DE102005016861A1

DE102005016861A1 - Gassensor

Info

Publication number: DE102005016861A1
Application number: DE102005016861A
Authority: DE
Inventors: Masanobu Kariya Yamauchi; Motoaki Kariya Satou; Kiyomi Kariya Kobayashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2005-04-12
Publication date: 2006-01-05
Also published as: JP2005326394A; CN100422729C; CN1683928A; US7168295B2; US20050241368A1

Abstract

Ein Gassensor (1) weist ein Sensorelement (2), das in ein zylindrisches Gehäuse (10) eingefügt ist, auf. Eine an einer distalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Meßgasabdeckung (11) bildet eine Meßgasumgebung (110) an einer distalen Endseite des Sensorelements (2) aus. Eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Außenluftabdeckung (12) bildet eine Außenluftumgebung (120) an einer proximalen Endseite des Sensorelements (2) aus. Ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche (100) des Gehäuses (10) und einer Außenseitenfläche (200) des Sensorelements (2) ist mit einem Abdichtungselement (3), das eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) aufweist, gasdicht abgedichtet, um die Meßgasumgebung (110) von der Außenluftumgebung (120) zu trennen oder zu isolieren.

Description

Diese Anmeldung bezieht sich auf und beansprucht den Prioritätsanspruch der früheren Japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-118160, angemeldet am 13. April 2004, und der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-27438, angemeldet am 3. Februar 2005, so daß deren Beschreibungen durch Bezugnahme hierin einbezogen sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Gassensor, der in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung für ein Kraftfahrzeug angeordnet ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer Kraftstoffmischung, die einer Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine zugeführt wird, zu steuern.
12 zeigt einen herkömmlichen Gassensor 9, der in einer Abgasanlage einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine angeordnet ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Kraftstoffmischung zu steuern. Der Gassensor 9 weist ein Sensorelement 1002, das in ein zylindrisches Gehäuse 1010 eingefügt ist, eine an einer distalen Endseite des Gehäuses 1010 angeordnete Meßgasabdeckung 1011, um eine distale Endseite des Sensorelements 1002 abzudecken, und eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses 1010 angeordnete Außenluftabdeckung 1012, um eine proximale Endseite des Sensorelements 1002 abzudecken, auf.
Entsprechend diesem herkömmlichen Gassensor 9 stellt der Innenraum der Meßgasabdeckung 1011 eine Meßgasumgebung 1110 dar, während der Innenraum der Außenluftabdeckung 1012 eine Außenluftumgebung 1120 darstellt. Der Zwischenraum zwischen dem Sensorelement 1002 und dem Gehäuse 1010 sollte gasdicht abgedichtet sein, um diese Umgebungen 1110 und 1120 voneinander zu trennen oder zu isolieren. Weiterhin sollte der Zwischenraum zwischen dem Sensorelement 1002 und dem Gehäuse 1010 wasserdicht abgedichtet sein. Das wasserdichte Abdichten des Zwischenraums zwischen dem Sensorelement 1002 und dem Gehäuse 1010 bringt den Effekt, daß verhindert wird, daß Kraftstoffflüssigkeit während des Startvorgangs von der Meßgasumgebung 1110 eintritt, und bringt außerdem den Effekt, daß verhindert wird, daß während des Stillstands der Brennkraftmaschine von der Meßgasumgebung 1110 Kondensat eintritt.
Bezüglich einer Anordnung zur Abdichtung zwischen dem Sensorelement 1002 und dem Gehäuse 1010 offenbart das US-Patent Nr. 6,510,728 ein Verfahren unter Verwendung von anorganischen Pulvern oder eines Formerzeugnisses aus anorganischen Pulvern. Wie in 12 gezeigt ist, werden die anorganischen Pulver in den Zwischenraum zwischen dem Sensorelement 1002 und dem Gehäuse 1010 eingefüllt. Dann werden die anorganischen Pulver verpreßt, um eine Pulverfüllung 1091 auszubilden. Danach werden ein Isolierkörper 1192 und ein Metallring 1193 auf der Pulverfüllung 1091 angeordnet. Alternativ ist es möglich, ein vorgeformtes Teil durch vorläufiges Verformen von anorganischen Pulvern in eine Form, die im wesentlichen identisch mit dem zwischen dem Sensorelement 1002 und dem Gehäuse 1010 ausgebildeten Raum ist, vorher herzustellen. Das vorgeformte Teil wird in diesem Raum angeordnet und dann verpreßt, um zu verfüllen und eine gasdichte und wasserdichte Abdichtung zwischen dem Sensorelement 1002 und dem Gehäuse 1010 auszubilden.
Die Meßgasabdeckung 1011 besteht aus einer äußeren Abdeckung 1111 und einer inneren Abdeckung 1112. Die Außenluftabdeckung 1012 besteht aus einem Hauptabdeckelement 1121 und einem Außenseitenabdeckelement 1122. Weiterhin hält ein Außen luftseite-Isolator 1013 Leitungsdrähte 1015 des Sensorelements 1002. Die Leitungsdrähte 1015 sind in ein elastisches Isolierelement 1016 eingefügt, das an der proximalen Endseite des Außenluftseite-Isolators 1013 angeordnet ist.
Im allgemeinen besteht die Tendenz, daß die neuentwickelten Brennkraftmaschinen Hochtemperaturabgase ausstoßen. Es ist daher erforderlich, daß eine Abdichtungsanordnung zwischen dem Sensorelement und dem Gehäuse eine ausgezeichnete Hochtemperatur-Widerstandsfähigkeit aufweist. Gemäß einem herkömmlichen Abdichtungsverfahren wird eine geeignete Menge eines Zusatzmittels mit anorganischen Pulvern gemischt, um die Dichte der verpreßten anorganischen Pulver zu erhöhen und die Abdichtungseigenschaften zu verbessern. Die herkömmlich bekannten Zusatzmittel neigen jedoch dazu, sich bei hohen Temperaturen zu zersetzen. Daher können die herkömmlich bekannten Zusatzmittel nicht für Gassensoren verwendet werden, welche Hochtemperaturumgebungen unterworfen sind.
Wenn ein Gassensor einen anorganischen Pulverfüllstoff verwendet, der keine Zusatzmittel aufweist, werden sich die Abdichtungseigenschaften (z. B. Gasdichtigkeit und Wasserdichtigkeit) dieses Sensors, selbst wenn in einem fabrikneuen Zustand dieses Sensors gute Abdichtungseigenschaften gewährleistet sind, bald entsprechend der kumulativen Zeitdauer des Betriebs der Brennkraftmaschine verschlechtern. Um die Abdichtungseigenschaften zu verbessern, wäre es möglich, einen höheren Druck bei dem Vorgang des Verpressens der anorganischen Pulver zu verwenden, um die Dichte des anorganischen Pulverfüllstoffs zu erhöhen. Die Anwendung eines höheren Drucks auf die anorganischen Pulver kann jedoch zur Erzeugung von Sprüngen in dem Sensorelement führen, da das Sensorelement ein zerbrechliches Keramikprodukt ist, welches stoßempfindlich ist.

Weiterhin wird, wie in dem US-Patent Nr. 5,846,391 offenbart ist, herkömmlich vorgeschlagen, eine Pulverfüllstoffanordnung zu verwenden, die aus drei Schichten aus Steatit, Bor nitrid und Steatit besteht, um die Abdichtungseigenschaften zu erhöhen. Es ist jedoch ein Heißpreßformungsvorgang, der bei hohen Temperaturen von ungefähr 2000 °C ausgeführt wird, erforderlich, um die Bornitridschicht auszubilden, obwohl Steatitschichten durch Sinterverfahren bei niedrigen Temperaturen von ungefähr 500 °C ausgebildet werden können. Mit anderen Worten, um den Heißpreßformungsvorgang zu verwirklichen, erfordert dieses Verfahren nach dem Stand der Technik einen besonderen Ofen mit ausreichender Hochtemperaturwiderstandsfähigkeit. Das wird die Wärmeenergiekosten erhöhen.

Angesichts des Vorstehenden ist es erforderlich, eine ausgezeichnete Abdichtungsanordnung zwischen dem Sensorelement und dem Gehäuse des Gassensors zu schaffen, welche in der Lage ist, ausgezeichnete Abdichtungseigenschaften zu gewährleisten und dementsprechend in der Lage ist, langandauernde Wasserdichtigkeit und Gasdichtigkeit beizubehalten, bei den Herstellungsabläufen keine spezielle Vorrichtung erfordert und dementsprechend ein einfaches Herstellungsverfahren verwirklicht.

Inzwischen gibt es einen herkömmlichen Gassensor, der eine Elementgruppe aufweist, die aus einem Sensorelement und einem umliegenden zylindrischen Isolierrohr besteht, welche in ein zylindrisches Gehäuse eingefügt ist. Eine Meßgasabdeckung ist an einer distalen Endseite des Gehäuses angeordnet, um eine distale Endseite des Sensorelements abzudecken. Eine Außenluftabdeckung ist an einer proximalen Endseite des Gehäuses angeordnet, um die proximale Endseite des Sensorelements abzudecken. Der Gassensor mit einer solchen Anordnung ist auch nicht von den vorstehend beschrieben Problemen frei. Dadurch ist es erforderlich, eine ausgezeichnete Abdichtungsanordnung zu schaffen, die langandauernde Abdichtungseigenschaften (d. h. Wasserdichtigkeit und Gasdichtigkeit) zwischen der Elementgruppe und dem Gehäuse eines Gassensors gewährleistet, bei den Herstellungsabläufen keine Spezialvorrichtung erfordert und dementsprechend ein einfaches Herstellungsverfahren verwirklicht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Angesichts der vorstehend beschriebenen Probleme hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen Gassensor mit einer Abdichtungsanordnung zu schaffen, die ausgezeichnete Abdichtungseigenschaften gewährleistet, und hat auch die Aufgabe, ein zugehöriges Herstellungsverfahren bereitzustellen.

Um die vorstehenden und andere zugehörige Aufgaben zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung einen Gassensor bereit, der ein Sensorelement (oder eine Elementgruppe aus dem Sensorelement und einem umliegenden zylindrischen Isolierrohr), welches in ein zylindrisches Gehäuse eingefügt ist, eine an einer distalen Endseite des Gehäuses angeordnete Meßgasabdeckung, um eine distale Endseite des Sensorelements abzudecken, und eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses angeordnete Außenluftabdeckung, um eine proximale Endseite des Sensorelements abzudecken, aufweist. Gemäß dem Gassensor der vorliegenden Erfindung ist ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses und einer Außenseitenfläche des Sensorelements (oder der Elementgruppe) mit einem Abdichtungselement, das ein Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten aufweist, gasdicht abgedichtet.

Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Gassensors bereit, das die Schritte Einfügen des Sensorelements (oder der Elementgruppe) in das Gehäuse, Anordnen eines vorgeformten Teils zwischen dem Gehäuse und dem Sensorelement (oder der Elementgruppe), Verpressen und Verfüllen des vorgeformten Teils von oben, um eine einzelne Pulverfüllstoffschicht auszubilden, und Wiederholen der vorstehenden Anordnungs- und Verpressungs-/Verfüllungsabläufe, um eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten des Abdichtungsmittels auszubilden, aufweist.

Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein anderes Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Gassensors bereit, das die Schritte Einfügen des Sensorelements (oder der Elementgruppe) in das Gehäuse, Anordnen einer Vielzahl von vorgeformten Teilen zwischen dem Gehäuse und dem Sensorelement (oder der Elementgruppe) und gleichzeitiges Verpressen und Verfüllen aller vorgeformten Teile von oben, um die Vielzahl der Pulverfüllstoffschichten des Abdichtungselements auszubilden, aufweist.

Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein noch anderes Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Gassensors bereit, das die Schritte Einfügen des Sensorelements (oder der Elementgruppe) in das Gehäuse, Einfüllen von bestimmtem Pulvermaterial zwischen das Gehäuse und das Sensorelement (oder die Elementgruppe), Verpressen des Pulvermaterials von oben, um eine einzelne Pulverfüllstoffschicht auszubilden, und Wiederholen der vorstehenden Füll- und Preßabläufe, um die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten des Abdichtungselements auszubilden, aufweist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung deutlicher, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist.

1 zeigt eine senkrechte Querschnittsansicht zur Darstellung einer Gesamtanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

2 zeigt eine senkrechte Querschnittsansicht zur Darstellung eines wesentlichen Teils des Gassensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht zur Darstellung von ersten und zweiten Pulverfüllstoffschichten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

4A und 4B zeigen Querschnittsansichten zur Erklärung aufeinanderfolgender Abläufe zum Anordnen und Pressen eines ersten vorgeformten Teils gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

5 zeigt eine Querschnittsansicht zur Erklärung eines Vorgangs des Pressens eines zweiten vorgeformten Teils zusammen mit einem Dichtungselement und einen Isolierkörper gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

6 zeigt eine Querschnittsansicht zur Darstellung eines auf dem Isolierkörper angeordneten Metallrings gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,

7A und 7B zeigen Querschnittsansichten zur Erklärung aufeinanderfolgender Abläufe zum Verstemmen des Metallrings zusammen mit dem Isolierkörper gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,

8 zeigt eine perspektivische Ansicht zur Darstellung des vorgeformten Teils gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

9 zeigt eine vergrößerte Ansicht zur Erklärung verschiedener Winkel, welche die innere geneigte Fläche und die äußere geneigte Fläche gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung definieren,

10 zeigt eine senkrechte Querschnittsansicht zur Darstellung einer Gesamtanordnung des Gassensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

11 zeigt eine perspektivische Ansicht eines vorgeformten Teils gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und

12 zeigt eine senkrechte Querschnittsansicht zur Darstellung eines herkömmlichen Gassensors.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Als bevorzugte Formen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung beschreibt diese Anmeldung zwei Gassensoren und zugehörige Herstellungsverfahren.
Die vorliegende Erfindung stellt einen ersten Gassensor bereit, der ein in ein zylindrisches Gehäuse eingefügtes Sensorelement, eine an einer distalen Endseite des Gehäuses angeordnete Meßgasabdeckung, um eine distale Endseite des Sensorelements abzudecken, und eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses angeordnete Außenluftabdeckung, um eine proximale Endseite des Sensorelements abzudecken, aufweist. Gemäß dem ersten Gassensor ist ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses und einer Außenseitenfläche des Sensorelements gasdicht mit einem Abdichtungselement abgedichtet, das eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin einen zweiten Gassensor bereit, der eine in ein zylindrisches Gehäuse eingefügte Elementgruppe aufweist. Diese Elementgruppe weist ein Sensorelement und ein zylindrisches Isolatorrohr auf, das um das Sensorelement herum angeordnet ist. Der zweite Gassensor der vorliegenden Erfindung weist ferner eine an einer distalen Endseite des Gehäuses angeordnete Meßgasabdeckung, um eine distale Endseite des Sensorelements abzudecken, und eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses angeordnete Außenluftabdeckung, um die proximale Endseite des Sensorelements abzudecken, auf. Gemäß dem zweiten Gassensor ist ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses und einer Außenseitenfläche der Elementgruppe mit einem Abdichtungselement, das eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten aufweist, gasdicht abgedichtet.
Der erste Gassensor der vorliegenden Erfindung weist das Abdichtungselement auf, das eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten aufweist, die angeordnet sind, um den Zwischenraum zwischen dem Sensorelement und dem Gehäuse abzudichten. Der zweite Gassensor der vorliegenden Erfindung weist das Abdichtungselement auf, das eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten aufweist, die angeordnet sind, um den Zwischenraum zwischen der Elementgruppe und dem Gehäuse abzudichten. Das Anordnen von mehreren Pulverfüllstoffschichten verbessert die Abdichtungseigenschaften und erbringt folglich den Effekt der sicheren Trennung oder Isolierung der innerhalb der Meßgasabdeckung ausgebildeten Meßgasumgebung von der innerhalb der Außenluftabdeckung ausgebildeten Außenluftumgebung. Die Wasserdichtigkeit kann verbessert werden, und dementsprechend wird es möglich, das Eindringen der Flüssigkeit, die von der Meßgasumgebung eintritt, mit Sicherheit auszuschließen. Weiterhin wird die Dichte des Abdichtungselements gleichmäßig und hoch. Die Dichte verändert sich nicht auf so leichte Weise, und dementsprechend wird es möglich, langandauernde und ausgezeichnete Abdichtungseigenschaften beizubehalten.
Die vorliegende Erfindung stellt ein erstes Verfahren zur Herstellung eines Gassensors bereit, der ein in ein zylindrisches Gehäuse eingefügtes Sensorelement, eine an einer distalen Endseite des Gehäuses angeordnete Meßgasabdeckung, um eine distale Endseite des Sensorelements abzudecken, und eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses angeordnete Außenluftabdeckung, um eine proximale Endseite des Sensorelements abzudecken, aufweist. Das erste Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung weist einen ersten bis dritten Schritt auf. In dem ersten Schritt wird das Sensorelement in das Gehäuse eingefügt. In dem zweiten Schritt wird ein vorgeformtes Teil zwischen dem Gehäuse und dem Sensorelement angeordnet. Dieses vorgeformte Teil wird durch vorläufiges Verformen eines bestimmten Pulvermaterials hergestellt. In dem dritten Schritt, der nach der Durchführung des zweiten Schritts ausgeführt wird, wird das vorgeformte Teil von oben verpreßt und verfüllt, um eine einzelne Pulverfüllstoffschicht auszubilden. Weiterhin wird gemäß dem ersten Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung der vorstehende zweite und dritte Schritt wiederholt, um eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten eines Abdichtungselements auszubilden, wodurch ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses und einer Außenseitenfläche des Sensorelements mit dem die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten aufweisenden Abdichtungselement gasdicht abgedichtet wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein zweites Verfahren zur Herstellung eines Gassensors bereit, der ein in ein zylindrisches Gehäuse eingefügtes Sensorelement, eine an einer distalen Endseite des Gehäuses angeordnete Meßgasabdeckung, um eine distale Endseite des Sensorelements abzudecken, und eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses angeordnete Außenluftabdeckung, um eine proximale Endseite des Sensorelements abzudecken, aufweist. Das zweite Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung weist einen ersten bis dritten Schritt auf. In dem ersten Schritt wird das Sensorelement in das Gehäuse eingefügt. In dem zweiten Schritt werden mehrere vorgeformte Teile zwischen dem Gehäuse und dem Sensorelement angeordnet. Jedes der vorgeformten Teile wird durch vorläufiges Verformen eines bestimmten Pulvermaterials hergestellt. In einem dritten Schritt werden alle vorgeformten Teile gleichzeitig von oben verpreßt und verfüllt, um eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten eines Abdichtungselements auszubilden, wodurch ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses und einer Außenseitenfläche des Sensorelements mit dem die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten aufweisenden Abdichtungselement gasdicht abgedichtet wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein drittes Verfahren zur Herstellung eines Gassensors bereit, der eine Elementgruppe aus einem Sensorelement und einem umliegenden zylindrischen Isolatorrohr, welche als einheitliches Teil in ein zylindrisches Gehäuse eingefügt sind, eine an einer distalen Endseite des Gehäuses angeordnete Meßgasabdeckung, um eine distale Endseite des Sensorelements abzudecken, und eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses angeordnete Außenluftabdec kung, um eine proximale Endseite des Sensorelements abzudecken, aufweist. Das dritte Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung weist einen ersten bis dritten Schritt auf. In dem ersten Schritt wird die Elementgruppe in das Gehäuse eingefügt. In dem zweiten Schritt wird ein vorgeformtes Teil zwischen dem Gehäuse und der Elementgruppe angeordnet. Das vorgeformte Teil wird durch vorläufiges Verformen eines bestimmten Pulvermaterials hergestellt. In dem dritten Schritt, der nach der Durchführung des zweiten Schritts ausgeführt wird, wird das vorgeformte Teil von oben verpreßt und verfüllt, um eine einzelne Pulverfüllstoffschicht auszubilden. Weiterhin wird gemäß dem dritten Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung der zweite und dritte Schritt wiederholt, um eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten eines Abdichtungselements auszubilden, wodurch ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses und einer Außenseitenfläche der Elementgruppe mit dem die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten aufweisenden Abdichtungselement gasdicht abgedichtet wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein viertes Verfahren zur Herstellung eines Gassensors bereit, der eine Elementgruppe aus einem Sensorelement und einem umliegenden zylindrischen Isolatorrohr, welche als einheitliches Teil in ein zylindrisches Gehäuse eingefügt sind, eine an einer distalen Endseite des Gehäuses angeordnete Meßgasabdeckung, um eine distale Endseite des Sensorelements abzudecken, und eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses angeordnete Außenluftabdeckung, um eine proximale Endseite des Sensorelements abzudecken, aufweist. Das vierte Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung weist einen ersten bis dritten Schritt auf. In dem ersten Schritt wird die Elementgruppe in das Gehäuse eingefügt. In dem zweiten Schritt werden mehrere vorgeformte Teile zwischen dem Gehäuse und der Elementgruppe angeordnet. Jedes der vorgeformten Teile wird durch vorläufiges Verformen eines bestimmten Pulvermaterials hergestellt. In dem dritten Schritt, der nach der Durchführung des zweiten Schritts ausgeführt wird, werden die vorläufig verformten Teile alle gleichzeitig verpreßt und verfüllt, um eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten eines Abdichtungselements auszubilden, wodurch ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses und einer Außenseitenfläche der Elementgruppe mit dem die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten aufweisenden Abdichtungselement gasdicht abgedichtet wird.
Gemäß den vorstehenden Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung werden die vorgeformten Teile des Pulvermaterials vorher für die jeweiligen Pulverfüllstoffschichten vorbereitet und dann angeordnet und verpreßt, um eine gasdichte Abdichtungsanordnung zwischen dem Sensorelement und dem Gehäuse (erstes und zweites Herstellungsverfahren) oder zwischen der Elementgruppe und dem Gehäuse (drittes und viertes Herstellungsverfahren) auszubilden. Gemäß dem ersten und dritten Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird jedes vorgeformte Teil aus Pulvermaterial angeordnet und dann verpreßt, um eine einzelne Pulverfüllstoffschicht zu erhalten, und diese Schritte werden wiederholt, um nacheinander mehrere Pulverfüllstoffschichten zu erhalten. Entsprechend dem zweiten und vierten Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung werden mehrere vorgeformte Teile aus Pulvermaterialien angeordnet und gleichzeitig miteinander verpreßt, um mehrere Pulverfüllstoffschichten zu erhalten.
Der nach einem von dem ersten bis vierten Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte Gassensor weist das Abdichtungselement. mit einer Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten auf. Die Abdichtungseigenschaften des Gassensors können verbessert werden. Dadurch wird es möglich, die innerhalb der Meßgasabdeckung ausgebildete Meßgasumgebung von der innerhalb der Außenluftabdeckung ausgebildeten Außenluftumgebung sicher zu trennen oder zu isolieren. Die Wasserdichtigkeit kann verbessert werden, und dementsprechend wird es möglich, das Eindringen der Flüssigkeit, die von der Meßgasumgebung eintritt, sicher auszuschließen. Weiterhin wird die Dichte des Abdichtungselements gleichmä ßig und hoch. Die Dichte verändert sich nicht so leicht, und folglich wird es möglich, langanhaltende und ausgezeichnete Abdichtungseigenschaften beizubehalten. Weiterhin erfordert das erste bis vierte Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung keine speziellen Pulvermaterialien. Weiterhin kann das Abdichtungselement durch Verwendung eines einfachen Herstellungsverfahrens, das einen Schritt der vorläufigen Verformung des Pulvermaterials und einen Schritt des Verpressens des vorgeformten Teils aufweist, hergestellt werden. Dadurch ist keine spezielle Vorrichtung erforderlich, um das Abdichtungselement herzustellen, und dementsprechend kann das Abdichtungselement auf leichte Weise hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein fünftes Verfahren zur Herstellung eines Gassensors bereit, der ein in ein zylindrisches Gehäuse eingefügtes Sensorelement, eine an einer distalen Endseite des Gehäuses angeordnete Meßgasabdeckung, um eine distale Endseite des Sensorelements abzudecken, und eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses angeordnete Außenluftabdeckung, um eine proximale Endseite des Sensorelements abzudecken, aufweist. Das fünfte Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung weist einen ersten bis dritten Schritt auf. In dem ersten Schritt wird das Sensorelement in das Gehäuse eingefügt. In dem zweiten Schritt wird ein bestimmtes Pulvermaterial zwischen das Gehäuse und das Sensorelement eingefüllt. In dem dritten Schritt, der nach der Durchführung des zweiten Schritts ausgeführt wird, wird das bestimmte Pulvermaterial von oben her verpreßt, um eine einzelne Pulverfüllstoffschicht auszubilden. Weiterhin wird gemäß dem fünften Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung der vorstehende zweite und dritte Schritt wiederholt, um eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten eines Abdichtungselements auszubilden, wodurch ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses und einer Außenseitenfläche des Sensorelements mit dem die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten aufweisenden Abdichtungselement gasdicht abgedichtet wird.
Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein sechstes Verfahren zur Herstellung eines Gassensors bereit, der eine Elementgruppe aus einem Sensorelement und einem umliegenden zylindrischen Isolatorrohr, welche als einheitliches Teil in ein zylindrisches Gehäuse eingefügt sind, eine an einer distalen Endseite des Gehäuses angeordnete Meßgasabdeckung, um eine distale Endseite des Sensorelements abzudecken, und eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses angeordnete Außenluftabdeckung, um eine proximale Endseite des Sensorelements abzudecken, aufweist. Das sechste Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung weist einen ersten bis dritten Schritt auf. In dem ersten Schritt wird die Elementgruppe in das Gehäuse eingefügt. In dem zweiten Schritt wird bestimmtes Pulvermaterial zwischen das Gehäuse und die Elementgruppe eingefüllt. In dem dritten Schritt, der nach der Durchführung des zweiten Schritts ausgeführt wird, wird das bestimmte Pulvermaterial von oben her verpreßt, um eine einzelne Pulverfüllstoffschicht auszubilden. Weiterhin wird gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der zweite und dritte Schritt wiederholt, um eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten eines Abdichtungselements auszubilden, wodurch ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses und einer Außenseitenfläche der Elementgruppe mit dem die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten aufweisenden Abdichtungselement gasdicht abgedichtet wird.
Gemäß dem fünften und sechsten Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung werden die Pulvermaterialien direkt eingefüllt und verpreßt, um Pulverfüllstoffschichten zwischen dem Sensorelement und dem Gehäuse (fünftes Herstellungsverfahren) oder zwischen der Elementgruppe und dem Gehäuse (sechstes Herstellungsverfahren) zu erhalten. Der nach dem fünften oder sechsten Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte Gassensor weist das Abdichtungselement mit einer Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten auf. Die Abdichtungseigenschaften des Gassensors können verbessert werden. Dadurch wird es möglich, die innerhalb der Meßgasabdeckung ausgebildete Meßgasumgebung von der inner halb der Außenluftabdeckung ausgebildeten Außenluftumgebung sicher zu trennen oder zu isolieren. Die Wasserdichtigkeit kann verbessert werden, und dementsprechend wird es möglich, das Eindringen der Flüssigkeit, die von der Meßgasumgebung eintritt, sicher auszuschließen. Weiterhin wird die Dichte des Abdichtungselements gleichmäßig und hoch. Die Dichte verändert sich nicht so leicht, und folglich wird es möglich, langanhaltende und ausgezeichnete Abdichtungseigenschaften beizubehalten. Weiterhin erfordern das fünfte und sechste Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung keine speziellen Pulvermaterialien. Weiterhin kann das Abdichtungselement durch Verwendung eines einfachen Herstellungsverfahrens, das einen Schritt der vorläufigen Verformung des Pulvermaterials und einen Schritt des Verpressens des vorgeformten Teils aufweist, hergestellt werden. Dadurch ist keine spezielle Vorrichtung erforderlich, um das Abdichtungselement herzustellen, und dementsprechend kann das Abdichtungselement auf leichte Weise hergestellt werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, bildet die vorliegende Erfindung eine ausgezeichnete Abdichtungsanordnung aus, die langanhaltende Abdichtungseigenschaften (d. h. Wasserdichtigkeit und Gasdichtigkeit) zwischen der Elementgruppe und dem Gehäuse des Gassensors gewährleistet, welche keine spezielle Vorrichtung bei den Herstellungsabläufen erfordert und dementsprechend ein einfaches Herstellungsverfahren verwirklicht.
Der Gassensor der vorliegenden Erfindung weist ein kelchförmiges Sensorelement oder ein Multischicht-Sensorelement auf. Weiterhin ist die vorliegende Erfindung auf einen Gassensor, der ein in einem Gehäuse angeordnetes Sensorelement (vgl. eine weiter nachstehend beschriebene erste Ausführungsform und 1) aufweist, oder einen Gassensor, der ein Sensorelement aufweist, welches mit einem umgebenden Isolatorrohr zusammengesetzt ist, um eine in einem Gehäuse angeordnete Elementgruppe auszubilden (vgl. eine weiter nachstehend beschriebene vierte Ausführungsform und 10), anwendbar.
Weiterhin ist die vorliegende Erfindung auf einen Gassensor, der die Sauerstoffkonzentration in einem Meßgas mißt, oder einen Gassensor, der die Gaskonzentration wie z. B. NOx-Konzentration, KW-Konzentration, CO-Konzentration außer der Sauerstoffkonzentration mißt, anwendbar. Weiterhin ist die vorliegende Erfindung auf einen Gassensor anwendbar, der in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung für ein Kraftfahrzeug angeordnet ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Kraftstoffmischung, die in eine Verbrennungskammer dieser Brennkraftmaschine eingeführt wird, zu messen und die Verbrennung der Kraftstoffmischung auf der Grundlage des gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu steuern.
Erfindungsgemäß ist es möglich, jede der mehrfachen Pulverfüllstoffschichten durch Verwendung von Pulvermaterialien, die sich untereinander in der Teilchengröße und/oder der Zusammensetzung unterscheiden, anzuordnen. Alternativ ist es möglich, jede der mehrfachen Pulverfüllstoffschichten unter Verwendung von Pulvermaterialien mit der gleichen Teilchengröße und/oder Zusammensetzung auszubilden. Weiterhin ist es möglich, jede der mehrfachen Pulverfüllstoffschichten unter Verwendung von Pulvern mit einheitlicher oder im wesentlichen der gleichen Teilchengröße, oder bei Verwendung von Pulvern, die etwas unterschiedlich in ihren Teilchengrößen sind, anzuordnen. Falls das gleiche Pulvermaterial verwendet wird, um eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten anzuordnen, kann es schwierig sein, die Grenzen zwischen den jeweiligen Füllstoffschichten zu unterscheiden, obwohl die Wirkungen der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
Gemäß dem ersten oder zweiten Gassensor der vorliegenden Erfindung ist vorzuziehen, daß die mehrfachen Pulverfüllstoffschichten bestimmtes Pulvermaterial aufweisen, das Teilchen enthält, deren Teilchengrößen in einem Bereich von 80 zu 1000 μm für eine Menge, die gleich oder größer als 80 Gew.-% des Gesamtgewichts ist, liegen. Diese Anordnung kann die Dichte jeder der Pulverfüllstoffschichten erhöhen und dem entsprechend ein hochverdichtetes Abdichtungselement verwirklichen. Wenn die Teilchen mit Teilchengrößen kleiner als 80 μm 80 Gew.-% des Gesamtgewichts übersteigen, wird die Möglichkeit bestehen, daß viele Mikroteilchen zwischen den Berührungsflächen der Teilchen, die das Pulvermaterial ausbilden, vorhanden sind. Dementsprechend wird sich die Dichte (d. h. das Festhaften zwischen den Teilchen) verschlechtern, und auch die Wasserdichtigkeit wird sich verschlechtern. Wenn die Teilchen mit Teilchengrößen, die 1000 μm übersteigen, 80 Gew.-% des Gesamtgewichts übersteigen, werden die jeweiligen Teilchen nicht ausreichend verformt, wenn der Druck in dem Herstellungsverfahren für die Pulverfüllstoffschicht ausgeübt wird. Dadurch werden sich die Verfüllungseigenschaften verschlechtern, und daher wird es schwierig, ausgezeichnete Gasdichtigkeit zu erzielen.
Gemäß dem ersten oder zweiten Gassensor der vorliegenden Erfindung ist zu bevorzugen, daß die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten eine erste Pulverfüllstoffschicht aufweist, die am nächsten zu der distalen Endseite des Gassensors angeordnet ist. Die erste Pulverfüllstoffschicht befindet sich in Berührung mit einer inneren geneigten Fläche, die an einer Außenseitenfläche des Sensorelements oder der Elementgruppe angeordnet und von dem Sensorelement zu dem Gehäuse geneigt ist. Die erste Pulverfüllstoffschicht befindet sich ferner in Berührung mit einer äußeren geneigten Fläche, die an einer Innenseitenfläche des Gehäuses angeordnet und von dem Gehäuse zu dem Sensor geneigt ist. Weiterhin sind die Bedingungen 0° ≤ C ≤ 50°, 0° ≤ D ≤ 50° und 120° ≤ E ≤ 180° erfüllt. In diesem Fall stellt „C" einen Winkel dar, der zwischen der inneren geneigten Fläche und einer zu einer axialen Richtung des Gassensors senkrechten Linie ausgebildet ist, „D" stellt einen Winkel dar, der zwischen der äußeren geneigten Fläche und einer zu der axialen Richtung des Gassensors senkrechten Linie ausgebildet ist, und „E" stellt einen Winkel dar, der zwischen der inneren geneigten Fläche und der äußeren geneigten Fläche ausgebildet ist.
Gemäß dieser Anordnung wird es möglich, ausgezeichnete Gasdichtigkeit und Wasserdichtigkeit zu gewährleisten. Wenn der Winkel C größer als 50° und/oder der Winkel D größer als 50° ist, wird die Dichte des unteren Teils der ersten Pulverfüllstoffschicht (d. h., die distale Endseite des Gassensors) nicht ausreichend ansteigen, und dementsprechend werden sich Gasdichtigkeit und Wasserdichtigkeit verschlechtern. Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß eine erhebliche Menge des ständig beanspruchten Materials zum Vorschein kommt, wenn es über einen langen Zeitraum verwendet wird. Weiterhin wird, wenn der Winkel E kleiner als 120° oder größer als 180° ist, die Dichte des unteren Teils der ersten Pulverfüllstoffschicht (d. h., die distale Endseite des Gassensors) nicht ausreichend ansteigen, und dementsprechend werden sich Gasdichtigkeit und Wasserdichtigkeit verschlechtern. Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß eine beträchtliche Menge des andauernd beanspruchten Materials zum Vorschein kommt, wenn es über einen langen Zeitraum benutzt wird.
Gemäß dem ersten oder zweiten Gassensor der vorliegenden Erfindung ist zu bevorzugen, daß der Gassensor ferner ein Dichtungselement aufweist, das sich in Berührung mit einer Endfläche von zumindest einer der Vielzahl der Pulverfüllstoffschichten befindet. Entsprechend dieser Anordnung kann das Dichtungselement verhindern, daß der Pulverfüllstoff unerwünscht in seinen umliegenden Zwischenraum austritt. In dem Verfahren zur Herstellung der Pulverfüllstoffschichten verhindert das Dichtungselement, daß der Pulverfüllstoff an dem Preßstempel anhaftet, und folglich wird es möglich, ausgezeichnete Abdichtungseigenschaften beizubehalten.
Entsprechend einem Gassensor einer weiter nachstehend beschriebenen ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der vorstehend beschriebene umliegende Zwischenraum z. B. ein Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Sensorelement, ein Zwischenraum zwischen diesen Elementen und dem Preßstempel (d. h. einem in 4 gezeigten Element 41), ein Zwischenraum zwischen den Pulverfüllstoffschichten und dem Gehäuse oder dem Sensorelement, oder ein Zwischenraum zwischen einem Isolierkörper (d. h. einem in 1 gezeigten Element 192), der oberhalb der Pulverfüllstoffschichten angeordnet ist, und dem Gehäuse oder dem Sensorelement.
Weiterhin ist es möglich, bezüglich eines eine Dichtung verwendenden Beispiels, wie in 1 der weiter nachstehend beschriebenen ersten Ausführungsform gezeigt ist, die zweite Pulverfüllstoffschicht auf die erste Pulverfüllstoffschicht aufzuschichten und das Dichtungselement auf der zweiten Pulverfüllstoffschicht anzuordnen. Weiterhin ist es möglich, obwohl es in der Zeichnung nicht gezeigt ist, in einem Zwischenraum zwischen dem Sensorelement und dem Gehäuse das Dichtungselement unter der an der distalen Endseite angeordneten Pulverfüllstoffschicht anzuordnen. Weiterhin ist es möglich, eine Vielzahl von Dichtungselementen auf den oberen Flächen der jeweiligen Pulverfüllstoffschichten anzuordnen. In der Praxis ist es möglich, ein Vermikulit-Formprodukt oder ein Keramikfaser-Formprodukt als das Dichtungselement dieser Erfindung zu verwenden.
Gemäß dem ersten oder zweiten Gassensor der vorliegenden Erfindung ist zu bevorzugen, daß zumindest eine von mehreren Pulverfüllstoffschichten einen Hilfsfüllstoff aufweist. Der Hilfsfüllstoff hat die Aufgabe, die Zwischenräume zwischen den Berührungsflächen benachbarter Teilchen des Pulvermaterials, welches die Pulverfüllstoffschicht ausbildet, aufzufüllen. Dadurch kann der Hilfsfüllstoff das Zusammenhaften zwischen den Teilchen verbessern und dementsprechend die Pulverfüllstoffschicht stark verdichten. Dadurch ergeben sich ausgezeichnete Abdichtungseigenschaften. Weiterhin wird in dem Fall, daß die Zwischenräume von benachbarten Teilchen in der Pulverfüllstoffschicht mit dem Hilfsfüllstoff aufgefüllt sind, die Flüssigkeit nicht durch Kapillarwirkung in den Zwischenraum eindringen.
Hinsichtlich des Hilfsfüllstoffs der vorliegenden Erfindung ist zu bevorzugen, daß der Hilfsfüllstoff aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus wäßriger Lösung von primärem Aluminiumphosphat, wäßriger Lösung von Natriumsilikat und wäßriger Lösung von Kaliumsilikat besteht. Diese wäßrigen Lösungen können gut in die engen Zwischenräume der benachbarten Teilchen in dem Pulvermaterial, das die Pulverfüllstoffschicht ausbildet, eindringen. Dadurch können diese wäßrigen Lösungen die Dichte der Pulverfüllstoffschichten erhöhen und dementsprechend ausgezeichnete Abdichtungseigenschaften gewährleisten.
Weiterhin ist zu bevorzugen, wenn der Hilfsfüllstoff aus der Gruppe, die aus wäßriger Lösung von primärem Aluminiumphosphat, wäßriger Lösung von Natriumsilikat und wäßriger Lösung von Kaliumsilikat besteht, ausgewählt wird, daß der Gehalt an Hilfsfüllstoff in dem Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-% bezogen auf 100 Gew.-% von zumindest einer aus der Vielzahl der Pulverfüllstoffschichten liegt. Entsprechend dieser Anordnung wird es möglich, eine hochverdichtete Pulverfüllstoffschicht zu erzielen. Wenn der Gehalt an Hilfsfüllstoff kleiner als 0,1 Gew.-% ist, werden die Zwischenräume der benachbarten Teilchen in dem Pulvermaterial, das die Pulverfüllstoffschicht ausbildet, nicht ausreichend mit dem Hilfsfüllstoff ausgefüllt, und dementsprechend wird es schwierig, einen hochverdichteten Pulverfüllstoff zu erhalten. Andererseits wird, wenn der Gehalt an Hilfsfüllstoff größer als 10 Gew.-% ist, die Menge des Hilfsfüllstoffs so übermäßig, daß die Fülleigenschaften der Teilchen eher verschlechtert werden und die Pulverfüllstoffschicht keine ausreichend genaue Positionierung besitzen kann. Dadurch werden sich die Abdichtungseigenschaften der Pulverfüllstoffschicht verschlechtern.
Weiterhin ist zu bevorzugen, daß der Hilfsfüllstoff zumindest eine Komponente aufweist, die aus der Gruppe, die aus Bariumhydroxid, Borosilikatglas, Aluminosilikatglas, Natronkalksilikatglas, Bleisilikatglas, niedrigschmelzendem Boratglas, Kalziumoxid-aluminobasiertem Glas und Aluminatglas be steht, ausgewählt ist. Diese Materialien können bei relativ niedrigen Temperaturen verflüssigt werden. Daher wird, selbst wenn eine Wärmebehandlung auf den Hilfsfüllstoff angewandt wird, um verflüssigten Hilfsfüllstoff zu erhalten und die Zwischenräume der Teilchen in den Pulverfüllstoffschichten mit dem verflüssigten Hilfsfüllstoff zu beseitigen, eine derartige Wärmebehandlung bei relativ geringen Temperaturen ausgeführt werden, ohne daß ungünstige Wärmeeinflüsse auf das Gehäuse, das Gassensorelement und andere den Gassensor ausbildende Bauteile ausgeübt werden. Weiterhin können diese Materialien im verflüssigten Zustand gleichmäßig in die engen Zwischenräume der Teilchen, welche die Pulverfüllstoffschichten ausbilden, eindringen und folglich in den Pulverfüllstoffschichten ausgebildete Durchdringungskanäle verschließen. Dadurch wird es möglich, das Eindringen von Benzin oder anderen in dem Abgas enthaltenen flüssigen Komponenten, welche über die in den Pulverfüllstoffschichten ausgebildeten Durchdringungskanäle unerwünscht eindringen können, auszuschließen. Dementsprechend wird es möglich, ausgezeichnete Abdichtungseigenschaften zu erzielen.
Weiterhin ist zu bevorzugen, wenn der Hilfsfüllstoff zumindest eine Komponente aufweist, die aus der Gruppe, die aus Bariumhydroxid, Borosilikatglas, Aluminosilikatglas, Natronkalksilikatglas, Bleisilikatglas, niedrigschmelzendem Boratglas, Kalziumoxid-aluminobasiertem Glas und Aluminatglas besteht, ausgewählt ist, daß der Gehalt an Hilfsfüllstoff in einem Bereich von 0,5 bis 30 Gew.-% bezogen auf 100 Gew.-% von zumindest einer von der Vielzahl der Pulverfüllstoffschichten liegt. Entsprechend dieser Anordnung wird es möglich, eine hochverdichtete Pulverfüllstoffschicht zu erzielen. Wenn der Gehalt an Hilfsfüllstoff kleiner als 0,5 Gew.-% ist, werden die Zwischenräume der benachbarten Teilchen in dem die Pulverfüllstoffschicht ausbildenden Pulvermaterial nicht ausreichend mit dem Hilfsfüllstoff ausgefüllt, und dementsprechend wird es schwierig, einen hochverdichteten Pulverfüllstoff zu erzielen. Andererseits wird, wenn der Ge halt an Hilfsfüllstoff größer als 30 Gew.-% ist, die Menge des Hilfsfüllstoffs so übermäßig, daß die Fülleigenschaften der Teilchen eher verschlechtert werden und die Pulverfüllstoffschicht keine ausreichend genaue Positionierung besitzen kann. Dadurch werden sich die Abdichtungseigenschaften der Pulverfüllstoffschicht verschlechtern.
Gemäß dem ersten oder zweiten Gassensor der vorliegenden Erfindung ist zu bevorzugen, daß die Pulverfüllstoffschichten entweder Talkum oder Bornitrid in einer Menge gleich oder größer als 50 Gew.-% bezogen auf 100 Gew.-% der Pulverfüllstoffschichten aufweisen. Da die Verformung von Talkum bei Zimmertemperatur ausgeführt werden kann, kann Wärmeenergie eingespart werden. Weiterhin sind Talkumteilchen schuppenförmige Teilchen mit einer Schichtstruktur. Wenn die Talkumteilchen verpreßt werden, verursachen sie eine Aufspaltung in der Schichtungsrichtung, während die Schichtstruktur der schuppenförmigen Teilchen beibehalten wird. Da die Talkumteilchen ausreichend weich sind (Mohs-Härte = 1), können sich die schuppenförmigen Teilchen verformen, um die zwischen den Talkumteilchen vor dem Erhalt der Pulverfüllstoffschichten verbleibenden Zwischenräume zu beseitigen. Daher kann die genaue Positionierung erhöht werden, und dementsprechend können ausgezeichnete Abdichtungseigenschaften auf leichte Weise erzielt werden. Wie gut bekannt ist, ist Talkum eins der Tonerdemineralien und ist ein natürliches Material, das als Hauptkomponenten MgO und SiO₂ enthält.
Weiterhin können, da Bornitridteilchen ausreichend weich sind, diese Teilchen verformt werden, um die vor dem Erhalt der Pulverfüllstoffschichten zwischen den Bornitridteilchen verbleibenden Zwischenräume zu beseitigen. Daher kann die genaue Positionierung verbessert werden, und folglich können ausgezeichnete Abdichtungseigenschaften auf leichte Weise erzielt werden.
Wenn der Gehalt an Talkum oder Bornitrid kleiner als 50 Gew.-% ist, werden deren Teilchen nicht in der Lage sein, sich zu verformen, um in ausreichender Weise winzige Zwischenräumen zu beseitigen. Es wird möglich sein, ideale Pulverfüllstoffschichten zu erzielen, wenn der Gehalt an Talkum und/oder Bornitrid 100 Gew.-% beträgt. Mit anderen Worten, es wird ideal sein, wenn die Pulverfüllstoffschichten nur aus Bornitrid oder aus gemischtem Talkum und Bornitrid bestehen.
Gemäß dem ersten oder sechsten Herstellungsverfahren für einen Gassensor der vorliegenden Erfindung ist es möglich, beim Anordnen des eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten aufweisenden Abdichtungselements vorgeformte Teile, welche vorher vorläufig geformt sind, zu verwenden, oder die Pulvermaterialien direkt zu verwenden. Wenn eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten in einem einzelnen Gassensor ausgebildet wird, ist es möglich, jeweilige Schichten unter Verwendung von Pulvermaterialien oder unter Verwendung von vorgeformten Teilen, welche vorher vorläufig geformt werden, auszubilden. Wie in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, ist zu bevorzugen, daß die vorgeformten Teile einfache zylindrische Formen aufweisen und später in die Formen gepreßt und verformt werden, die dem zwischen dem Sensorelement (oder der Elementgruppe) und dem Gehäuse ausgebildeten Raum entsprechen. Alternativ ist es möglich, vorgeformte Teile vorzubereiten, die vorher gestaltet sind, um dem zwischen dem Sensorelement (oder der Elementgruppe) und dem Gehäuse ausgebildeten Raum zu entsprechen. In diesem Fall ist zu bevorzugen, die vorgeformten Teile zu verpressen, um deren Dichten zu erhöhen, bevor die Pulverfüllstoffschichten erhalten werden.
Gemäß dem ersten oder vierten Herstellungsverfahren für einen Gassensor der vorliegenden Erfindung ist zu bevorzugen, daß das vorgeformte Teil durch die Anordnung von Schichten von unterschiedlichen Pulvermaterialien hergestellt wird. In mehr spezifischer Weise kann, obwohl ein vorgeformtes Teil eine Pulverfüllstoffschicht ausbildet, eine einzelne Pulverfüllstoffschicht unter Verwendung eines vorgeformten Teils, das eine Vielzahl von Schichten von Pulvermaterialien, die Teilchen aufweisen, die sich in der Zusammensetzung und/oder in der Teilchengröße unterscheiden, aufweist, ausgebildet werden. Die Wirkungen der vorliegenden Erfindung können gleichermaßen erhalten werden.
Gemäß dem ersten oder vierten Herstellungsverfahren für einen Gassensor der vorliegenden Erfindung ist zu bevorzugen, daß eine Beziehung 1,0 ≤ B/A ≤ 5 erfüllt ist, in der „A" eine maximale Breite des die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten aufweisenden Abdichtungselements als eine entlang einer radialen Richtung des Gassensors gemessenen Länge darstellt und „B" eine maximale Dicke des die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten aufweisenden Abdichtungselements als eine entlang einer axialen Richtung des Gassensors gemessenen Länge darstellt. Diese Festlegung kann die Gasdichtigkeit und/oder Wasserdichtigkeit (vgl. die zweite Ausführungsform) beträchtlich verbessern.
Weiterhin ist zu bevorzugen, daß das vorgeformte Teil durch Anordnen einer ungeraden Anzahl von mehreren Schichten aus unterschiedlichen Pulvermaterialien hergestellt wird, um eine symmetrische Schichtstruktur auszubilden. In diesem Fall kann das vorgeformte Teil als ein symmetrisches Produkt mit dem gleichen Aufbau an seiner distalen Endseite und seiner proximalen Endseite erhalten werden. Daher ist es bei dem Montageablauf des vorgeformten Teils, das zwischen dem Gehäuse und dem Sensorelement oder zwischen dem Gehäuse und der Elementgruppe anzuordnen ist, nicht nötig, sorgfältig die richtige Richtung des vorgeformten Teils zu überprüfen. Dadurch wird es möglich, die Effizienz der Montagearbeit zu verbessern, und dementsprechend kann die Produktivität des Gassensors verbessert werden.
Gemäß dem ersten oder zweiten Gassensor der vorliegenden Erfindung ist zu bevorzugen, daß eine am nächsten zu der distalen Endseite des Abdichtungselements angeordnete Pulverfüllstoffschicht den Hilfsfüllstoff aufweist. In diesem Fall kann die dichte Pulverfüllstoffschicht an der distalen Endseite, d. h. an der zu der Meßgasumgebung nächstgelegenen Stelle angeordnet werden. Dementsprechend wird es möglich, das Eindringen von Flüssigkeit, welche von der Meßgasumgebung eintritt, sicher auszuschließen.
Weiterhin ist zu bevorzugen, daß das Abdichtungselement noch eine Pulverfüllstoffschicht aufweist, die keinen Hilfsfüllstoff aufweist. In diesem Fall wird es möglich, ausgezeichnete Wasserdichtigkeit und Gasdichtigkeit bei hohen Temperaturen zu gewährleisten. In mehr spezifischer Weise, es wird ausgezeichnete Wasserdichtigkeit gewährleistet, wenn die den Hilfsfüllstoff enthaltende Pulverfüllstoffschicht an der distalen Endseite angeordnet ist. Es kann jedoch schwierig sein, ausreichende Gasdichtigkeit bei hohen Temperaturen zu gewährleisten. Daher bringt die Verwendung der Pulverfüllstoffschicht, welche keinen Hilfsfüllstoff aufweist, zusätzlich zu der den Hilfsfüllstoff aufweisenden Pulverfüllstoffschicht den Effekt der Gewährleistung von ausgezeichneter Wasserdichtigkeit und Gasdichtigkeit bei hohen Temperaturen. Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erklärt.
Erste Ausführungsform
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 8 erklärt. 1 zeigt einen Gassensor 1 gemäß dieser Ausführungsform, welcher ein in ein zylindrisches Gehäuse 10 eingefügtes Sensorelement 2, eine Meßgasabdeckung 11, die an einer distalen Endseite des Gehäuses 10 angeordnet ist, um eine distale Endseite des Sensorelements 2 abzudecken, und eine Außenluftabdeckung 12, die an einer proximalen Endseite des Gehäuses 10 angeordnet ist, um eine proximale Endseite des Sensorelements 2 abzudecken, aufweist. Weiterhin weist der Gassensor 1, wie in 3 gezeigt ist, ein Abdichtungselement 3 auf, das aus einer ersten und zweiten Pulverfüllstoffschicht 31 und 32, die zwischen dem Sensorelement 2 und dem Gehäuse 10 angeord net sind, besteht. Dadurch wird durch das Abdichtungselement 3 ein Zwischenraum zwischen der Innenseitenfläche 100 des Gehäuses 10 und einer Außenseitenfläche 200 des Sensorelements 2 gasdicht abgedichtet.
Nachstehend wird der Gassensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform ausführlicher beschrieben. Wie in 1 bis 3 gezeigt ist, weist der Gassensor 1 die Meßgasabdeckung 11, die an der distalen Endseite des zylindrischen Gehäuses 10 angeordnet ist, und die Außenluftabdeckung 12 auf, die an der proximalen Endseite des zylindrischen Gehäuses 10 angeordnet ist. Die Meßgasabdeckung 11 weist eine Doppelschichtanordnung auf, die aus einer äußeren Abdeckung 111 und einer inneren Abdeckung 112 besteht. Der innere Raum der inneren Abdeckung 112 bildet eine Meßgasumgebung 110 aus. Die distale Endseite des Sensorelements 2 ist der Meßgasumgebung 110 ausgesetzt, um die Konzentration eines speziellen in dem Meßgas (z. B. dem Abgas einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung) enthaltenen Gases zu messen. Die Außenluftabdeckung 12 weist ein Hauptabdeckelement 121 und ein äußeres Abdeckelement 122 auf. Das äußere Abdeckelement 122 ist um die proximale Endseite des Hauptabdeckelements 121 herum über einen wasserabstoßenden Filter 125 durch Verstemmen fest angeordnet. Der Innenraum des Hauptabdeckelements 121 bildet die Außenluftumgebung 120 aus. Die proximale Endseite des Sensorelements 2 ist der Außenluftumgebung 120 ausgesetzt. In der Außenluftumgebung 120 wird Luft als ein Bezugsgas zum Einleiten in eine weiter nachstehend beschriebene Außenluftkammer 28 des Sensorelements 2 gespeichert. Weiterhin weisen das Hauptabdeckelement 121 und das äußere Hauptabdeckelement 122 Luftlöcher 123 und 124 zum Einleiten der Umgebungsluft in die Außenluftumgebung 120 auf.
Ein außenluftseitiger Isolator 13, der durch eine Tellerfeder 131 gehaltert wird, ist innerhalb des Hauptabdeckelements 121 angeordnet. Eine Vielzahl von Verbindungsanschlüssen 14 ist innerhalb des außenluftseitigen Isolators 13 an geordnet, um weiter nachstehend beschriebene Signalausgabeanschlüsse 211 und 221 mit Leitungsdrähten 15 zu verbinden, und um auch Heizdrähte 291 mit den Leitungsdrähten 15 zu verbinden. Weiterhin sind die Leitungsdrähte 15 in ein elastisches Isolierelement 16, das an der proximalen Endseite des außenluftseitigen Isolators 13 und innerhalb der proximalen Endseite des Hauptabdeckelements 121 angeordnet ist, eingefügt.
Das Sensorelement 2 dieser Ausführungsform weist einen kelchförmigen festen Elektrolyten 20, ein Paar Elektroden (in den Zeichnungen nicht gezeigt), die an Innen- und Außenseitenflächen des festen Elektrolyten 20 angeordnet sind, die innerhalb des festen Elektrolyten 20 ausgebildete Außenluftkammer 28 und einen in der Außenluftkammer 28 angeordneten Heizer 29 auf. Die Signalausgabeanschlüsse 211 und 221 sind an der proximalen Endseite des Sensors 2 angeordnet und mit den Elektroden (in den Zeichnungen nicht gezeigt) des Sensorelements 2 elektrisch verbunden. Weiterhin sind Heizerleitungen 291 an der proximalen Endseite des Heizers 29 angeordnet und mit einem in dem Heizer 29 eingebetteten Heizelement (nicht gezeigt) elektrisch verbunden. Ein ringförmiger Vorsprung 23, der nach außen in der radialen Richtung hervorragt, ist an einer Außenseitenfläche 200 des Sensorelements 2 angeordnet. Das Sensorelement weist eine Endfläche 231 an der distalen Endseite des Vorsprungs 23 auf. Das Gehäuse 10 weist eine Auflagefläche 106 (vgl. 2), die an der Innenseitenfläche 100 angeordnet ist, auf. Die Endfläche 231 des Sensorelements 2 wird durch die Auflagefläche 106 des Gehäuses 10 gestützt.
Weiterhin sind, wie in 2 und 3 gezeigt ist, die erste und zweite Pulverfüllstoffschicht 31 und 32 in einem Raum angeordnet, der durch eine innere geneigte Fläche 201 des Vorsprungs 23, die an dessen proximalen Endseite ausgebildet ist, eine äußere geneigte Fläche 101 des Gehäuses 10, die an ihrer Innenseitenfläche 100 ausgebildet ist, die Außenseitenfläche 200 des Sensorelements 2 und die Innenseitenfläche 100 des Gehäuses 10 definiert ist. Die erste Pulverfüllstoffschicht 31 ist näher zu der distalen Endseite als die zweite Pulverfüllstoffschicht 32 angeordnet. Ein Dichtungselement 191 ist an einer proximalen Endfläche 322 der zweiten Pulverfüllstoffschicht 32 angeordnet. Ein Isolierkörper 192 ist auf dem Dichtungselement 191 angeordnet. Ein Metallring 193 ist auf dem Isolierkörper 192 angeordnet. Eine proximale Endseite des Gehäuses 10 ist nach innen verstemmt, um den Metallring 193 von oben zu pressen und zu halten. Auf diese Weise sind der Isolierkörper 192, das Dichtungselement 191 und die ersten und zweiten Pulverfüllstoffschichten 31 und 32 in einem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Sensorelement 2 und dem Gehäuse 10 fest angeordnet.
Wie in 3 gezeigt ist, weist die Pulverfüllstoffschicht 31 eine untere Fläche an ihrer distalen Endseite auf. Die untere Fläche der ersten Pulverfüllstoffschicht 31 weist zwei geneigte Flächen 312 und 311 auf. Die geneigte Fläche 312 liegt an der äußeren geneigten Fläche 101 an, die an der Innenseitenfläche 100 des Gehäuses 10 angeordnet ist. Die geneigte Fläche 311 liegt an der inneren geneigten Fläche 201 an, die an der Außenseitenfläche 200 des Sensorelements 2 angeordnet ist. Dadurch weist die erste Pulverfüllstoffschicht 31 eine zugespitzt verlaufende distale Endform auf. Die Breite der ersten Pulverfüllstoffschicht 31 nimmt in der radialen Richtung ab, wenn sie sich dem distalen Ende annähert. Die zweite Pulverfüllstoffschicht 32 weist eine distale Endfläche 321 auf, die im wesentlichen flach ist. Weiterhin weist die zweite Pulverfüllstoffschicht 32 eine proximale Endfläche 322 auf, die in der radialen Richtung von dem Gehäuse 10 zu dem Sensorelement 2 abfällt. Sowohl die erste als auch die zweite Pulverfüllstoffschicht 31 und 32 ist aus Talkumpulvern hergestellt. Es ist gut bekannt, daß Talkum eins der Tonerdemineralien ist, und es ist ein natürliches Material, das MgO und SiO₂ als Hauptkomponenten aufweist. Die erste und zweite Pulverfüllstoffschicht 31 und 32 sind aus den gleichen Talkumpulvern hergestellt.
Nachstehend werden die Abläufe zur Ausbildung der ersten und zweiten Pulverfüllstoffschicht 31 und 32 erklärt. Zuerst wird das Sensorelement 2 in das Gehäuse 10 eingefügt. Dann wird, wie in 4a gezeigt ist, ein erstes vorgeformtes Teil 310, das in die erste Pulverfüllstoffschicht 31 zu verformen ist, zwischen dem Sensorelement 2 und dem Gehäuse 10 angeordnet. Das erste vorgeformte Teil 310 weist, wie in 8 gezeigt ist, einen ringförmigen Körper auf. Dieser ringförmige Körper wird unter Hinzugeben einer hinreichenden Menge an Wasser, wenn erforderlich, zu Talkumpulvern und anschließendem Formen der Talkumpulver in ringförmigen Preßformen ausgebildet. Dann werden die Talkumpulver unter Verwendung einer Presse in einen ringförmigen Körper verformt. Bezüglich des zu den Talkumpulvern hinzugegebenen Wassers ist zu bevorzugen, dieses durch Trocknen auszutreiben, nachdem die Talkumpulver in den ringförmigen Körper verformt oder in das Gehäuse 10 eingeführt sind.
Dann wird, wie in 4A gezeigt ist, ein zylindrischer Preßstempel 41 von oben in den Zwischenraum zwischen dem Sensorelement 2 und dem Gehäuse 10 abgesenkt, um das erste vorläufig verformte Teil 310 zu verpressen. Dadurch wird, wie in 4B gezeigt ist, das erste vorgeformte Teil 310 in die erste Pulverfüllstoffschicht 31 verpreßt und verformt. Anschließend wird, wie in 5 gezeigt ist, ein zweites vorläufig verformtes Teil 320, das in die zweite Pulverfüllstoffschicht 32 zu verformen ist, auf der ersten Pulverfüllstoffschicht 13 angeordnet. Weiterhin werden das Dichtungselement 191 und der Isolierkörper 192 nacheinander auf der Pulverfüllstoffschicht 31 angeordnet. Dann wird ein zylindrischer Preßstempel (nicht gezeigt) von oben abgesenkt, um das zweite vorläufig verformte Teil 320 über den Isolierkörper 192 zu verpressen. Auf diese Weise wird das zweite vorgeformte Teil 320 in die zweite Pulverfüllstoffschicht 32 verpreßt und verformt. Bezüglich des zur Ausbildung der zweiten Pulverfüllstoffschicht 32 ausgeführten Preßvorgangs ist es möglich, das zweite vorgeformte Teil 320 vor dem Anordnen des Isolierkörpers 192 und des Dichtungs elements 191 zu verpressen. Alternativ ist es möglich, sowohl das erste vorgeformte Teil 310 als auch das zweite vorgeformte Teil 320, die zwischen dem Sensorelement 2 und dem Gehäuse 10 angeordnet sind, gleichzeitig zu verpressen, um die erste und zweite Pulverfüllstoffschicht 31 und 32 gleichzeitig zu erhalten.
Als nächstes wird, wie in 6 gezeigt ist, der Metallring 193 auf dem Isolierkörper 192 angeordnet. Dann wird, wie in 7A gezeigt ist, ein Kaltverstemmwerkzeug 142 an der proximalen Endseite des Gehäuses 10 angeordnet, um die proximale Endseite 109 des Gehäuses 10 nach innen zu verformen, um den Metallring 193 festzuhalten. Weiterhin wird, wie in 7B gezeigt ist, ein Warmverstemmwerkzeug 143 an der proximalen Endseite des Gehäuses 10 angeordnet, um einen Warmverstemmabschnitt 109a des Gehäuses 10 zu veranlassen, sich während des Warmverstemmvorgangs zu verbiegen. Durch die vorstehenden Abläufe werden sowohl die erste als auch die zweite Pulverfüllstoffschicht 31 und 32 fest angeordnet, um den Zwischenraum zwischen dem Sensorelement 2 und dem Gehäuse 10 vollständig abzudichten. Danach werden die übrigen Bauteile in einer vorbestimmten Reihenfolge montiert, um den Gassensor 1 dieser Ausführungsform zu erhalten.
Der Gassensor 1 gemäß dieser Ausführungsform weist das Abdichtungselement 3 auf, welches die erste und zweite Pulverfüllstoffschicht 31 und 32 aufweist, die in dem Zwischenraum zwischen dem Sensorelement 2 und dem Gehäuse 10 angeordnet sind. Die Anordnung der ersten und zweiten Pulverfüllstoffschicht 31 und 32 bringt den Effekt der Verbesserung der Abdichtungseigenschaften des Gassensors 1 mit sich, um die innerhalb der Meßgasabdeckung 11 ausgebildete Meßgasumgebung 110 von der innerhalb der Außenluftabdeckung 12 ausgebildeten Außenluftumgebung 120 sicher zu trennen oder zu isolieren. Dadurch besitzt der Gassensor 1 dieser Ausführungsform eine ausgezeichnete Wasserdichtigkeit und kann folglich das Eintreten von Flüssigkeit von der Meßgasumgebung 110 sicher versperren.
Weiterhin weist das Abdichtungselement 3 eine gleichmäßige und hohe Dichte auf. Die Dichte des Abdichtungselements verändert sich nicht so leicht, und demzufolge wird es möglich, langandauernde und ausgezeichnete Abdichtungseigenschaften aufrechtzuerhalten. Weiterhin kann gemäß dieser Ausführungsform das Abdichtungselement 3 unter Verwendung eines einfachen Herstellungsverfahrens, das einen Schritt der vorläufigen Verformung des Pulvermaterials und einen Schritt des Verpressens des vorgeformten Teils aufweist, hergestellt werden. Dadurch ist keine spezielle Vorrichtung zur Herstellung des Abdichtungselements erforderlich, und demzufolge kann das Abdichtungselement auf leichte Weise hergestellt werden.
Weiterhin sind die erste und zweite Pulverfüllstoffschicht 31 und 32 aus Talkum ausgebildet. Da die Verformung von Talkum bei Raumtemperatur ausgeführt werden kann, kann Wärmeenergie gespart werden. Weiterhin sind Talkumteilchen schuppenförmige Teilchen mit einer Schichtstruktur. Wenn die Talkumteilchen verpreßt werden, verursachen sie eine Aufspaltung in der Schichtungsrichtung, während sie die Schichtstruktur der schuppenförmigen Teilchen beibehalten. Da die Talkumteilchen ausreichend weich sind (Mobs-Härte = 1), können sich die schuppenförmigen Teilchen verformen, um die zwischen den Talkumteilchen vor dem Erhalt der Pulverfüllstoffschichten verbleibenden Zwischenräume zu beseitigen. Daher kann die genaue Positionierung erhöht werden, und dementsprechend können ausgezeichnete Abdichtungseigenschaften auf leichte Weise erzielt werden.
Um den Gassensor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu bewerten, haben die Erfinder verschiedene Muster hergestellt und verschiedene Versuche an diesen Mustern ausgeführt. Die Erfinder haben die Gasdichtigkeit und/oder die Wasserdichtigkeit in Abhängigkeit von den Abmessungen der jeweiligen das Abdichtungselement ausbildenden Pulverfüllstoffschichten bewertet. Eine Gesamtzahl von 25 Mustern wurde hergestellt, und diese Muster wurden grob in drei Gruppen in bezug auf die Schichtanordnung des Abdichtungselements eingeteilt. Die erste Gruppe (d. h. die Muster 1 bis 4) ist dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtungselement eine Einzelschichtanordnung aufweist. Die zweite Gruppe (d. h. die Muster 5 bis 21) ist dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtungselement eine Doppelschichtanordnung aufweist. Die dritte Gruppe (d. h. die Muster 22 bis 25) ist dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtungselement eine Dreischichtanordnung aufweist. In dieser Hinsicht weisen die Testmuster 1 bis 4 die herkömmliche Anordnung auf. Die Testmuster 5 bis 21 weisen die Anordnung der ersten Ausführungsform auf. Hinsichtlich des Aufbaus sind die jeweiligen Muster 1 bis 25 mit Ausnahme des Abdichtungselements im wesentlichen mit dem Gassensor gemäß der ersten Ausführungsform identisch. Weiterhin besteht hinsichtlich der Zusammensetzung der Pulverfüllstoffschichten und des Herstellungsverfahrens kein wesentlicher Unterschied zwischen den Testmustern 1 bis 25 und dem Gassensor der ersten Ausführungsform.
Die Testmuster 5 bis 21 weisen das Abdichtungselement der Doppelschichtanordnung auf, wie in 3 gezeigt ist. In dem in 3 gezeigten Gassensor wird jetzt angenommen, daß „A" eine maximale Breite des Abdichtungselements 3, „B" eine maximale Dicke des Abdichtungselements 3, „A1" eine maximale Breite der ersten Pulverfüllstoffschicht 31, „B1" eine maximale Dicke der ersten Pulverfüllstoffschicht 31, „A2" eine maximale Breite der zweiten Pulverfüllstoffschicht 32 und „B2" eine maximale Dicke der zweiten Pulverfüllstoffschicht 32 darstellt. Weiterhin sind die Breiten A1 und A2 miteinander identisch und auf 2 mm festgesetzt, und dementsprechend beträgt die maximale Breite A2 mm. Die maximale Breite ist hier die entlang der radialen Richtung des Gassensors gemessene Länge. Die maximale Dicke ist die entlang der axialen Richtung des Gassensors, welcher im wesentlichen einen Rotationskörper aufweist, gemessene Länge.
Die Testmuster 1 bis 4 weisen das Abdichtungselement der Einzelschichtanordnung auf, die nur eine (d. h. die erste) Pulverfüllstoffschicht (in den Zeichnungen nicht gezeigt) aufweist. Daher ist die maximale Breite A des Abdichtungselements mit der maximalen Breite „A1" der ersten Pulverfüllstoffschicht identisch. Die maximale Dicke B des Abdichtungselements ist mit der maximalen Dicke „B1" der ersten Pulverfüllstoffschicht identisch. Weiterhin sind die Breiten A1 und A auf 2 mm festgelegt. Die Muster 22 bis 25 weisen das Abdichtungselement der Dreischichtanordnung auf, die aus einer ersten bis dritten Pulverfüllstoffschicht (in den Zeichnungen nicht gezeigt) besteht. Wie die in 3 gezeigte Anordnung weisen die Muster 22 bis 25 die erste Pulverfüllstoffschicht mit der maximalen Breite „A1" und der maximalen Dicke „B1", die zweite Pulverfüllstoffschicht mit der maximalen Breite „A2" und der maximalen Dicke „B2" und die dritte Pulverfüllstoffschicht mit der maximalen Breite „A3" und der maximalen Dicke „B3" auf. Das Abdichtungselement weist die maximale Breite „A" und die maximale Dicke „B" auf. Weiterhin sind die Breiten A1, A2 und A3 miteinander identisch und auf 2 mm festgesetzt, und folglich beträgt die maximale Breite A2 mm.
Die Abdichtungseigenschaften des Abdichtungselements in den jeweiligen Versuchsmustern wurden nach dem nachstehenden Verfahren gemessen. Zuerst wurde jedes Muster des Gassensors von dessen distaler Endseite her erhitzt, so daß die Temperaturen der inneren geneigten Fläche und der äußeren geneigten Fläche der ersten Pulverfüllstoffschicht (in dem Fall der jeweiligen Muster 1 bis 4 nur einer das Abdichtungselement ausbildenden Pulverfüllstoffschicht) bis zu 400 °C ansteigen, und die Temperatur des elastischen Isolierelements (in 1 mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet), das an der nahe hegenden Endseite des Gassensors angeordnet ist, 250 °C erreicht. Dann wurden 500 ml Wasser 20 Sekunden lang auf den erhitzten Sensorkörper gesprüht. Ein solcher Aufheiz- und Abkühlungsvorgang wurde für 500 Zyklen für jedes Muster des Gassensors wiederholt. Danach wurden die Abdichtungseigenschaften jedes Versuchsmusters unter Verwendung der nachste henden Methode bewertet.
Das an der distalen Endseite des Gassensors angeordnete Gehäuse wurde in ein Rohr eingeführt. Ein Druck von 1 MPa (10 atm) wurde auf das Gehäuse in dem Rohr ausgeübt, um den Druck der Meßgasumgebung zu erhöhen. In diesem Zustand wurde eine Gasmenge, die von der Meßgasumgebung über das Abdichtungselement, das Dichtungselement, den Isolierkörper und den Metallring zu der Außenluftumgebung durchsickert, gemessen. In dem Fall, daß der Gassensor in einem Abgasstrang einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine angeordnet ist, um eine Gaskonzentration des Abgases zu messen, ist der innere Druck des Abgasstrangs gewöhnlich kleiner als 1 MPa. Daher kann, wenn die Leckrate in diesem Versuch kleiner oder gleich 10 ml/min ist, das Versuchsmuster als ein Muster mit ausreichenden Abdichtungseigenschaften als ein Gassensor, der in dem Abgasstrang einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine installierbar ist, angesehen werden. Angesichts dieser Tatsache wurden die Bewertungsergebnisse in vier Kategorien eingeteilt. Wie in mehr spezifischer Weise in Tabelle 1 gezeigt ist, stellt x die Muster mit einer Leckrate größer als 10 ml/min dar; O stellt die Muster mit einer Leckrate größer als 5 ml/min und nicht größer als 10 ml/min dar; ^. stellt die Muster mit einer Leckrate größer als 2,5 ml und nicht größer als 5 ml/min dar und ✩ stellt die Muster mit einer Leckrate nicht größer als 2,5 ml/min dar. Diese Messungen wurden in dem Hochtemperaturzustand ausgeführt, wobei die erste Pulverfüllstoffschicht bis auf 550 °C erhitzt wird.
Anschließend wurde der Innenraum der Meßgasabdeckung des Gassensors mit Einfärbemittellösung gefüllt. Dann wurde die maximale Tiefe der Einfärbemittellösung, die in das Abdichtungselement von der Meßgasumgebung eingedrungen war, nachdem 12 Stunden vorübergegangen waren, gemessen. Wenn die Eindringtiefe der Einfärbelösung klein ist, weist das Testmuster ausgezeichnete Wasserdichtigkeit auf und kann als ein Muster mit ausreichenden Abdichtungseigenschaften als ein Gassensor, der in einem Abgasstrang einer Kraftfahrzeug brennkraftmaschine installierbar ist, angesehen werden. Angesichts dieser Tatsache wurden die Bewertungsergebnisse hinsichtlich der Wasserdichtigkeit der jeweiligen Muster 1 bis 25 in vier Kategorien eingeteilt. In mehr spezifischer Weise wurde die Wasserdichtigkeit der jeweiligen Muster 1 bis 25 in bezug auf ein Verhältnis L/B bewertet, in dem „L" die Eindringtiefe der Einfärbelösung und „B" die maximale Höhe des Abdichtungselements darstellt. Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, bezeichnet X die Muster mit einem L/B-Verhältnis größer als 70 % O stellt die Muster mit einem L/B-Verhältnis größer als 50 % und nicht größer als 70 % dar; ^. stellt die Muster mit einem L/B-Verhältnis größer als 25 % und nicht größer als 50 % dar und ✩ stellt die Muster mit einem L/B-Verhältnis nicht größer als 25 % dar. Diese Messungen wurden bei Zimmertemperatur ausgeführt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der vorstehenden Bewertungsversuche.
TABELLE 1
Erstens sind hinsichtlich der Muster 1 bis 4 mit dem Abdichtungselement, das eine einzelne Pulverfüllstoffschicht aufweist, sowohl Gasdichtigkeit als auch Wasserdichtigkeit unbefriedigend, wie mit X bewertet wird. Zweitens sind hinsichtlich der Muster 6 bis 21 mit dem Abdichtungselement, das zwei Pulverfüllstoffschichten aufweist, sowohl Gasdichtigkeit als auch Wasserdichtigkeit ausgezeichnet, wie mit O, ^. oder ✩ bewertet wird. Hinsichtlich Muster 5 sind Gasdichtigkeit und Wasserdichtigkeit jenen von Muster 1 überlegen, obgleich das Verhältnis B/A des Musters 5 kleiner ist als das des Musters 1. Demzufolge ist bestätigt, daß die Verwendung der Doppelschichtanordnung für das Abdichtungselement die Wirkungen der Verbesserung von sowohl Gasdichtigkeit als auch Wasserdichtigkeit erbringt. Weiterhin wurden die Muster 7 bis 12 und 14 bis 21, welche die Bedingung 1,0 ≤ B/A ≤ 5,0 erfüllen, mit ^. oder ✩ bewertet und können demzufolge hervorragende Gasdichtigkeit und Wasserdichtig keit gewährleisten. Weiterhin wurden die Muster 8 und 9, welche die Bedingungen 0,6 ≤ B1/A1 ≤ 1,3 und 0,6 ≤ B2/A2 1,3 erfüllen, mit ✩ beurteilt und können demzufolge ganz hervorragende Gasdichtigkeit und Wasserdichtigkeit gewährleisten. Hinsichtlich der Muster 21 bis 25 mit einem Abdichtungselement, das drei Pulverfüllstoffschichten aufweist, waren sowohl Gasdichtigkeit als auch Wasserdichtigkeit ausgezeichnet, wie mit O, ^. oder ✩ bewertet ist. Weiterhin wurden die Muster 22 bis 24, welche die Bedingung 1,0 ≤ B/A ≤ 5,0 erfüllen, mit ^. oder ✩ bewertet und können demzufolge hervorragende Gasdichtigkeit und Wasserdichtigkeit gewährleisten.
Die Erfinder haben ferner die nachstehenden Versuche ausgeführt, um die Gasdichtigkeit und Wasserdichtigkeit des Gassensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in bezug auf die Winkel der verschiedenen Abschnitte des Gassensors zu bewerten. In dem Gassensor der ersten Ausführungsform ist die am nächsten zu der distalen Endseite des Gassensors angeordnete erste Pulverfüllstoffschicht 31 mit der äußeren geneigten Fläche 101, die von dem Gehäuse 10 zu dem Sensorelement 2 abfällt, in Berührung gebracht, und sie ist auch mit der inneren geneigten Fläche 201, die von dem Sensorelement 2 zu dem Gehäuse 10 abfällt, in Berührung gebracht. Es ist jetzt angenommen, daß „C" den Winkel, der zwischen der inneren geneigten Fläche 201 und einer zu der axialen Richtung des Gassensors senkrechten Linie ausgebildet ist, darstellt, „D" den Winkel, der zwischen der äußeren geneigten Fläche 101 und der zu der axialen Richtung des Gassensors senkrechten Linie ausgebildet ist, darstellt und „E" den zwischen der inneren geneigten Fläche 201 und der äußeren geneigten Fläche 101 ausgebildeten Winkel darstellt. Wie in 9 in mehr spezifischer Weise gezeigt ist, stellt „C", wenn „Lx" eine zu der radialen Richtung des Gassensors parallele Gerade darstellt, den zwischen der Geraden Lx und der inneren geneigten Fläche 201 ausgebildeten Winkel dar, „D" stellt den zwischen der Geraden Lx und der äußeren geneigten Fläche 101 ausgebildeten Winkel dar, und „E" stellt den zwischen der inneren geneigten Fläche 201 und der äußeren geneigten Fläche 101 ausgebildeten Winkel dar.
Die Erfinder haben Versuchsmuster 26 bis 50 hergestellt. Die Versuchmuster 26, 27 und 28 weisen das herkömmliche Abdichtungselement auf, das eine einzelne Pulverfüllstoffschicht aufweist. Der Rest des Aufbaus der jeweiligen Muster 26, 27 und 28 ist mit dem Gassensor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung identisch. Weiterhin sind diese Muster 26, 27 und 28 in der Zusammensetzung der Pulverfüllstoffschicht wie auch in dem Herstellungsverfahren mit dem Gassensor der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung identisch. Die einzelne Pulverfüllstoffschicht der jeweiligen Muster 26, 27 und 28 ist an ihrer unteren Fläche, wie in 9 gezeigt ist, mit der inneren geneigten Fläche und der äußeren geneigten Fläche in Berührung gebracht.
Die Muster 29 bis 50 sind Gassensoren, von denen jeder das Abdichtungselement aufweist, das aus zwei Pulverfüllstoffschichten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht, und die sich voneinander in den Winkeln C, D oder E unterscheiden. Weiterhin weist bezüglich der Muster 26 bis 50 das Abdichtungselement eine Breite „m" von 2 mm und eine axiale Länge „n" von 6 mm auf (vgl. 9). Für jedes Versuchsmuster wurden die Abdichtungseigenschaften des Abdichtungselements 3 nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren gemessen. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der vorstehenden Bewertungsversuche.
TABELLE 2
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, waren die Muster 26 bis 28 mit dem herkömmlichen Abdichtungselement, das eine einzelne Pulverfüllstoffschicht aufweist, bezüglich entweder Gasdichtigkeit oder Wasserdichtigkeit unbefriedigend und wurden mit X bewertet. Andererseits zeigten die Muster 29 bis 50 mit dem Abdichtungselement, das zwei Pulverfüllstoffschichten aufweist, ausgezeichnete Gasdichtigkeit und Wasserdichtigkeit und wurden mit O, ^. oder ✩ bewertet. Insbesondere die Muster 32 bis 35, 38 bis 41, 44, 46, 47 und 49, von denen jede die die Beziehungen 0° ≤ C ≤ 50°, 0° ≤ D ≤ 50° und 120° ≤ E ≤ 180° erfüllt, wurden mit ^. oder ✩ bewertet und können dementsprechend ganz hervorragende Gasdichtigkeit und Wasserdichtigkeit gewährleisten.
Zweite Ausführungsform
Diese Ausführungsform beschreibt, wie in 10 gezeigt ist, einen Gassensor 1a, der eine Elementgruppe 4 aufweist, die in das zylindrische Gehäuse 10 eingefügt ist. Die Elementgruppe 4 ist eine Baugruppe aus einem Sensorelement 41 und einem zylindrischen Isolatorrohr 42, die miteinander integriert sind, so daß das zylindrische Isolatorrohr 42 eine äußere zylindrische Fläche des Sensors 41 umgibt. Weiterhin weist der Gassensor 1a eine Meßgasabdeckung 11 auf, die an einer distalen Endseite des Gehäuses 10 angeordnet ist, um eine distale Endseite des Sensorelements 41 abzudecken, und eine Außenluftabdeckung 12, die an einer proximalen Endseite des Gehäuses 10 angeordnet ist, um eine proximale Endseite des Sensorelements 41 abzudecken.
Der Gassensor 1a gemäß dieser Ausführungsform weist die Elementgruppe 4, die das ebene, in das Isolatorrohr 42 eingefügte Vielschicht-Sensorelement 41 aufweist, auf, mit einem Glasabdichtungselement 43, das zwischen dem Sensorelement 41 und dem Isolatorrohr 42 angeordnet ist, um eine gasdichte Abdichtung zwischen diesen auszubilden. Weiterhin ist, wie in der ersten Ausführungsform, ein Abdichtungselement 3, das eine erste und zweite Pulverfüllstoffschicht 31 und 32 aufweist, in einem Zwischenraum zwischen der Elementgruppe 41 und dem Gehäuse 10 angeordnet. Die erste Pulverfüllstoffschicht 31 ist im Vergleich zu der zweiten Pulverfüllstoffschicht 32 nahe an der distalen Endseite angeordnet. Ein Dichtungselement 191 ist auf einer proximalen Endfläche der zweiten Pulverfüllstoffschicht 32 angeordnet. Ein Isolierkörper 192 ist auf dem Dichtungselement 191 angeordnet. Ein Metallring 193 ist auf dem Isolierkörper 192 angeordnet. Eine proximale Endseite 109 des Gehäuses 10 ist nach innen verstemmt, um den Metallring 193 von oben zu pressen und festzuhalten. Auf diese Weise sind der Isolierkörper 192, das Dichtungselement 191 und die erste und zweite Pulverfüllstoffschicht 31 und 32 in einem ringförmigen Zwischenraum zwischen der Elementgruppe 4 und dem Gehäuse 10 fest angeordnet. Der Rest des Aufbaus des Gassensors 1a gemäß der zweiten Ausführungsform ist dem des Gassensors 1 gemäß der ersten Ausführungsform ähnlich. Weiterhin können die für den Gassensor 1 der ersten Ausführungsform erklärten Herstellungsverfahren gleichermaßen auf den Gassensor 1a der zweiten Ausführungsform angewandt werden.
Gemäß dem Gassensor 1a dieser Ausführungsform wird es möglich, die innerhalb der Meßgasabdeckung 11 ausgebildete Meßgasumgebung 110 sicher von der innerhalb der Außenluftabdeckung 12 ausgebildeten Außenluftumgebung 120 zu trennen oder zu isolieren. Die Wasserdichtigkeit kann verbessert werden, und demzufolge wird es möglich, das Eindringen von Flüssigkeit, die von der Meßgasumgebung 110 eintritt, sicher auszuschließen. Weiterhin wird die Dichte des die erste und zweite Pulverfüllstoffschicht 31 und 32 aufweisenden Abdichtungselements gleichmäßig und hoch. Die Dichte verändert sich nicht so leicht, und demzufolge wird es möglich, langandauernde und ausgezeichnete Abdichtungseigenschaften aufrechtzuerhalten.
Dritte Ausführungsform
Diese Ausführungsform beschreibt, wie in 11 gezeigt ist, ein vorgeformtes Teil 330 zum Verformen in das Abdichtungselement 3, welches durch Anordnen einer ungeraden Anzahl von mehreren Schichten unterschiedlicher Pulvermaterialien hergestellt ist, um einen symmetrischen Schichtaufbau, der symmetrisch in der Schichtungsrichtung angeordnet ist, auszubilden. Das vorgeformte Teil 330 weist eine erste Schicht 331 von ersten Abdichtungspulvern, eine zweite Schicht 332 von zweiten Abdichtungspulvern und eine dritte Schicht 333 von dritten Abdichtungspulvern auf, die in dieser Reihenfolge geschichtet sind. Die erste Schicht 331 und die dritte Schicht sind aus den gleichen Abdichtungspulvern ausgebildet und weisen die gleiche Dicke „a" auf. Die zweite Schicht 332 ist aus zu den Abdichtungspulvern der ersten Schicht 331 und der dritten Schicht 333 unterschiedlichen Abdichtungspulvern ausgebildet. Die zweite Schicht 332 weist eine Dicke „b" auf, die unterschiedlich zu oder gleich der Dicke „a" der ersten Schicht 331 und der dritten Schicht 333 ist.
Gemäß dieser Ausführungsform kann das vorgeformte Teil 330 als ein symmetrisches Produkt mit dem gleichen Aufbau an seiner distalen Endseite und seiner proximalen Endseite erhalten werden. Demzufolge ist es in dem Montagevorgang des vorgeformten Teils 330, das zwischen dem Gehäuse 10 und dem Sensorelement 2 (vgl. 1) oder zwischen dem Gehäuse 10 und der Elementgruppe 4 (vgl. 10) anzuordnen ist, nicht erforderlich, die genaue Richtung des vorgeformten Teils 330 zu prüfen. Es ist nämlich unnötig, die erste Schicht 331 oder die dritte Schicht 333 als einen Abschnitt, der auf die distale Endseite zu richten ist, zu kennzeichnen, weil das vorgeformte Teil 330 in jedem Fall richtig angeordnet werden kann. Daher wird es möglich, die Effizienz der Montagearbeit zum Anordnen des vorgeformten Teils 330 zu verbessern, und demzufolge kann die Produktivität des Gassensors verbessert werden. Weiterhin erbringt diese Ausführungsform die Funktionen und Wirkungen ähnlich jenen der ersten Ausführungsform.
Ein Gassensor (1) weist ein Sensorelement (2), das in ein zylindrisches Gehäuse (10) eingefügt ist, auf. Eine an einer distalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Meßgasabdeckung (11) bildet eine Meßgasumgebung (110) an einer distalen Endseite des Sensorelements (2) aus. Eine an einer proxima len Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Außenluftabdeckung (12) bildet eine Außenluftumgebung (120) an einer proximalen Endseite des Sensorelements (2) aus. Ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche (100) des Gehäuses (10) und einer Außenseitenfläche (200) des Sensorelements (2) ist mit einem Abdichtungselement (3), das eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) aufweist, gasdicht abgedichtet, um die Meßgasumgebung (110) von der Außenluftumgebung (120) zu trennen oder zu isolieren.

Claims

Gassensor, der aufweist: – ein Sensorelement (2), das in ein zylindrisches Gehäuse (10) eingefügt ist, – eine Meßgasabdeckung (11), die an einer distalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnet ist, um eine distale Endseite des Sensorelements (2) abzudecken, und – eine Außenluftabdeckung (12), die an einer proximalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnet ist, um eine proximale Endseite des Sensorelements (2) abzudecken, wobei ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses (10) und einer Außenseitenfläche des Sensorelements (2) mit einem Abdichtungselement (3), das eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) aufweist, gasdicht abgedichtet ist.
Gassensor, der aufweist: – eine in ein zylindrisches Gehäuse (10) eingefügte Elementgruppe (4), die ein Sensorelement (41) und ein zylindrisches Isolierrohr (42) aufweist, das um das Sensorelement angeordnet ist, – eine an einer distalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Meßgasabdeckung (11), um eine distale Endseite des Sensorelements (41) abzudecken, und wobei ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses (10) und einer Außenseitenfläche der Elementgruppe (4) mit einem Abdichtungselement (3), das eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) aufweist, gasdicht abgedichtet ist.
Gassensor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Vielzahl der Pulverfüllstoffschichten (31, 32) ein bestimmtes Pulvermaterial aufweist, das Teilchen aufweist, deren Teilchengrößen in einem Bereich von 80 bis 1000 μm für eine Menge gleich oder größer als 80 Gew.-% des Gesamtgewichts liegen.
Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten eine erste Pulverfüllstoffschicht (31) aufweist, die am nächsten zu der fernliegenden Endseite des Gassensors angeordnet ist, die erste Pulverfüllstoffschicht (31) sich in Berührung mit einer inneren geneigten Fläche (201), die an einer Außenseitenfläche (200) des Sensorelements (2) oder der Elementgruppe (4) angeordnet und von dem Sensorelement zu dem Gehäuse (10) geneigt ist, befindet, die Pulverfüllstoffschicht (31) sich in Berührung mit einer äußeren geneigten Fläche (101), die an einer Innenseitenfläche (100) des Gehäuses (10) angeordnet und von dem Gehäuse (10) zu dem Sensorelement geneigt ist, befindet, und Bedingungen 0° ≤ C ≤ 50°, 0° ≤ D ≤ 50° und 120° ≤ E ≤ 180° erfüllt sind, wenn „C" einen Winkel darstellt, der zwischen der inneren geneigten Fläche (201) und einer zu einer axialen Richtung des Gassensors senkrechten Linie (Lx) ausgebildet ist, „D" einen Winkel darstellt, der zwischen der äußeren geneigten Fläche (101) und der zu der axialen Richtung des Gassensors senkrechten Linie (Lx) ausgebildet ist, und „E" einen Winkel darstellt, der zwischen der inneren geneigten Fläche (201) und der äußeren geneigten Fläche (101) ausgebildet ist.
Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, der ferner ein Dichtungselement (191) aufweist, das sich mit einer Endfläche von zumindest einer von der Vielzahl der Pulverfüllstoffschichten in Berührung befindet.
Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zumindest eine von der Vielzahl der Pulverfüllstoffschichten einen Hilfsfüllstoff aufweist.
Gassensor gemäß Anspruch 6, wobei der Hilfsfüllstoff aus der Gruppe, die aus wäßriger Lösung von primärem Aluminiumphosphat, wäßriger Lösung von Natriumsilikat und wäßriger Lösung von Kaliumsilikat besteht, ausgewählt ist.
Gassensor gemäß Anspruch 7, wobei der Gehalt an Hilfsfüllstoff in einem Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-% bezogen auf 100 Gew.-% von zumindest einer von der Vielzahl der Pulverfüllschichten liegt.
Gassensor gemäß Anspruch 6, wobei der Hilfsfüllstoff zumindest einen Bestandteil aufweist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Bariumhydroxid, Borosilikatglas, Alumino-Silikatglas, Natronkalk-Silikatglas, Bleisilikatglas, niedrigschmelzendem Boratglas, Kalziumoxid-aluminiumbasiertem Glas und Aluminatglas besteht.
Gassensor gemäß Anspruch 9, wobei der Gehalt von Hilfsfüllstoff in einem Bereich von 0,5 bis 30 Gew.-% bezogen auf 100 Gew.-% von zumindest einer von der Vielzahl der Pulverfüllstoffschichten liegt.
Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Pulverfüllstoffschichten entweder Talkum oder Bornitrid in einer Menge gleich oder größer als 50 Gew.-% bezogen auf 100 Gew.-% der Pulverfüllstoffschichten aufweisen.
Verfahren zur Herstellung eines Gassensors, der ein in ein zylindrisches Gehäuse (10) eingefügtes Sensorelement (2), eine an einer distalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Meßgasabdeckung (11), um eine distale Endseite des Sensorelements (2) abzudecken, und eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Außenluftabdeckung (11), um eine proximale Endseite des Sensorelements (2) abzudecken, aufweist, wobei das Herstellungsverfahren aufweist: – einen ersten Schritt des Einfügens des Sensorelements (2) in das Gehäuse (10), – einen zweiten Schritt des Anordnens eines vorgeformten Teils (310) zwischen dem Gehäuse (10) und dem Sensorelement (2), wobei das vorgeformte Teil durch vorläufiges Verformen eines bestimmten Pulvermaterials hergestellt ist, und – einen dritten Schritt des Verpressens und Verfüllens des vorgeformten Teils (310) von oben, um eine einzelne Pulverfüllstoffschicht (31) auszubilden, welcher nach dem Durchführen des zweiten Schritts ausgeführt wird, wobei der zweite und dritte Schritt wiederholt wird, um eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) eines Abdichtungselements auszubilden, wodurch ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses (10) und einer Außenseitenfläche des Sensorelements (2) mit dem Abdichtungselement (3), das die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) aufweist, gasdicht abgedichtet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Gassensors, der ein in ein zylindrisches Gehäuse (10) eingefügtes Sensorelement (2), eine an einer distalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Meßgasabdeckung (11), um eine distale Endseite des Sensorelements (2) abzudecken, und eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Außenluftabdeckung (11), um eine proximale Endseite des Sensorelements (2) abzudecken, aufweist, wobei das Herstellungsverfahren aufweist: – einen ersten Schritt des Einfügens des Sensorelements (2) in das Gehäuse (10), – einen zweiten Schritt des Anordnens mehrerer vorgeformter Teile (310, 320) zwischen dem Gehäuse (10) und dem Sensorelement (2), wobei jedes der vorgeformten Teile durch vorläufiges Verformen von bestimmtem Pulvermaterial hergestellt ist, und – einen dritten Schritt des gleichzeitigen Verpressens und Verfüllens aller von den mehreren vorgeformten Teilen (310, 320) von oben, um eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) eines Abdichtungselements (3) auszubilden, welcher nach dem Durchführen des zweiten Schritts ausgeführt wird, wodurch ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses (10) und einer Außenseitenfläche des Sensorelements (2) mit dem die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) aufweisenden Abdichtungselement (3) gasdicht abgedichtet wird.
Herstellungsverfahren für einen Gassensor gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei das vorgeformte Teil durch Anordnen von Schichten unterschiedlicher Pulvermaterialien hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Gassensors, der eine in ein zylindrisches Gehäuse (10) eingefügte Elementgruppe (4), wobei die Elementgruppe (4) ein Sensorelement (41) und ein um das Sensorelement angeordnetes zylindrisches Isolierrohr (42) aufweist, eine an einer distalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Meßgasabdeckung (11), um eine distale Endseite des Sensorelements (41) abzudecken, und eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Außenluftabdeckung (11), um eine proximale Endseite des Sensorelements (41) abzudecken, aufweist, wobei das Herstellungsverfahren aufweist: – einen ersten Schritt des Einfügens der Elementgruppe (4) in das Gehäuse (10), – einen zweiten Schritt des Anordnens eines vorgeformten Teils (310) zwischen dem Gehäuse (10) und der Elementgruppe (4), wobei das vorgeformte Teil durch vorläufiges Verformen eines bestimmten Pulvermaterials hergestellt ist, und – einen dritten Schritt des Verpressens und Verfüllens des vorgeformten Teils (310) von oben, um eine einzelne Pulverfüllstoffschicht (31) auszubilden, welcher nach dem Durchführen des zweiten Schritts ausgeführt wird, wobei der zweite und dritte Schritt wiederholt wird, um eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) eines Abdichtungselements (3) auszubilden, wodurch ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses (10) und einer Außenseitenfläche der Elementgruppe (4) mit dem Abdichtungs element (3), das die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) aufweist, gasdicht abgedichtet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Gassensors, der eine in ein zylindrisches Gehäuse (10) eingefügte Elementgruppe (4), wobei die Elementgruppe (4) ein Sensorelement (41) und ein um das Sensorelement angeordnetes zylindrisches Isolierrohr (42) aufweist, eine an einer distalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Meßgasabdeckung (11), um eine distale Endseite des Sensorelements (2) abzudecken, und eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Außenluftabdeckung (11), um eine proximale Endseite des Sensorelements (2) abzudecken, aufweist, wobei das Herstellungsverfahren aufweist: – einen ersten Schritt des Einfügens der Elementgruppe (4) in das Gehäuse (10), – einen zweiten Schritt des Anordnens mehrerer vorgeformter Teile (310, 320) zwischen dem Gehäuse (10) und der Elementgruppe (4), wobei jedes der vorgeformten Teile durch vorläufiges Verformen von bestimmtem Pulvermaterial hergestellt ist, und – einen dritten Schritt des gleichzeitigen Verpressens und Verfüllens aller von den mehreren vorgeformten Teilen (310, 320) von oben, um eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) eines Abdichtungselements (3) auszubilden, welcher nach dem Durchführen des zweiten Schritts ausgeführt wird, wodurch ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses (10) und einer Außenseitenfläche der Elementgruppe (4) mit dem die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) aufweisenden Abdichtungselement (3) gasdicht abgedichtet wird.
Herstellungsverfahren für einen Gassensor gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei das vorgeformte Teil durch Anordnen von Schichten von unterschiedlichen Pulvermaterialien hergestellt ist.
Herstellungsverfahren für einen Gassensor gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei eine Beziehung 1,0 ≤ B/A ≤ 5 erfüllt ist, in der „A" eine maximale Breite des die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) aufweisenden Abdichtungselements (3) als eine entlang einer radialen Richtung des Gassensors gemessene Länge darstellt, und „B" eine maximale Dicke des die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) aufweisenden Abdichtungselements (3) als eine entlang einer axialen Richtung des Gassensors gemessene Länge darstellt.
Verfahren zur Herstellung eines Gassensors, der ein in ein zylindrisches Gehäuse (10) eingefügtes Sensorelement (2), eine an einer distalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Meßgasabdeckung (11), um eine distale Endseite des Sensorelements (2) abzudecken, und eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Außenluftabdeckung (11), um eine proximate Endseite des Sensorelements (2) abzudecken, aufweist, wobei das Herstellungsverfahren aufweist: – einen ersten Schritt des Einfügens des Sensorelements (2) in das Gehäuse (10), – einen zweiten Schritt des Einfüllens von bestimmtem Pulvermaterial zwischen das Gehäuse (10) und das Sensorelement (2), – einen dritten Schritt des Verpressens des bestimmten Pulvermaterials von oben, um eine einzelne Pulverfüllstoffschicht (31) auszubilden, welcher nach dem Durchführen des zweiten Schritts ausgeführt wird, wobei der zweite und dritte Schritt wiederholt wird, um eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) eines Abdichtungselements (3) auszubilden, wodurch ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses (10) und einer Außenseitenfläche des Sensorelements (2) mit dem Abdichtungselement (3), das die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) aufweist, gasdicht abgedichtet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Gassensors, der eine in ein zylindrisches Gehäuse (10) eingefügte Elementgruppe (4), wobei die Elementgruppe (4) ein Sensorelement (41) und ein um das Sensorelement angeordnetes zylindrisches Isolierrohr (42) aufweist, eine an einer distalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Meßgasabdeckung (11), um eine distale Endseite des Sensorelements (2) abzudecken, und eine an einer proximalen Endseite des Gehäuses (10) angeordnete Außenluftabdeckung (11), um eine proximale Endseite des Sensorelements (2) abzudecken, aufweist, wobei das Herstellungsverfahren aufweist: – einen ersten Schritt des Einfügens der Elementgruppe (4) in das Gehäuse (10), – einen zweiten Schritt des Einfüllens von bestimmtem Pulvermaterial zwischen das Gehäuse (10) und die Elementgruppe (4), und – einen dritten Schritt des Verpressens des bestimmten Pulvermaterials von oben, um eine einzelne Pulverfüllstoffschicht auszubilden, welcher nach dem Durchführen des zweiten Schritts ausgeführt wird, wobei der zweite und dritte Schritt wiederholt wird, um eine Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) eines Abdichtungselements (3) auszubilden, wodurch ein Zwischenraum zwischen einer Innenseitenfläche des Gehäuses (10) und einer Außenseitenfläche der Elementgruppe (4) mit dem Abdichtungselement (3), das die Vielzahl von Pulverfüllstoffschichten (31, 32) aufweist, gasdicht abgedichtet wird.
Herstellungsverfahren für einen Gassensor gemäß Anspruch 14 oder 17, wobei das vorgeformte Teil durch Anordnen einer ungeraden Anzahl von mehreren Schichten (331, 332, 333) verschiedener Pulvermaterialien hergestellt wird, um eine symmetrisch geschichtete Anordnung auszubilden.
Gassensor gemäß Anspruch 6, wobei eine am nächsten zu der distalen Endseite des Abdichtungselements angeordnete Pulverfüllstoffschicht (31) den Hilfsfüllstoff aufweist.
Gassensor gemäß Anspruch 22, wobei das Abdichtungsele ment (3) eine weitere Pulverfüllstoffschicht aufweist, die keinen Hilfsfüllstoff enthält.