺纹上。连接件气体密封地围绕着一个设置在被测气体导管或排气管中的、用于双保护管的导入孔。
本发明的优点
根据本发明的具有权利要求1所述特征的测量传感器具有其优点，即传感器部件的、同时作为将测量传感器装配在被测气体导管上的外壳由用极为简单且成本低廉的制造方法来制造的部件组成并可用仅很少的装配步骤来组装。
通过在其它权利要求中描述的措施可实现权利要求1中给出的测量传感器的有利的进一步构型及改进。
根据本发明的一个优选实施形式，保护套管和/或保护管作为深拉伸件被制造，其中在深拉伸后存在的深拉伸边缘或切边边缘——它通常在深拉伸后被除去——被用来作为将测量传感器固定地夹紧在被测气体导管的密封座中的夹紧法兰。作为深拉伸件的材料使用耐热不锈钢或镍合金。在深拉伸后，切边边缘的一部分，即位于深拉伸模外部的、被向下压紧的区域被冲压或切割，使得法兰具有确定的径向尺寸。这两个深拉伸件与作为简单的管来制造的壳体组合并与该壳体相焊接。
变换地，可以仅是保护套管或仅是保护管设置有一个法兰。仅在这两个部件的一个上保持一个密封法兰则可开辟这样一个可能性，即对于对应的另一个部件可使用不同于深拉伸的另一种制造方法来制造。
如果这些深拉伸件的两个切边边缘被用作法兰，则保护管上存在的法兰构成用于被测气体导管的密封座的夹紧法兰，而保护套管上的法兰承担用于套在壳体上的空心螺钉的防脱离功能。在此情况下，空心螺钉在保护套管与壳体接合前被套在壳体上。该空心螺钉在一个端面上具有一个环形的止挡面，该止挡面可靠触在保护套管上的法兰的、朝着壳体指向的下侧上，并且在另一个端面上具有一个环形的夹紧面，该夹紧面可配合在保护管上的法兰上。
根据本发明的一个有利的实施形式，壳体由一个包围传感器部件的被测气体侧的端部的内保护管构成，该内保护管本身被保护管同心地包围。内保护管在朝着保护套管的一个管端部上具有一个一体的法兰，该法兰与保护管上及保护套管上的这两个法兰相互接合并被固定地夹紧在密封座上。通过该结构上的措施，在废气传感器上通常使用的、用于传感器部件的被测气体侧的端部区段的双保护管可同时承担壳体的功能，其中通过取消壳体可节省一个部件。总共三个部件——即内保护管、保护管及保护套管——被接合成传感器部件的外壳并在法兰区域中通过固定夹紧而被接合地固定在密封座上。用于一方面在壳体与保护套管之间另一方面在壳体与保护管之间产生例如激光焊接的搭接焊缝或轴向的I状焊缝或角焊缝的附加的焊接被取消。由此，既减小了用于制造测量传感器的投资成本也减小了用于制造测量传感器的制造时间。同时允许传感器部件在被测气体侧的伸入尺寸上有更大的灵活性，也允许传感器部件有利于成本降低地缩短尺寸。
附图说明
在以下的说明中借助附图中所示的实施例详细地描述本发明。附图表示：
图1至图5以五个不同的实施例分别概要地表示一个安装在排气管中的废气探头的部分剖切的侧视图，
图6根据第五实施例的一个安装在排气管中的废气探头的纵截面图。
实施例说明
在图1中以部分剖切的侧视图表示其安装在一个机动车的排气管10中的安装位置中的废气探头——作为用于确定一种被测气体的物理特性的通用的测量传感器的实施例——被用作所谓的λ探头(Lambdasonde)，用于确定内燃机的废气中的氧浓度。该废气探头具有一个传感器部件14，该传感器部件被一个外壳包围，该外壳由一个保护套管11、一个管状的壳体12及一个保护管13组成。在图1中仅与一个被测气体侧的端部区段141通过开设在保护管13中的气体透孔15可被看到的传感器部件14被完整地表示在图6中。如在那里可看到的，该传感器部件14在其端子侧的另一个端部区段142上通过一个端子插接件16与一些连接电缆17电连接。在图1～5的实施例中，这些连接电缆17被一个套管18包围。保护套管11作为挤压件或深拉伸件被制造并具有一个逐渐收缩的区段112，套管18被插入到该区段112的孔中并例如通过焊接被固定。壳体12由一个管制作并在它的插入到保护套管11中的上端部上向内卷入。卷边边缘121用于支撑一个在图1中看不到的密封件，该密封件密封地包围传感器部件14并压紧在壳体12的内壁上。保护管13作为深拉伸件被制造，该保护管在其由壳体12的下端部套接的端部上带有一个与它一体的环形的法兰131。该法兰131由在深拉伸后存在的所谓切边边缘构成，通常在深拉伸的部件上该切边边缘被切去。但在保护管13的前述情况中，该切边边缘被保留在保护管13上。用于制造保护管13的原材料例如为由耐热不锈钢或镍合金制造的0.3～0.6mm厚的板材，其中在深拉伸后，切边边缘的位于模子外部的向下压紧的区域被冲压或切割，其中该切口例如延伸在离保护管13的外轮廓约1.5mm的距离上。保护管13及保护套管11被套在壳体12的彼此背对的端部区域上并且例如通过激光束焊接与这些端部区域固定地连接。
为了接收废气探头，排气管10在其管壁101中具有一个导入孔19，该导入孔同心地被一个连接件20包围。该空心圆柱形的连接件20被焊接在管壁101上并设置有一个用于靠置保护管13上的法兰131的密封座21及设置有一个内螺纹22，用于拧入一个构造成空心螺钉24的夹紧件23。空心螺钉24用于将废气探头固定在连接件20中。
为了将废气探头安装在排气管10中，废气探头用保护管13穿过连接件20及导入孔19以这样的程度伸入到管壁101中，直至保护管13上的法兰131靠置在密封座21上。被保护套管11及壳体12插入的空心螺钉24从现在起用其外螺纹241拧入到内螺纹22中，其中它的端侧的环形面支承在保护管13上的法兰131上及将该法兰夹紧在密封座21上。为了拧入到连接件20中，该空心螺钉24具有一个扳手六角面(Schluesselsechskant)242。
图2中所示的废气探头以与上述相同的方式构造，但区别在于：现在不是保护管13而是也作为深拉伸件制作的保护套管11具有一个与它一体的环形的法兰111。并且这里也如对于图1中保护管所述的，法兰111由深拉伸后保留的切边边缘构成。相比之下，在深拉伸后如通常那样将切边边缘从保护管13除去。保护套管11、壳体12及保护管13也彼此固定地连接、优选焊接，并包围住传感器部件14。当将废气探头安装在排气管10中时，废气探头用保护管13穿过导入孔19而伸入，直至保护套管11上的法兰111靠置在构造在连接件20′上的密封座21上。在此，连接件20′具有一个外螺纹25，且夹紧件23被构造成具有内螺纹261的锁紧螺母26，该锁紧螺母26可通过该内螺纹拧在连接件20′上。锁紧螺母26在它的一个端面附近具有一个径向肩262，当将锁紧螺母26套在保护套管11上及将该锁紧螺母26拧在连接件20′上后，该径向肩靠置在保护套管11的法兰111上。
为了将废气探头安装到排气管10中，废气探头也用保护管13穿过导入孔19而伸入到管壁101中，直至保护套管11上的法兰111靠置在密封座21上。然后，环绕保护套管11的锁紧螺母26被拧到连接件20′上，直到该锁紧螺母的径向肩262使保护套管11的法兰111固定在密封座21上。根据图2的废气探头的结构在其余方面与图1中的废气探头的结构相一致，因此，相同的部件设置有相同的参考标号。
在图3中所示的废气探头的实施例中，与图2中的实施例相比，在那里构造成锁紧螺母的夹紧件在这里构造成空心螺钉24，该空心螺钉如图1中那样可拧入到连接件20中。该废气探头用保护套管11的法兰111靠置在构造在连接件20上的密封环21上，并且当将空心螺钉24拧入时通过空心螺钉24端面侧的环形面被夹紧在连接件20上。将深拉伸后在保护套管11上得到的法兰111用来作为夹紧法兰——如图2及图3中的情况那样——与根据图1使用保护管13上的法兰113作为夹紧法兰相比带来了优点，因为通常保护套管11被构造得比保护管13具有更大的壁厚。
图4及图5中所示的安装在排气管10上的废气探头的实施例与结合图1所述的废气探头的实施例几乎完全地一致，而例外的是：深拉伸后留有的切边边缘保留在作为深拉伸件制成的保护套管11上并被冲压或切边到例如离套管外轮廓约1.5mm的距离上。该法兰111被用作对空心螺钉24的止挡并构成用于空心螺钉24的防脱离装置。在根据图4及图5的两个情况中，在保护套管11及壳体12接合前将空心螺钉24套在与保护管13固定连接的壳体12上。然后将保护套管11套在壳体12的端部上并与壳体12相焊接。保护套管11从现在起带有轴向间隙地被夹持在保护套管11上的与保护管13上的法兰111与131之间。在图4的实施例中，空心螺钉24的背对保护管13的自由端部支撑在保护套管11的法兰111上；而在图5的实施例中，空心螺钉24在其扳手六角面242的区域中具有一个加大的内直径，该内直径稍大于保护套管11上的法兰111的外直径。在从扳手六角面242到螺纹区域的过渡区域中构造有一个环绕的斜肩243，当空心螺钉24在壳体12上轴向位移时，该斜肩止挡在保护套管11的法兰111上。
为了装配根据图4及图5的废气探头，废气探头也用保护管13穿过导入孔19而伸入到排气管10的管壁101中，直至空心螺钉24的外螺纹241配合到连接件20的内螺纹22中。然后通过转动空心螺钉24而使废气探头轴向向下地移动，直至保护管13上的法兰131靠置在连接件20的密封座21上。继续地转动空心螺钉24导致法兰131构成传力链地夹紧在密封座21上。
在由图6的纵截面中可看到的在排气管10上其安装位置中的废气探头上，在其中固定着传感器部件14的壳体12被构造成内保护管27，它包围传感器部件14的被测气体侧的端部区段141且它本身被保护管13包围。内保护管27在包围区域中设置有一些气体透孔32。内保护管27也如保护管13及保护套管11那样作为深拉伸件被制成，其中在所有三个深拉伸件中，深拉伸后留有的切边边缘均保留并被切割到相对套管壁或保护管壁的确定的距离上。保护管13上的法兰131的外部区域作为卷边边缘132使用。
传感器部件14用其中间的区段143被固定在承担壳体12的功能的、内保护管27的上部区域中，该中间的区域比内保护管27的下部区域具有稍大的内直径，由此在两个管区域的过渡处得到一个环形的肩272。在该肩272上支撑着一个陶瓷盘28，该陶瓷盘具有一个用于传感器部件14的中心的穿孔29。在陶瓷盘28上靠置有一个密封件30，该密封件一方面密封地包围传感器部件14，另一方面压紧在内保护管27的内壁上。该密封件30由易熔玻璃或耐温的密封剂或由发泡的陶瓷料(Keramikmasse)构成。在制造密封件30时，陶瓷盘28——例如由Fosterit作成——阻止熔化玻璃的流出或密封剂的漏出。如果使用发泡的陶瓷料，则在密封件30的上面固定一个第二陶瓷盘，后者防止在加热过程期间泡沫的排出。由内保护管27及固定在其中的传感器部件14组成的结构单元被这样地安装到保护管13中，使得内保护管27的法兰271靠置在保护管13的法兰131上。然后将保护套管11罩在被接收在端子插接件16中的、传感器部件14的端子侧的端部区段142上并以其法兰111靠置到内保护管27的法兰271上。然后将保护管13的法兰131上存在的卷边边缘132卷到保护套管11的法兰111上。保护套管11的逐渐收缩的端部侧的区段被压套在包围通到端子插接件16的连接电缆17的、弹性的罐状的模制件31上。
这样组成的废气探头以结合图1所描述的方式被装配在排气管10上，其方式是，保护管13也穿过固定在排气管10的管壁上的连接件20中的导入孔19伸入到排气管10中，直至保护管13上的法兰131靠置在构造在连接件20中的密封座21上。然后将空心螺钉24拧入到连接件20中。空心螺钉24以其端面侧的环形面压紧在保护管13的卷边边缘132上，使得废气探头被构成传力链地夹紧在连接件20中。
构造在保护管13上的法兰131上的卷边边缘132允许废气探头被预制成结构单元，然后该结构单元可在现场被安装在内燃机的排气管10中。当然也可以是，放弃卷边边缘132并将包围传感器部件14的三个深拉伸件以它们的法兰131、271及111彼此叠置且借助空心螺钉24夹紧在一起。无论是在卷边还是在简单的夹持的情况下可省去这些深拉伸件之间的焊接连接，由此使制造中的投资成本减小且实现在制造时生产节拍时间的减小。由作为挤压件或深拉伸件制造的内保护管来代替昂贵的、通常作为车削部件制造的壳体，尤其是在这样一些废气探头上导致了部件的减小及制造成本的节省，在这些废气探头上需要用于传感器部件24的被测气体侧的端部区段141的所谓双保护管。
本发明并不限于所述的构造成废气探头的测量传感器。本发明可用相同的方式、具有相同优点地用于制造温度传感器、压力传感器及类似传感器中的传感器部件的安装壳。例如在DE 37 33 192 C1中描述这样一种温度传感器。
此外也可使用其它构型的夹紧件23来取代空心螺钉24或锁紧螺母26。在此情况下，保护管13或保护套管11上的法兰不必本身靠置在连接件20的密封座21上。例如也可以使壳体12以一个斜肩靠置在密封座21上并起到对气体密封的密封作用，其中夹紧件23仍然作用在保护套管11或保护管13上的法兰上并产生相对连接件20的夹紧。
Claims (13)
1.用于确定一种被测气体、尤其是内燃机的废气的物理特性、如温度或气体成分的浓度的测量传感器，它具有：一个传感器部件(14)，该传感器部件被固定在一个壳体(12)中并且在被测气体侧的端部区段(141)上被一个保护管(13)包围及在端子侧的端部区段(142)上被一个保护套管(11)包围；及一个径向突出的法兰，用于使该测量传感器固定地夹紧在构造在被测气体导管上的密封座(21)上，其特征在于：法兰(111；131)一体地成形在保护套管(11)和/或保护管(13)上。
2.根据权利要求1的测量传感器，其特征在于：保护套管(11)和/或保护管(13)作为深拉伸件被制造，并且一个在深拉伸后留有的、端部侧的切边边缘构成所述法兰(111；131)。
3.根据权利要求1或2的测量传感器，其特征在于：壳体(12)一方面与保护套管(11)及另一方面与保护管(13)固定地连接，优选通过焊接相连接。
4.根据权利要求1～3中一项的测量传感器，其特征在于：设置有一个作用在法兰(111，131)上的夹紧件(23)，该夹紧件优选地被构造成空心螺钉(24)或锁紧螺母(26)。
5.根据权利要求1～3中一项的测量传感器，其特征在于：保护管(13)上的法兰(131)可借助一个套在壳体(12)上空心螺钉(24)被夹紧，该空心螺钉可用一个环形的端面靠触在法兰(131)上；保护套管(11)上的法兰(111)构成一个防止空心螺钉(24)从壳体(12)脱离的止挡。
6.根据权利要求1或2的测量传感器，其特征在于：壳体(12)由一个包围传感器部件(14)的被测气体侧的端部区段(141)的内保护管(27)构成，该内保护管本身被保护管(13)包围并在朝着保护套管(11)的一个管端部上具有一个一体的法兰(271)；在保护管(13)上、在内保护管(27)上及在保护套管(11)上的这些法兰(131，271，111)彼此叠置并可被固定地夹紧在密封座(21)上。
7.根据权利要求6的测量传感器，其特征在于：保护管(13)上的法兰(131)具有一个一体的卷边边缘(132)，该卷边边缘被卷边到保护套管(11)上的法兰(111)上；内保护管(27)上的法兰(271)被夹紧在保护管(13)上的与保护套管(13)上的法兰(131，111)之间。
8.根据权利要求7的测量传感器，其特征在于：保护管(13)上的法兰(131)可由一个座置在卷边边缘(132)上的、同心地包围保护套管(11)的夹紧件(23)固定地夹紧在密封座(21)上。
9.根据权利要求6～8中一项的测量传感器，其特征在于：传感器部件(14)相对内保护管(27)的内壁通过易熔玻璃、耐温的密封剂或发泡陶瓷料形成对气体的密封。
10.根据权利要求9的测量传感器，其特征在于：内保护管(27)具有一个直径减小的管区段；在直径较大的管区段中置入一个带有用于传感器部件(14)的中心的穿孔(29)的陶瓷盘(28)，该陶瓷盘支撑在一个形成于这些管区段之间的肩(272)上。
11.根据权利要求10的测量传感器，其特征在于：内保护管(27)的法兰侧的孔口被具有用于传感器部件(14)的中心的穿孔的另一个陶瓷盘覆盖；及这两个陶瓷盘(28)之间的中间空间用发泡的陶瓷料填充。
12.用于制造一种测量传感器的方法，该测量传感器用于确定一种被测气体、尤其是内燃机的废气的物理特性、如温度或气体成分的浓度，在该测量传感器中，一个传感器部件(14)以两个端部区段(141，142)轴向地从一个壳体(12)伸出地被固定在该壳体(12)中，一个保护管(13)罩在这些端部区段中的一个端部区段(141)，一个保护套管(11)罩在另一个端部区段(142)上，并且保护管(13)及保护套管(11)与壳体(12)相连接，其特征在于：保护管(13)和/或保护套管(11)被深拉伸地制造，并且在深拉伸后在深拉伸件上留有的、端部侧的切边边缘被留下作为用于测量传感器的装配法兰。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于：切边边缘被切边或冲压到一个预定的径向尺寸上。
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Granted publication date: 20090930 Termination date: 20170416 |
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