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Vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Gassensoren, insbesondere Abgassensoren, werden regelmäßig an ihren Gehäusedurchführungen für Leitungsanschlüsse abgedichtet. Weiterhin ist es bei handelsüblichen Gassensoren bekannt, die Dichtungsaufnahme der Gehäusedurchführung an einem einem Sensormesskopf abgewandten Endbereich eines rohrförmigen Gassensorgehäuses auszubilden. Die Dichtung und die Anschlussleitungen sind somit an einem dem heißen Messbereich des Messgases entfernten und verhältnismäßig niedrig temperierten Bereich des Gassensors angeordnet. Insbesondere ist hierbei die Dichtung zusätzlich durch die sie ummantelnde Dichtungsaufnahme gegen Wärmebelastung geschützt.
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Aufgabe und Vorteile der vorliegenden Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gassensor der einleitend genannten Art zu verbessern.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Durch die Merkmale der nachfolgenden, abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte und zweckmäßige Ausführungsformen möglich.
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Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung einen Gassensor, insbesondere Abgassensor, mit einer Gehäusedurchführung für einen Leitungsanschluss, bestehend aus einer Dichtung und einer Dichtungsaufnahme. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass ein von mehreren Seiten zugängliches, zumindest teilweise freistehendes, kühlrippenartiges Element für die Gehäusedurchführung vorgesehen ist, welches in einer axialen Erstreckung, vorzugsweise der Gehäusedurchführung gegenüber einer nach außen weisenden Seite, insbesondere einer äußeren Stirnseite der Dichtung, um mehr als etwa den zweifachen Betrag einer Wandstärke des kühlrippenartigen Elementes vorsteht.
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Erfindungsgemäß sind in einem Abstand zur Dichtung umfänglich angeordnete Hitzeabschirmmittel ausgebildet, die radial beabstandet von der Dichtungsaufnahme angeordnet sind.
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Insbesondere ist es damit möglich, eine nach außen gerichtete Fläche der Dichtung, vorzugsweise handelt es sich hierbei um die Dichtungsstirnseite, gegen seitlich einwirkende Wärmestrahlung zu schützen. Die Hitzeabschirmmittel können dabei neben einer Reflexionswirkung auch eine wärmeableitende Wirkung aufweisen, beispielsweise bedingt durch ihre Form und/oder das Material, aus dem sie hergestellt sind.
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Insbesondere bei verhältnismäßig großen Überständen des kühlrippenartigen Elementes gegenüber einer nach außen gerichteten Fläche der Dichtung kann eine direkte Wärmeeinstrahlung auf das Material der Dichtung verhindert werden. Die Länge des Überstandes kann dabei je nach Anwendungsfall und Umgebung des Einbauortes des Sensors zur Erzielung einer besonders guten Hitzeschutzwirkung variieren. Dies hat den Vorteil, dass zur Herstellung der Dichtung entweder für den gleichen Temperatureinsatzbereich eines mit einem solchen kühlrippenartigen Element ausgestatteten Gassensors ein weniger temperaturstabiles und damit in der Regel kostengünstigeres Material verwendet werden kann, als vergleichsweise bei einem Gassensor ohne ein solches kühlrippenartiges Element. Oder im anderen Fall besteht die Möglichkeit, bei Verwendung gleich temperaturstabiler Materialien für die Herstellung einer solchen Dichtung den Gassensor in einem höheren Umgebungstemperaturbereich einsetzen zu können. Zum Beispiel könnte ein solcher Gassensor dann in einem deutlich engeren und/oder deutlich höhere Umgebungstemperaturen aufweisenden Einbaubereich eingesetzt werden.
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In einer solchen Ausführungsform kann das Hitzeabschirmmittel beispielsweise in einer Verlängerung der Dichtungsaufnahme und/oder auch als eine Verlängerung der Dichtungsaufnahme selbst angeordnet bzw. ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Hitzeabschirmmittel radial von der Dichtungsaufnahme beabstandet sind. Damit kann neben der Belastungsreduzierung aufgrund direkter Hitzeeinstrahlung auf das Dichtungselement auch noch ein direkter Wärmeübertrag von erwärmten Hitzeabschirmmitteln auf die Gehäusedurchführung, insbesondere auf die Dichtung verhindert werden.
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Eine besonders wirkungsvolle und einfach herzustellende Form eines solchen Hitzeabschirmmittels stellt ein Schutzrohr dar. Dies kann beispielsweise ein Teil eines rohrförmigen Sensorgehäuses sein, oder ein selbständiges, z.B. in einem Tiefziehverfahren hergestelltes und mit dem Gassensorgehäuse verbundenes Element.
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Je nach Ausführungsform kann auch die Dichtungsaufnahme in entsprechender Weise als Teil eines Gassensorgehäuses oder auch als zusätzlich ausgebildetes Teil vorgesehen sein.
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Als weitere Schutzmöglichkeit für die Dichtung wird die Ausbildung von Hitzeabschirmmitteln an einer nach außen gerichteten Seite der Dichtung vorgeschlagen, vorzugsweise an deren äußeren Stirnseite. Beispielsweise könnten dazu Elemente der Hitzeabschirmmittel gemeinsam mit der Dichtung einstückig ausgebildet sein. Denkbar ist aber auch eine getrennte Ausbildung solcher Elemente von Hitzeabschirmmitteln, die mit entsprechenden Mittel vor und/oder an der Außenseite der Dichtung angeordnet und/oder fixiert sind. Eine Fixiermöglichkeit wäre beispielsweise eine Klebeverbindung, eine weitere, z.B. eine Ring-, gitterförmige oder dergleichen ausgebildete Aufnahme.
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Als besonders vorteilhaft wird die Ausbildung der Hitzeabschirmmittel als gerippte Oberfläche der Dichtung angesehen. Solche Rippen können einerseits vergleichsweise einfach hergestellt werden und andererseits können Sie eine Luftkonvektion im Bereich der Gehäusedurchführung fördern. Diese luftkonvektionsfördernde Eigenschaft gilt auch für die oben angeführten, erstgenannten Ausführungsformen von umfänglich angeordneten Hitzeabschirmmitteln.
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Insbesondere günstig wirkt sich hierbei ein mit Luft gefüllter Raum aus, der entweder zwischen einzelnen Elementen der Hitzeabschirmmitteln und/oder auch zwischen der Gehäusedurchführung und einem umfänglich angeordneten Hitzeabschirmmittel ausgebildet ist. Bei entsprechender Ausrichtung der Hitzeabschirmmittel bzw. von den luftgefüllten Raum begrenzenden Seitenwänden kann bereits durch die von der aufsteigenden, warmen Luft hervorgerufene Luftkonvektion eine Kühlung für die Dichtung zumindest in ihrem Oberflächenbereich bewirkt werden. Eine deutliche Verbesserung dieses Kühleffektes kann bei zusätzlicher Frischluftzufuhr erfolgen, wie sie beispielsweise durch den Fahrtwind eines sich bewegenden Fahrzeugs möglich ist, dessen Abgas durch einen derartigen Gassensor zu bewerten ist.
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Durch eine gasdicht ausgebildete Gehäusedurchführung können die Sensorelemente im Gehäuseinneren auch vor Einwirkungen von Messgas bei gegebenenfalls auftretenden, nicht vorgesehen Betriebsbedingungen geschützt werden, z.B. bei einem Leck in einer Abgasanlage oder dergleichen. Hierzu kann die Dichtung beispielsweise in der Dichtungsaufnahme verstemmt, verpresst oder verklebt sein. Auch mehrteilige Dichtungen sind vorstellbar, wobei aneinandergrenzende Dichtflächen entweder von sich aus dichtende Eigenschaften aufweisen oder gegebenenfalls ebenfalls mit entsprechenden Dichtmitteln, z.B. Kleber oder dergleichen, beschichtet sind, insbesondere im Bereich von Leitungsdurchführungen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgend darauf Bezug nehmenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht auf eine Gehäusedurchführung eines Gassensors,
- 2 eine weitere perspektivische Ansicht auf eine Gehäusedurchführung eines Gassensors mit aufgeschnittenem Gehäuse und eingelegter Dichtung und
- 3 und 4 zwei weitere, gegenüber der 2 abgewandelten Ausführungsformen von Gehäusedurchführungen für Gassensoren.
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Im Detail zeigt die 1 eine Draufsicht auf eine perspektivische Gehäusedurchführung 2 für einen Leitungsanschluss eines Gassensors 1. Die Gehäusedurchführung 2 besteht aus einer Dichtung 3 und einer sie fixierenden Dichtungsaufnahme 4. Durch die Dichtung 3 sind Leitungen 5 von außen ins Innere des Gehäuses 6 zum Anschluss betreffender Sensorelemente gasdicht hindurchgeführt.
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Erfindungsgemäß weist der Gassensor 1 ein zumindest teilweise freistehendes, kühlrippenartiges Element 7 für die Gehäusedurchführung 2 auf. Dieses ist in einer axialen Erstreckung 9 der Gehäusedurchführung 2 gegenüber einer äußeren Stirnseite 8 der Dichtung 3 um mehr als etwa den zweifachen Betrag einer Wandstärke 16 des kühlrippenartigen Elementes 7 vorstehend ausgebildet. Der Überstand 11 zwischen der Stirnseite 8 der Dichtung 3 und dem Ende des kühlrippenartigen Elementes 7 kann je nach Ausführungsform unterschiedlich groß sein. Vorzugsweise ist der Überstand 11 jedoch so groß, dass seitlich einfallende Hitzestrahlen nicht mehr direkt auf die nach außen gerichtete Dichtungsfläche 8 treffen können, so dass diese vor Erhitzung durch solche Strahlungswärme geschützt ist.
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Durch die umfängliche Anordnung des Hitzeabschirmmittels 7 in einem Abstand zur Dichtung 3 kann auch eine direkte Wärmeeinleitung über das Material des Hitzeabschirmmittels auf die Gehäusedurchführung, insbesondere auf die Dichtung 3 je nach Ausführungsform reduziert oder sogar vollständig verhindert werden.
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In demgegenüber abgewandelten Ausführungsformen, entsprechend der Darstellungen in den 2 und 3, können die Hitzeabschirmmittel auch in einer Verlängerung der Dichtungsaufnahme und/oder als eine Verlängerung der Dichtungsaufnahme 4 angeordnet bzw. ausgebildet sein. Die Hitzeabschirmmittel weisen hierbei die Form eines Schutzrohres 7 auf.
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Die Darstellung der 2 zeigt im Weiteren eine perspektivische Ansicht auf eine Gehäusedurchführung 2 für einen Gassensor 1, entsprechend der Darstellung in 1, wobei jedoch das Gehäuse 6 und die Dichtungsaufnahme 4 aufgeschnitten gezeigt sind. Die Dichtung 3 ist ohne Leitungen 5 in der Dichtungsaufnahme 4 dargestellt. Sie ist mit seitlich geschlitzten Leitungsdurchführungen 10 versehen, die eine einfache Aufnahme der Leitungen 5 in der Dichtung ermöglichen, so dass sie auch sehr einfach zu montieren bzw. bei Bedarf gegebenenfalls auch zu wechseln ist.
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Der Überstand zwischen der äußeren Stirnseite 8 der Dichtung 3 und dem stirnseitigen Ende des kühlrippenartigen Hitzeabschirmmittels 7 ist hier in 2 beispielhaft durch die Position 11 dargestellt und kann selbstverständlich je nach Anwendungsfall in seiner Länge variieren. Die Dichtungsaufnahme 4 weist in dieser Ausführungsform zwar ebenfalls einen geringen Überstand 12 gegenüber der Stirnseite der Dichtung 3 auf, zur Abschirmung seitlicher Hitzeeinstrahlung ist er jedoch aufgrund seiner geringen Dimensionierung so gut wie nicht geeignet bzw. auch nicht vorgesehen. Seine Funktion liegt in erster Linie in der Unterstützung bei der Fixierung der Dichtung 3 durch die Dichtungsaufnahme 4 aufgrund einer nach innen gerichteten und als Anschlag dienenden Verjüngung dieses stirnseitigen Bereichs der Dichtungsaufnahme 4.
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Zusätzlich zu dem Hitzeabschirmmittel 7 in der Form eines Schutzrohres 7 sind in der 3 weitere Hitzeabschirmmittel 13 an der äußeren Stirnseite 8 der Dichtung 3 angeordnet. In dieser Ausführungsform sind Elemente der Hitzeabschirmmittel 13 gemeinsam mit der Dichtung 3 als deren gerippte Oberfläche ausgebildet.
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Sowohl in der Darstellung der 3 als auch in der Darstellung der 4 schützen diese Rippenelemente 14 die stirnseitige Oberfläche 8 der Dichtung 3 vor direkter Wärmeeinstrahlung. Neben einer Vergrößerung der Dichtungsoberfläche 8 und einem damit einhergehenden Kühleffekt aufgrund einer Verteilung der Wärmebeaufschlagung auf diese größere Fläche schirmen diese Elemente 14 auch aufgrund ihrer Längsausdehnung die inneren stirnseitigen Bereiche 8 der Dichtung 3 ab. Zusätzlich weisen die Rippenelemente 14 vorzugsweise auch eine schlechte Wärmeleitung auf, und schützen so ebenfalls die Dichtung als solche gegen übermäßige Wärmebelastung. Aufgrund der zwischen den Rippenelementen 14 ausgebildeten Kanäle 15 kann weiterhin durch aufsteigende warme Luft kühlere Luft in diese Kanäle 15 nachfolgen und somit eine Luftkonvektion im Bereich der Gehäusedurchführung 2 bewirken.
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Eine weitere positive Auswirkung hinsichtlich eines Wärmeschutzes für die Gehäusedurchführung 2 durch die Ausbildung eines mit Luft gefüllten Raumes 15 zwischen den einzelnen Elementen 14 der Hitzeabschirmmittel 13 und/oder zwischen der Gehäusedurchführung 2 und einem umfänglich angeordneten Hitzeabschirmmittel 7 entsprechend den Ausführungsformen der 2 und 3 ist aufgrund der isolierenden Eigenschaften der darin befindlichen Luft gegeben.
