DE10127871C1 - Gehäuse für einen Temperatur- oder Gassensor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für einen Temperatur- oder Gassensor zum Einsatz in einem partikelbelasteten Messgas, das mindestens ein beidseitig offenes Schutzrohr und mindestens ein Faserpaket umfasst, wobei das Schutzrohr ein im Messgas angeordnetes Ende aufweist und an seinem anderen Ende gasdicht mit einer Anschlussleitung verbunden ist, und wobei ein Trägerelement im Schutzrohr angeordnet ist, das im Bereich des im Messgas angeordneten Endes mindestens ein sensitives Element aufweist, das elektrisch leitend mit der Anschlussleitung verbunden ist, wobei das Faserpaket in einem Bereich zwischen dem mindestens einen sensitiven Element und der Anschlussleitung angeordnet ist und den freien Querschnitt zwischen dem Schutzrohr und dem Trägerelement ausfüllt. Vor dem mindestens einen sensitiven Element sind Schutzvorrichtungen gegen Partikel in Form geschlitzter Metallscheiben und/oder poröser Keramik angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für einen Temperatur- oder Gassensor gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, nämlich zum Einsatz in einem partikelbelasteten Messgas, das mindestens ein beidseitig offenes Schutzrohr und mindestens ein Faserpaket umfasst, wobei das Schutzrohr ein im Messgas angeordnetes Ende aufweist und an seinem anderen Ende gasdicht mit einer Anschlussleitung verbunden ist, und wobei ein Trägerelement im Schutzrohr angeordnet ist, das im Bereich des im Messgas angeordneten Endes mindestens ein sensitives Element aufweist, das elektrisch leitend mit der Anschlussleitung verbunden ist, wobei das Faserpaktet in einem Bereich zwischen dem mindestens einen sensitiven Element und der Anschlussleitung angeordnet ist und den freien Querschnitt zwischen dem Trägerelement ausfüllt. Die Erfindung betrifft des weiteren drei Verfahren zur Herstellung eines Temperatur- oder Gassensor zum Einsatz in einem partikelbelasteten Messgas mit einem solchen Gehäuse.

Gehäuse für Temperatursensoren sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt (US 2 445 159).

Ein Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung für die Temperaturmessung ist bekannt (DE 197 50 123 C2). Das Sensorelement besteht dabei aus einer keramischen Trägerplatine, einem darauf angeordneten temperatursensitiven Element und Kontaktflächen, die über leitfähige Bahnen mit dem temperatursensitiven Element verbunden sind. Das Sensorelement befindet sich in einem metallischen Schutzrohr, wobei im Bereich zwischen dem temperatursensitiven Element und den Kontaktflächen ein federndes Drahtgestrickteil angeordnet ist, das das Sensorelement im Schutzgehäuse hält und fixiert. Die Kontaktflächen sind über U-förmige Halteteile mit den elektrischen Leitern einer Anschlussleitung verbunden, wobei die Halteteile ebenfalls die Lage des Trägerelements im Schutzrohr fixieren.

Eine ähnliche Anordnung für einen Messfühler ist ferner offenbart (WO 95/18965 A1) wobei die Verbindung der Kontaktflächen auf dem Trägerelement mit den elektrischen Anschlüssen mittels Laserschweissen erfolgt.

Beide Sensoranordnungen haben beim Einsatz in partikelbelasteten Messgas den Nachteil, daß das Drahtgestrickteil keinen ausreichenden Schutz der elektrischen Kontakte vor Partikelablagerungen bietet. Zwar wirkt das Drahtgestrickteil wie ein Partikelfilter, aber eine vollständige Verhinderung des Zutritts von Partikeln in den Bereich der elektrischen Kontakte ist nicht gegeben. Durch Partikelablagerungen von beispielsweise Ruß entstehen elektrische Kurzschlüsse, die zu Korrosion der Kontakte oder zu Fehlfunktionen beziehungsweise einem kompletten Ausfall des Sensors führen können.

Schließlich ist eine Sensoranordnung für gasförmige Medien mit einem Sensorelement bekannt (DE 199 11 516 C1), das mittel eines Stöße dämpfenden Drahtgebildes in einer Schutzhülse gehalten wird. Das Drahtgebilde ist zur Ausbildung einer gas-, partikel- und flüssigkeitsdichten Verbindung zwischen Sensorelement und Schutzhülse zumindest teilweise mit einer keramischen Vergussmasse getränkt. Zur Verbesserung der Abdichtung kann zusätzlich ein keramischer Formkörper auf das Sensorelement aufgeschoben sein, der den freien Querschnitt zwischen dem Sensorelement und der Schutzhülse ausfüllt.

Bei dieser Anordnung kann zwar keine Verschmutzung der elektrischen Kontakte durch Partikel auftreten, aber ein "atmen" des Sensors, das heißt ein Gasaustausch und Druckausgleich im Bereich der Kontakte, kann ebenfalls nicht erfolgen. Bei Temperaturänderungen am Sensor ändern sich die Druckverhältnisse im gasdicht abgeschlossenen Bereich der Kontakte und führen so zu einer Belastung der Dichtungen und Verbindungen. Wurden die Kontakte unter feuchter Atmosphäre gasdicht eingeschlossen, so kann es zu Kondensation kommen. Ein möglicher Gasaustausch hat sich daher als günstig für die Haltbarkeit der Verbindungen und das Alterungsverhalten der Kontakte erwiesen.

Ein ähnliches Gehäuse mit einer flüssigkeitsdichten Kapselung für die eigentliche Sensoranordnung ist auch bekannt (GB-2 184 554 A).

Es stellt sich die Aufgabe, ein Gehäuse für einen Temperatur- oder Gassensor zum Einsatz in einem partikelbelasteten Messgas bereitzustellen, das eine partikeldichte Trennung zwischen dem Mess- und dem Anschlussbereich eines Sensors gewährleistet, ohne dabei einen Gasaustausch vom Mess- zum Anschlussbereich des Sensors zu unterbinden. Es stellt sich außerdem die Aufgabe, Verfahren zur Herstellung eines Temperatur- oder Gassensors mit einem solchen Gehäuse zum Einsatz in einem partikelbelasteten Messgas bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird für das gattungsgemäße Gehäuse nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Eine solche Anordnung ist hervorragend dazu geeignet, im Bereich zwischen dem sensitiven Element und der Anschlussleitung eine partikeldichte Abgrenzung zu schaffen, die jedoch nicht gasdicht ist und so einen Gasaustausch im Bereich der Verbindung zwischen Anschlussleitung und Trägerelement ermöglicht.

Unter einem Faserpaket wird dabei ein elastisch verformbares und Stöße dämpfendes, poröses Gebilde aus geordnet oder ungeordnet vorliegenden Fasern oder Drähten verstanden, das in eine bestimmte Form vorgepresst sein kann.

Besonders hat es sich bewährt, wenn das Schutzrohr einen zylindrischen Querschnitt aufweist, wenn die erste und die zweite Metallscheibe jeweils einen kreisförmigen Umfang aufweisen und das Trägerelement einen rechteckigen oder einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

Vorteilhaft wird die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem sensitiven Element und der Anschlussleitung durch leitfähige Bahnen in Dick- oder Dünnschichttechnik auf der Oberfläche des Trägerelements gebildet und die leitfähigen Bahnen mindestens im Bereich des Faserpaketes und der ersten und der zweiten Metallscheibe jeweils durch mindestens eine elektrisch isolierende Abdeckschicht bedeckt. Die isolierende Abdeckschicht verhindert einen Kurzschluss der leitfähigen Bahnen durch die Metallscheiben.

Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem sensitiven Element und der Anschlussleitung kann aber auch im Inneren eines Trägerelements erfolgen, wenn beispielsweise ein Trägerelement in Laminattechnik aus mehreeren Lagen keramischen Folien hergestellt ist. In so einem Fall sind auf ader Oberfläche des Trägerelements keine Drähte oder leitfähige Bahnen angeordnet.

Um eine möglichst enge Anpassung des Schlitzes an die Oberfläche des Trägerelementes zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn die erste und die zweite Metallscheibe jeweils im Bereich des Schlitzes ein Profil aufweisen, das dem angrenzenden Oberflächenprofil des Trägerelementes im wesentlichen entspricht. Das bedeutet, dass der Schlitz beispielsweise im Bereich zwischen elektrisch leitenden Bahnen und isolierenden Abdeckschichten eine dem Trägerelement zugewandte Erhebung aufweisen kann, die den Höhenunterschied zwischen der Oberfläche des Trägerelements und den elektrischen Bahnen inklusive Abdeckschichten ausgleicht.

Weist das Trägerelement eine glatte Oberfläche, wie es bei in Laminattechnik hergestellten Trägerelementen häufig der Fall ist, so wird der Schlitz in der Metallscheibe gerade ausgeführt, um eine enge Anpassung zu erreichen.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die erste und die zweite Metallscheibe jeweils im Bereich des Schlitzes mindestens ein zur Ebene der Metallscheibe abgewinkeltes Stützblech aufweisen, das zumindest teilweise auf dem Trägerelement aufliegt.

Bevorzugt ist es dabei, das mindestens eine Stützbleich in einem Winkel von 90° zur Ebene der Metallscheibe abzuwinkeln.

Auch hier ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Stützbleich ein Profil aufweist, das dem angrenzenden Oberflächenprofil des Trägerelementes im wesentlichen entspricht. Das bedeutet, dass das Stützblech beispielsweise im Bereich zwischen elektrisch leitenden Bahnen und isolierenden Abdeckschichten eine dem Trägerelement zugewandte Erhebung aufweisen kann, die den Höhenunterschied zwischen der Oberfläche des Trägerelements und den elektrisch leitenden Bahnen inklusive Abdeckschichten ausgleicht. Bei einer glatten Oberfläche ist das jedoch nicht erforderlich, sondern das Stützelement wird mit geradem Profil verwendet.

Sowohl ein profilierter Schlitz als auch ein Stützpunkt mit Profil bewirkt, dass die Metallscheiben nicht nur auf den Abdeckschichten aufliegen, sondern daß der Auflagedruck gleichmäßiger auf dem Trägerelement verteilt wird. So wird verhindert, dass sich während des Sensorbetriebes die Metallscheiben in die Abdeckschichten hineinschneiden und mittelfristig zu einem Kurzschluss der elektrisch leitenden Bahnen führen.

Es hat sich bewährt, das mindestens eine Stützbleich an der ersten Metallscheibe und das mindestens eine Stützblech an der zweiten Metallscheibe in Richtung der Anschlussleitung auszurichten. Das mindestens eine Stützblech an der ersten Metallscheibe und das mindestens eine Stützblech an der zweiten Metallscheibe können aber auch in Richtung des sensitiven Elements zeigen.

Die Abdichtung zwischen Metallscheiben und Schutzrohr ist insbesondere dann partikeldicht, wenn das Schutzrohr aus Metall gebildet ist und einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist wie die Metallscheiben.

Die Metallscheiben sind in ihrer Lage optimal fixiert, wenn die erste Metallscheibe an ihrer der zweiten Metallscheibe abgewandten Seite direkt an das Faserpaket angrenzt.

Zusätzlich stabilisierend wirkt es, wenn die zweite Metallscheibe an ihrer der ersten Metallscheibe abgewandten Seite direkt an eine Verengung im Querschnitt des Schutzrohres angrenzt. Die Verengung im Querschnitt des Schutzrohres kann in einfacher Weise beispielsweise als eine Rollsiche ausgeführt sein, aber auch andere dem Fachmann hinreichend bekannte Lösungen, wie etwa Stege, sind verwendbar.

Die erste und die zweite Metallscheibe weisen bevorzugt jeweils eine Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,3 mm, insbesondere im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm, auf.

Die Herstellung der ersten und der zweiten Metallscheibe ist dann besonders rationell zu gestalten, wenn sie identisch ausgebildet sind.

Als Faserpaket mit elastischen Eigenschaften eigent sich insbesondere ein Drahtgebilde, Keramikfasern oder ein Kohlenstofffilz.

Um den Zugang eines Messgases zum sensitiven Element zu ermöglichen und die Ansprechgeschwindigkeit des Sensors zu erhöhen, hat es sich bewährt, an dem im Messgas angeordneten Ende des Schutzrohrs eine Kappe mit Gasdurchlassöffnungen anzuordnen. Eine solche Kappe schützt das sensitive Element außerdem vor mechanischer Beschädigung.

Es ist auch möglich, an der dem Messgas zugewandten Seite der Metallscheibe 1a eine poröse Zementschicht (Fig. 12, (13) so anzuordnen, dass sie den Scheibenquerschnitt bedeckt und zusätzlich eine Abdichtung des Randspaltes zur Innenwand des Schutzrohres bewirkt. Dabei wird vorzugsweise ein Zement auf Al₂O₃-Basis verwendet.

Man kann auch die Metallscheiben komplett durch einen porösen Stopfen (Fig. 11, (14))ersetzen, der zwischen dem Faserpaket (12) und der Anschlussleitung senkrecht zur Längsachse des Trägerelements (7) angeordnet ist. Das poröse Material ist vorzugsweise Keramik. Der Stopfen hat vorzugsweise die Form einer Scheibe, in deren Mitte eine Ausnehmung zur Aufnahme des Trägerelements (7) vorgesehen ist. Wie oben im Fall der Scheibe beschrieben, kann auf der dem Messgas zugewandten Fläche des Stopfens eine poröse Zementschicht (Fig. 11, (13) so angeordnet sein, dass sie den Stopfen bedeckt und zusätzlich eine Abdichtung des Randspaltes zur Innenwand des Schutzrohrs bewirkt. Wie im Fall der Metallscheibe kann der Stopfen 14 an der dem Messgas abgewandten Seite direkt an eine Verengung im Querschnitt des Schutzrohres (6) angrenzen, die bevorzugt eine Rollsicke (11) ist.

Die Aufgabe wird für ein erstes Verfahren dadurch gelöst, dass die elektrische Verbindung zwischen dem sensitiven Element und der Anschlussleitung ausgebildet wird, dass das Trägerelement mit der Anschlussleitung in das Schutzrohr geschoben wird, dass die zweite Metallscheibe über das Trägerelement und in das Schutzrohr geschoben wird, dass die erste Metallscheibe über das Trägerelement und in das Schutzrohr bis zur zweiten Metallscheibe geschoben wird, wobei die Öffnung der ersten Metallscheibe in Bezug auf die Öffnung der zweiten Metallscheibe versetzt angeordnet wird, dass das mindestens eine Faserpaket an die erste Metallscheibe angrenzend um das Trägerelement positioniert wird, und dass die Anschlussleitung gasdicht mit dem Schutzrohr verbunden wird.

Idealerweise wird die elektrische Verbindung zwischen dem sensitiven Element beziehungsweise zwischen mit dem sensitiven Element elektrisch verbundenen Kontaktflächen und der Anschlussleitung durch Laserschweissen ausgebildet. Solche Kontaktflächen im Anschlussbereich sind überlicherweise über elektrisch leitende Bahnen mit dem sensitiven Element verbunden.

Die Aufgabe wird für ein zweites Verfahren dadurch gelöst, dass das Trägerelement über die Öffnung der ersten Metallscheibe in den Schlitz der ersten Metallscheibe geschoben wird, dass das Trägerelement über die Öffnung der zweiten Metallscheibe in den Schlitz der zweiten Metallscheibe geschoben wird, wobei die Öffnung der zweiten Metallscheibe in Bezug auf die Öffnung der ersten Metallscheibe versetzt angeordnet wird, dass das mindestens eine Faserpaket an die erste Metallscheibe angrenzend um das Trägerelement positioniert wird, dass das Trägerelement mit der ersten und der zweiten Metallscheibe und dem mindestens einen Faserpaket in das Schutzrohr geschoben wird, dass die elektrische Verbindung zwischen dem sensitiven Element und der Anschlussleitung ausgebildet wird und dass die Anschlussleitung gasdicht mit dem Schutzrohr verbunden wird.

Hier ist es von Vorteil, die elektrische Verbindung zwischen dem sensitiven Element bzw. zwischen mit dem sensitiven Element elektrisch verbundenen Kontaktflächen und der Anschlussleitung durch ein Aufschieben von Kontaktklemmen auf das Trägerelement auszubilden.

Bevorzugt ist es für beide erfindungsgemässen Verfahren, die erste Metallscheibe identisch zur zweiten Metallscheibe auszubilden, wobei die erste Metallscheibe in Bezug auf die zweite Metallscheibe um 180° in der Ebene der Metallscheibe gedreht auf dem Trägerelement positioniert wird.

Die Lagefixierung der Metallscheiben im Schutzrohr ist in einerfacher Weise möglich, wenn das Schutzrohr eine Rollsicke aufweist und die zweite Metallscheibe bis zu der Rollsicke in das Schutzrohr geschoben wird. Analog kann ein poröser Stopfen positioniert werden.

An das im Messgas angeordnete Ende des Schutzrohrs wird vorzugsweise eine Kappe mit Gasdurchlassöffnungen angebracht, die den Zutritt von Messgas zum sensitiven Element gewährt und dieses vor mechanischer Beschädigung schützt.

In einer besonderen Ausführungsform der Verfahren wird nach dem Plazieren der Scheiben im Gehäuse auf die dem Messgas zugewandten Seite der Metallscheibe 1a eine poröse Zementschicht (13), so aufgebracht, dass sie den Scheibenquerschnitt bedeckt und zusätzlich eine Abdichtung des Randspaltes zur Innenwand des Schutzrohrs bewirkt.

Will man die Metallscheiben durch einen porösen Stopfen ersetzen, so wird diese Aufgabe für ein drittes Verfahren dadurch gelöst, dass ein Temperatur- oder Gassensor zum Einsatz in einem partikelbelasteten Messgas mit einem Gehäuse hergestellt wird, indem die elektrische Verbindung zwischen dem sensitiven Element (8) und der Anschlussleitung ausgebildet wird, das Trägerelement (7) mit der Anschlussleitung in das Schutzrohr (6) geschoben wird, ein Stopfen (14) über das Trägerelement (7) und in das Schutzrohr (6) geschoben wird, optional eine poröse Zementschicht auf die dem Messgas zugewandte Seite des Stopfens aufgebracht wird, das mindestens eine Faserpaket (12) an den Stopfen angrenzend um das Trägerelement (7) positioniert wird, und die Anschlussleitung gasdicht mit dem Schutzrohr (6) verbunden wird.

Die Fig. 1 bis 12 sollen das Gehäuse gemäß der Erfindung beispielhaft näher erläutern. So zeigt:

Fig. 1 eine Metallscheibe mit Schlitz

Fig. 2 eine erste und eine zweite Metallscheibe gemäß Fig. 1.

Fig. 3 eine Metallscheibe mit profiliertem Schlitz

Fig. 4 eine erste und eine zweite Metallscheibe gemäß Fig. 3

Fig. 5 eine Metallscheibe mit profiliertem Stütz­ blech

Fig. 6 eine erste und eine zweite Metallscheibe gemäß Fig. 5

Fig. 7 eine weitere Metallscheibe mit profiliertem Stützblech

Fig. 8 eine erste und eine zweite Metallscheibe gemäß Fig. 7

Fig. 9 die Anordnung der ersten und zweiten Metallscheibe im Schutzrohr (Längsschnitt), vom Messbereich aus gesehen

Fig. 10 die Anordnung der ersten und zweiten Metallscheibe im Schutzrohr (Längsschnitt), gemäß Fig. 9, vom Anschlussbereich gesehen

Fig. 11 die Anordnung mit Metallscheiben und der zusätzlichen Zementschicht 13

Fig. 11a eine Ausschnittvergrößerung von Fig. 11

Fig. 12 die Anordnung mit porösem Stopfen und der optionalen Zementschicht 13

Fig. 12a eine Ausschnittsvergrößerung von Fig. 12.

Fig. 1 zeigt eine Metallscheibe 1, die einen Schlitz 2 zur Aufnahme eines Trägerelements mit rechteckigem Querschnitt aufweist, wobei der Schlitz 2 eine Öffnung im Umfang der Metallscheibe 1 umfasst.

Fig. 2 zeigte ine erste Metallscheibe 1 und eine zweite Metallscheibe 1a, wobei die Öffnung im Umfang der ersten Metallscheibe 1 zur Öffnung im Umfang der zweiten Metallscheibe 1a versetzt angeordnet ist.

Fig. 3 zeigte eine Metallscheibe 1, die einen Schlitz 2 zur Aufnahme eines Trägerelements mit rechteckigem Querschnitt aufweist, wobei der Schlitz 2 eine Öffnung im Umfang der Metallscheibe 1 umfasst. Der Schlitz 2 weist ein Profil mit einer Erhebung 3 auf, die beispielsweise zwischen zwei elektrisch leitenden Bahnen auf dem später in den Schlitz 2 zu schiebenden Trägerelement positioniert wird.

Fig. 4 zeigt eine erste Metallscheibe 1 und eine zweite Metallscheibe 1a, wobei die Öffnung im Umfang der ersten Metallscheibe 1 zur Öffnung im Umfang der zweiten Metallscheibe 1a versetzt angeordnet ist. Die Erhebung 3a im Schlitz 2a der zweiten Metallscheibe 1a ist direkt angrenzend an die Erhebung 3 im Schlitz 2 der ersten Metallscheibe 1 angeordnet.

Fig. 5 zeigt eine Metallscheibe 1, die einen Schlitz 2 zur Aufnahme eines Trägerelements mit rechteckigem Querschnitt aufweist, wobei der Schlitz 2 eine Öffnung mit Umfang der Metallscheibe 1 umfasst. Die Metallscheibe 1 weist im Bereich des Schlitzes 2 ein zur Ebene der Metallscheibe 1 abgewinkeltes Stützblech 4 auf. Das Stützblech 4 weist ein Profil mit einer Erhebung 5 auf, die beispielsweise zwischen zwei elektrisch leitenden Bahnen auf dem später in den Schlitz zu schiebenden Trägerelement positioniert wird.

Fig. 6 zeigt eine erste Metallscheibe 1a, wobei die Öffnung im Umfang der ersten Metallscheibe 1 zur Öffnung im Umfang der zweiten Metallscheibe 1a versetzt angeordnet ist. Die Erhebung 5a des Stützbleches 4a der zweiten Metallscheibe 1a und die Erhebung 5 des Stützbleches 4 der ersten Metallscheibe 1 sind so angeordnet, dass die beiden Erhebungen 5, 5a in Richtung eines später in den Schlitzen 2, 2a befindlichen Trägerelements zeigen.

Fig. 7 zeigt eine weitere Metallscheibe 1, die einen Schlitz 2 zur Aufnahme eines Trägerelements mit rechteckigem Querschnitt aufweist, wobei der Schlitz 2 eine Öffnung im Umfang der Metallscheibe 1 umfasst. Die Metallscheibe 1 weist im Bereich des Schlitzes 2 ein zur Ebene der Metallscheibe 1 abgewinkeltes Stützblech 4 auf. Das Stützblech 4 weist ein Profil mit einer Erhebung 5b auf, die beispielsweise zwischen zwei elektrisch leitenden Bahnen auf dem später in den Schlitz 2 zu schiebenden Trägerelement positioniert wird.

Fig. 8 zeigt eine erste Metallscheibe 1 und eine zweite Metallscheibe 1a, wobei die Öffnung im Umfang der ersten Metallscheibe 1 zur Öffnung im Umfang der zweiten Metallscheibe 1a versetzt angeordnet ist. Die Erhebung 5c des Stützbleches 4a der zweiten Metallscheibe 1a und die Erhebung 5b des Stützbleches 4 der ersten Metallscheibe 1 sind, so angeordnet, dass die beiden Erhebungen 5b, 5c in Richtung eines später in den Schlitzen 2, 2a befindlichen Trägerelements zeigen.

Fig. 9 zeigt die Anordnung der ersten Metallscheibe 1 und der zweiten Metallscheibe 1a in einem metallischen Schutzrohr 6, vom Messbereich aus gesehen. Ein Trägerelement 7 mit einem sensitiven Element 8 im Messbereich, und Kontaktflächen 9 im Anschlussbereich ist durch die erste Metallscheibe 1 und die zweite Metallscheibe 1a gesteckt. Das sensitive Element 8 ist mit Kontaktflächen 9 durch elektrisch leitende Bahnen 10, die mit einer elektrisch isolierenden Abdeckschicht bedeckt sind, verbunden. Die den Kontaktflächen 9 zugewandte Seite der zweiten Metallscheibe 1a grenzt an eine Rollsicke 11 an, die in das Schutzrohr 6 eingedrückt ist. Die dem sensitiven Element 8 zugewandte Seite der ersten Metallscheibe 1 grenzt an ein Faserpaket 12 an, das. den freien Querschnitt zwischen Trägerelement 7 und Schutzrohr 6 ausfüllt. Das Faserpaket 12 und die Rollsicke 11 fixieren die erste Metallscheibe 1 und die zweite Metallscheibe 1a in ihrer Lage. Eine Anschlussleitung zur Kontaktierung der Kontaktflächen 9 und damit des sensitiven Elements 8, eine gasdichte Abdichtung des Schutzrohrs 6 im. Anschlussbereich sowie eine Kappe zum Schutz des sensitiven Elementes 8, die überlicherweise am Schutzrohr 6 befestigt wird, sind hier nicht dargestellt.

Fig. 10 zeigt die Anordnung der ersten Metallscheibe 1 und der zweiten Metallscheibe 1a in dem metallischen Schutzrohr 6 gemäß Fig. 7, vom Anschlussbereich aus gesehen. In dieser Ansicht ist erkennbar, dass die erste Metallscheibe 1 und die zweite Metallscheibe 1a jeweils mit einem Stützblech 4a, 4a ausgebildet sind, wobei die Stützbleche 4, 4a in Richtung der Kontaktflächen 9 zeigen. Das Stützelement 4a der zweiten Metallscheibe 1a weist ein Profil in Form der Erhebung 5a auf, die zwischen den elektrisch leitenden Bahnen 10 angeordnet ist und gegen das Trägerelement 7 drückt. So ist eine gleichmäßigere Druckverteilung auf dem Trägerelement 7 erreicht und gleichzeitig eine genauere und damit partikeldichte Abgrenzung zwischen Messbereich und Anschlussbereich möglich.

Fig. 11 zeigt in einer Übersicht eine beispielhafte, gesamte Anordnung und Fig. 11a die Ausschnittvergrößerung, aus der die Anordnung des porösen Stopfens 14 und der optionalen porösen Zementschicht 13 an der Metallscheibe zu entnehmen ist.

Fig. 12 zeigt in einer Übersicht eine beispielhafte, gesamte Anordnung und in Fig. 12a die Ausschnittvergrößerung, aus der die Anordnung der optionalen porösen Zementschicht 13 am Stopfen zu entnehmen ist.

Claims (35)

1. Gehäuse für einen Temperatur- oder Gassensor zum Einsatz in einem partikelbelasteten Messgas, das mindestens ein beidseitig offenes Schutzrohr und mindestens ein Faserpaket umfasst, wobei das Schutzrohr ein im Messgas angeordnetes Ende aufweist und an seinem anderen Ende gasdicht mit einer Anschlussleitung verbunden ist, und wobei ein Trägerelement im Schutzrohr angeordnet ist, das im Bereich des im Messgas angeordneten Endes mindestens ein sensitives Element aufweist, das elektrisch leitend mit der Anschlussleitung verbunden ist, wobei das Faserpaket in einem Bereich zwischen dem mindestens einen sensitiven Element und der Anschlussleitung angeordnet ist und den freien Querschnitt zwischen dem Schutzrohr und dem Trägerelement ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Faserpaket (12) und der Anschlussleitung senkrecht zur Längsachse des Trägerelements (7) und in direktem Kontakt zueinander eine erste und eine zweite Metallscheibe (1, 1a) angeordnet sind, wobei die erste und die zweite Metallscheibe (1, 1a) jeweils einen Schlitz (2, 2a) zur Aufnahme des Trägerelements (7) aufweisen, der eine Öffnung im Umfang der jeweiligen Metallscheibe (1, 1a) umfasst, und dass in Richtung der Längsachse des Trägerelementes (7) gesehen, die Öffnung im Umfang der ersten Metallscheibe (1) zur Öffnung im Umfang der zweiten Metallscheibe (1a) versetzt angeordnet ist, wobei der freie Querschnitt zwischen dem Trägerelement (7) und dem Schutzrohr (6) durch die erste Metallscheibe (1) zusammen mit der zweiten Metallscheibe (1a) ausgefüllt ist.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Messgas zugewandten Seite der Metallscheibe (1a) eine poröse Zementschicht (13) so angeordnet ist, dass sie den Scheibenquerschnitt bedeckt und zusätzlich eine Abdichtung des Randspaltes zur Innenwand des Schutzrohrs bewirkt.

3. Gehäuse für einen Temperatur- oder Gassensor zum Einsatz in einem partikelbelasteten Messgas, das mindestens ein beidseitig offenes Schutzrohr und mindestens ein Faserpaket umfasst, wobei das Schutzrohr ein im Messgas angeordnetes Ende aufweist und an seinem anderen Ende gasdicht mit einer Anschlussleitung verbunden ist, und wobei ein Trägerelement im Schutzrohr angeordnet ist, das im Bereich des im Messgas angeordneten Endes mindestens ein sensitives Element aufweist, das elektrisch leitend mit der Anschlussleitung verbunden ist, wobei das Faserpaket in einem Bereich zwischen dem mindestens einen sensitiven Element und der Anschlussleitung angeordnet ist und den freien Querschnitt zwischen dem Schutzrohr und dem Trägerelement ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Faserpaket (12) und der Anschlussleitung senkrecht zur Längsachse des Trägerelements (7) ein poröser Stopfen (14) angeordnet ist.

4. Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (14) aus Keramik besteht.

5. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (6) einen zylindrischen Querschnitt aufweist, dass die erste und die zweite Metallscheibe (1, 1a) jeweils einen kreisförmigen Umfang aufweisen und dass das Trägerelement (7) einen rechteckigen oder einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

6. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem sensitiven Element (8) und der Anschlussleitung durch leitfähige Bahnen (10) in Dick- oder Dünnschichttechnik auf der Oberfläche des Trägerelements (7) gebildet ist und dass die leitfähigen Bahnen (10) mindestens im Bereich des Faserpakets (12) und der ersten und der zweiten Metallscheibe (1, 1a) jeweils durch mindestens eine elektrisch isolierende Abdeckschicht bedeckt sind.

7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Metallscheibe (1, 1a) jeweils im Bereich des Schlitzes (2, 2a) ein Profil aufweisen, das dem angrenzenden Oberflächenprofil des Trägerelementes (7) im wesentlichen entspricht.

8. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Metallscheibe (1, 1a) jeweils im Bereich des Schlitzes (2, 2a) mindestens ein zur Ebene der Metallscheibe abgewinkeltes Stützblech (4, 4a) aufweisen, das zumindest teilweise auf dem Trägerelement (7) aufliegt.

9. Gehäuse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Stützblech (4, 4a) in einem Winkel von 90° zur Ebene der Metallscheibe abgewinkelt ist.

10. Gehäuse nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Stützblech (4, 4a) ein Profil aufweist, das dem angrenzenden Oberflächenprofil des Trägerelementes (7) im wesentlichen entspricht.

11. Gehäuse nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Stützblech (4) an der ersten Metallscheibe (1) und das mindestens eine Stützblech (4a) an der zweiten Metallscheibe (1a) in Richtung der Anschlussleitung zeigen.

12. Gehäuse nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Stützblech (4) an der ersten Metallscheibe (1) und das mindestens eine Stützblech (4a) an der zweiten Metallscheibe (1a) in Richtung des sensitiven Elements (8) zeigen.

13. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metallscheibe (1) an ihrer der zweiten Metallscheibe (1a) abgewandten Seite direkt an das Faserpaket (12) angrenzt.

14. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (6) aus Metall gebildet ist.

15. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Metallscheibe (1a) an ihrer der ersten Metallscheibe (1) abgewandten Seite direkt an eine Verengung im Querschnitt des Schutzrohres (6) angrenzt.

16. Gehäuse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung im Querschnitt des Schutzrohres (6) eine Rollsicke (11) ist.

17. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Metallscheibe (1, 1a) jeweils eine Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,3 mm aufweisen.

18. Gehäuse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der ersten und der zweiten Metallscheibe (1, 1a) jeweils im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm ausgebildet ist.

19. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Metallscheibe (1, 1a) identisch ausgebildet sind.

20. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserpaket (12) aus einem Drahtgebilde, Keramikfasern oder einem Kohlenstofffilz gebildet ist.

21. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass an dem im Messgas angeordneten Ende des Schutzrohrs (6) eine Kappe mit Gasdurchlassöffnungen angeordnet ist.

22. Verfahren zur Herstellung eines Temperatur- oder Gassensor zum Einsatz in einem partikelbelasteten Messgas mit einem Gehäuse nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen dem sensitiven Element (8) und der Anschlussleitung ausgebildet wird, dass das Trägerelement (7) mit der Anschlussleitung in das Schutzrohr (6) geschoben wird, dass die zweite Metallscheibe (1a) über das Trägerelement (7) und in das Schutzrohr (6) geschoben wird, dass die erste Metallscheibe (1) über das Trägerelement (7) und in das Schutzrohr (6) bis zur zweiten Metallscheibe (1a) geschoben wird, wobei die Öffnung der ersten Metallscheibe (1) in Bezug auf die Öffnung der zweiten Metallscheibe (1a) versetzt angeordnet wird, dass das mindestens eine Faserpaket (12) an die erste Metallscheibe (1) angrenzend um das Trägerelement (7) positioniert wird, und dass die Anschlussleitung gasdicht mit dem Schutzrohr (6) verbunden wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen dem sensitiven Element (8) und der Anschlussleitung durch Laserschweissen ausgebildet wird.

24. Verfahren zur Herstellung eines Temperatur- oder Gassensor zum Einsatz in einem partikelbelasteten Messgas mit einem Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (7) über die Öffnung der ersten Metallscheibe (1) in den Schlitz (2) geschoben wird, dass das Trägerelement (7) über die Öffnung der zweiten Metallscheibe (1a) in den Schlitz (2a) der zweiten Metallscheibe (1a) geschoben wird, wobei die Öffnung der zweiten Metallscheibe (1a) in Bezug auf die Öffnung der ersten Metallscheibe (1) versetzt angeordnet wird, dass das mindestens eine Faserpaket (12) an die erste Metallscheibe (1) angrenzend um das Trägerelement (7) positioniert wird, dass das Trägerelement (7) mit der ersten und der zweiten Metallscheibe (1, 1a) und dem mindestens einen Faserpaket (12) in das Schutzrohr (6) geschoben wird, dass die elektrische Verbindung zwischen dem sensitiven Element (8) und der Anschlussleitung ausgebildet wird und dass die Anschlussleitung gasdicht mit dem Schutzrohr (6) verbunden wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen dem sensitiven Element (8) und der Anschlussleitung durch ein Aufschieben von Kontaktklemmen auf das Trägerelement (7) ausgebildet wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metallscheibe (1) identisch zur zweiten Metallscheibe (1a) ausgebildet wird, wobei die erste Metallscheibe (1) in Bezug auf die zweite Metallscheibe (1a) um 180° in der Ebene der Metallscheibe gedreht auf dem Trägerelement (7) positioniert wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (6) eine Rollsicke (11) aufweist und dass die zweite Metallscheibe (1a) bis zu der Rollsicke (11) in das Schutzrohr (6) geschoben wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass an das im Messgas angeordnete Ende des Schutzrohrs (6) eine Kappe mit Gasdurchlassöffnungen angebracht wird.

29. Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zement auf Al₂O₃-Basis vorgesehen ist.

30. Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (14) die Form einer Scheibe hat, in deren Mitte eine Ausnehmung zur Aufnahme des Trägerelements (7) vorgesehen ist.

31. Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Messgas zugewandten Fläche des Stopfens (14) eine poröse Zementschicht (13), so angeordnet ist, dass sie den Stopfen (14) bedeckt und zusätzlich eine Abdichtung des Randspaltes zur Innenwand des Schutzrohrs (6) bewirkt.

32. Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (14) an der dem Messgas abgewandten Seite direkt an eine Verengung im Querschnitt des Schutzrohres (6) angrenzt.

33. Gehäuse nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung im Querschnitt des Schutzrohres (6) eine Rollsicke (11) ist.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass auf die dem Messgas zugewandten Seite der Metallscheibe (1a) eine poröse Zementschicht (13) so aufgebracht wird, dass sie den Scheibenquerschnitt bedeckt und zusätzlich eine Abdichtung des Randspaltes zur Innenwand des Schutzrohrs bewirkt.

35. Verfahren zur Herstellung eines Temperatur- oder Gassensor zum Einsatz in einem partikelbelasteten Messgas mit einem Gehäuse nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen dem sensitiven Element (8) und der Anschlussleitung ausgebildet wird, dass das Trägerelement (7) mit der Anschlussleitung in das Schutzrohr (6) geschoben wird, dass ein Stopfen (14) über das Trägerelement (7) und in das Schutzrohr (6) geschoben wird, dass optional eine poröse Zementschicht auf die dem Messgas zugewandte Seite des Stopfens aufgebracht wird, dass das mindestens eine Faserpaket (12) an den Stopfen angrenzend um das Trägerelement (7) positioniert wird, und dass die Anschlussleitung gasdicht mit dem Schutzrohr (6) verbunden wird.