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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Gassensor nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist schon ein Gassensor aus der
EP 1 046 906 A2 bekannt, mit einem Sensorelement,
das mit einem dem Messgas ausgesetzten Endabschnitt aus einem Sensorgehäuse
herausragt und an dem Endabschnitt von einer äußeren
Schutzhülle, einer mittleren Schutzhülle und einer
inneren Schutzhülle umgeben ist, wobei die äußere
Schutzhülle an ihrem dem Sensorgehäuse abgewandten
Ende einen nach radial innen bezüglich einer Sensorachse
verlaufenden Bodenabschnitt aufweist. Das aus den drei einzelnen Schutzhüllen
bestehende Schutzrohr ist vergleichsweise aufwendig herzustellen,
da eine als Einzelteil ausgeführte dritte Schutzhülle
einen zusätzlichen Montage- und Fertigungsaufwand bedeutet.
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Vorteile der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Gassensor mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
dass die Herstellungskosten verringert werden, indem die innere Schutzhülle
gegenüber der äußeren und der mittleren
Schutzhülle axial vorsteht und die äußere
Schutzhülle einen von dem Bodenabschnitt ausgehend in Richtung
des Sensorgehäuses verlaufenden, die mittlere Schutzhülle
bildenden Kragen aufweist. Die äußere und mittlere
Schutzhülle bilden auf diese Weise ein doppelwandiges Außenschutzrohr.
Die Herstellung der Doppelwandung bzw. des Kragens kann in das Fertigungswerkzeug
der äußeren Schutzhülle integriert werden.
Die Teileanzahl wird dadurch reduziert, so dass die Herstellungskosten
verringert werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Gassensors möglich.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführung sind die äußere
Schutzhülle und der Kragen einstückig ausgebildet,
da auf diese Weise die Herstellungskosten verringert werden.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn die innere Schutzhülle an ihrem dem
Sensorgehäuse zugewandten Ende eine Schulter aufweist und
der Kragen bis an die Schulter der inneren Schutzhülle
oder bis an das Sensorgehäuse verläuft, da auf
diese Weise zwei abgeschlossene Kammern gebildet werden, durch die
das Messgas zum Sensorelement geführt wird. Die Kammern
dienen der Strömungsführung.
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Weiterhin
vorteilhaft ist, wenn die äußere Schutzhülle
mit dem Kragen eine Außenkammer bildet, da am Ende der
Außenkammer eine erste Umlenkung erfolgt, die im Messgas
enthaltene Partikel abscheidet.
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Sehr
vorteilhaft ist es, wenn der Kragen mit der inneren Schutzhülle
eine Mittelkammer einschließt, da in Strömungsrichtung
gesehen am Ende der Mittelkammer eine zweite Umlenkung der Strömung
erfolgt, die weitere Partikel aus dem Messgas abscheidet.
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Auch
vorteilhaft ist, wenn der Kragen mit einem Dichtbereich an der inneren
Schutzhülle anliegt, da die Mittelkammer auf diese Weise
zum Abgasrohr hin abgedichtet ist.
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Desweiteren
vorteilhaft ist, wenn die innere Schutzhülle eine Zentralkammer
einschließt, in die das Sensorelement mit seinem Endabschnitt
hineinragt.
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Darüber
hinaus vorteilhaft ist, wenn der Bodenabschnitt der äußeren
Schutzhülle in eine Außenkammer mündende
Eingangsöffnungen aufweist, die Außenkammer über
Verbindungsöffnungen mit einer Mittelkammer und die Mittelkammer über
Umfangsöffnungen der inneren Schutzhülle mit einer
Zentralkammer strömungsverbunden ist, wobei die innere Schutzhülle
in einem axial vorstehenden Endabschnitt eine Ausgangsöffnung
aufweist. Auf diese Weise wird in den Schutzhüllen eine
Strömungsführung mit vielen Umlenkungen und damit
eine wirksame Partikelabscheidung erreicht. Das Sensorelement liegt
mit seinem Ende oberhalb der Umfangsöffnungen, so dass
der zu dem Sensorelement gelangende Messgasstrom eine dritte Umlenkung
erfährt.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die
Zeichnung zeigt im Schnitt einen erfindungsgemäßen
Gassensor.
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Der
Gassensor dient beispielsweise der Bestimmung der Sauerstoffkonzentration,
der Temperatur oder der Partikelkonzentration in einem Abgas einer
Brennkraftmaschine. Der Gassensor kann aber ausdrücklich
zur Bestimmung beliebiger physikalischer Größen
eines beliebigen Gases verwendet werden.
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Der
Gassensor weist ein Sensorgehäuse 1 auf, in dem
ein Sensorelement 2 vorgesehen ist, mittels dem die zu
messende pyhsikalische Größe des Gases, beispielsweise
die Sauerstoffkonzentration, ermittelbar ist.
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Das
Sensorelement 2 hat einen messgasseitigen Abschnitt 2.1 und
einen anschlussseitigen Abschnitt 2.2, wobei der messgasseitige
Abschnitt 2.1 dem Messgas, beispielsweise dem Abgas ausgesetzt
ist und an dem anschlussseitigen Abschnitt 2.2 elektrische
Anschlusskontakte 3, beispielsweise zum Abgreifen der Messsignale
des Sensorelementes 2, vorgesehen sind. Das Sensorelement 2 weist
an dem messgasseitigen Abschnitt 2.1 ein nicht dargestelltes Messelement
auf, das ein mit der zu messenden physikalischen Größe
korrelierendes Messsignal über eine nicht dargestellte
elektrische Verbindung im Sensorelement 2 an die elektrischen
Anschlusskontakte 3 leitet.
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Das
Sensorgehäuse 1 ist beispielsweise zylinderförmig
ausgeführt und weist einen Durchgangskanal 4 auf,
in dem das Sensorelement 2 aufgenommen ist. Der Durchgangskanal 4 verläuft
beispielsweise in axialer Richtung bezüglich einer Sensorachse 5.
Das Sensorelement 2 ist beispielsweise stäbchenförmig,
quaderförmig oder zylinderförmig ausgeführt.
Es ist in dem Durchgangskanal 4 zumindest abschnittsweise
von zumindest einem Dichtelement 8 umgeben.
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Das
Dichtelement 8 ist beispielsweise als Pulverpackung 9 ausgebildet,
die zwischen zwei Dichtscheiben 10 verpresst ist und den
Durchgangskanal 4 derart gasdicht abschliesst, dass kein
Messgas zum anschlussseitigen Abschnitt 2.2 des Sensorelementes 2 gelangt.
Das Dichtelement 8 kann aber ausdrücklich auch
eine andere temperaturbeständige Dichtung sein, beispielsweise
eine Glasdichtung.
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Der
messgasseitige Abschnitt 2.1 des Sensorelementes 2 ragt
aus dem Durchgangskanal 4 des Sensorgehäuses 1 heraus
und ist von zumindest drei Schutzhüllen 11.1, 11.2, 12 umgeben,
die zumindest mittelbar am Sensorgehäuse 1 befestigt
und beispielsweise aus Metall hergestellt sind. Die Schutzhüllen 11.1, 11.2, 12 sind
beispielsweise konzentrisch zueinander angordnet. Von radial außen
nach radial innen bezüglich der Sensorachse 5 betrachtet ist
eine äußere Schutzhülle 11.1,
eine mittlere Schutzhülle 11.2 und eine innere
Schutzhülle 12 vorgesehen. Die Schutzhüllen 11.1, 11.2, 12 verhindern, dass
Partikel aus dem Abgas, insbesondere Flüssigkeitstropfen,
zum Sensorelement 2 gelangen und dieses beispielsweise
infolge eines Thermoschocks beschädigen. Die Partikel werden
innerhalb der Schutzhüllen 11.1, 11.2, 12 durch
Strömungsumlenkung abgeschieden.
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Die äußere
Schutzhülle 11.1 hat an ihrem dem Sensorgehäuse 1 abgewandten
Ende einen nach radial innen bezüglich der Sensorachse 5 verlaufenden
Bodenabschnitt 11.3.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass die innere Schutzhülle 12 gegenüber
dem Bodenabschnitt 11.3 der äußeren Schutzhülle 1.1 axial
vorsteht, also den Bodenabschnitt 11.3 in vom Sensorgehäuse 1 abgewandter
Richtung mit einem kappen- bzw. topfförmigen Endabschnitt 12.1 überragt.
Der Bodenabschnitt 11.3 verläuft in radialer Richtung
bis an die innere Schutzhülle 12.
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Erfindungsgemäß weist
die äußere Schutzhülle 11.1 außerdem
einen von dem Bodenabschnitt 11.3 ausgehend in Richtung
des Sensorgehäuses 1 verlaufenden, die mittlere
Schutzhülle bildenden Kragen 11.2 auf. Der Kragen 11.2 ist
gegenüber der äußeren Schutzhülle 11.1 radial
beabstandet und reicht in axialer Richtung in die äußere
Schutzhülle 11.1 hinein. Beispielsweise verläuft
er bis an oder nahe an das Sensorgehäuse 1. Der
Kragen 11.2 ist zylinder- bzw. hülsenförmig
ausgeführt. Er ist einstückig mit der äußeren
Schutzhülle 11.1 verbunden, indem aus einer ursprünglich
zylinderförmigen äußeren Schutzhülle 11.1 durch
reines Umformen eine äußere Schutzhülle 11.1 mit
Bodenabschnitt 11.3 und Kragen 11.2 hergestellt
wird. Der Kragen 11.2 ist gegenüber dem Bodenabschnitt 11.3 um
etwa 90 Grad umgebogen.
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Gemäß dem
Ausführungsbeispiel weist die innere Schutzhülle 12 an
ihrem dem Sensorgehäuse 1 zugewandten Ende eine
Schulter 15 auf, die einen Absatz 1.1 des Sensorgehäuses 1 umgreift
und mit dem Sensorgehäuse 1 fest verbunden ist.
Der Kragen 11.2 verläuft beispielsweise bis an
die Schulter 15 der inneren Schutzhülle 12.
Die äußere Schutzhülle 11.1 und
ihr Kragen 11.2 bilden auf diese Weise einen doppelwandigen
Ring, in dem eine ringförmige Außenkammer 18 eingeschlossen
ist. Die Außenkammer 18 ist an ihrer dem Sensorgehäuse 1 zugewandten
Seite von der Schulter 15 der inneren Schutzhülle 12 oder
einer Wandung des Sensorgehäuses 1 verschlossen.
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Der
Kragen 11.2 schließt mit der inneren Schutzhülle 12 eine
ringförmige Mittelkammer 19 ein. Die Mittelkammer 19 ist
an ihrer dem Sensorgehäuse 1 zugewandten Seite
beispielsweise von der Schulter 15 der inneren Schutzhülle 12 oder
einer Wandung des Sensorgehäuses 1 verschlossen.
An ihrer dem Sensorgehäuse 1 abgewandten Seite
ist die Mittelkammer 19 beispielsweise dadurch verschlossen, dass
der Kragen 11.2 mit einem Dichtbereich 28 an der
inneren Schutzhülle 12 anliegt. Außerhalb
des Dichtbereichs 28 weist der Kragen 11.2 oder
die innere Schutzhülle 12 einen die Mittelkammer 19 bildenden
Absatz 29 auf, der den Kragen 11.2 und die innere
Schutzhülle 12 abschnittsweise zueinander beabstandet.
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Radial
innerhalb der inneren Schutzhülle 12 ist eine
Zentralkammer 20 gebildet, in die das Sensorelement 2 mit
seinem messgasseitigen Endabschnitt 2.1 hineinragt.
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Der
Bodenabschnitt 11.3 der äußeren Schutzhülle 11.1 weist
in die Außenkammer 18 mündende Eingangsöffnungen 22 auf,
wobei die Außenkammer 18 über Verbindungsöffnungen 23 mit
der Mittelkammer 19 und die Mittelkammer 19 über
Umfangsöffnungen 24 der inneren Schutzhülle 12 mit der
Zentralkammer 20 strömungsverbunden ist. Die innere
Schutzhülle 12 hat in ihrem kappen- bzw. topfförmigen
Endabschnitt 12.1 eine Ausgangsöffnung 25.
Die Verbindungsöffnungen 23 und die Umfangsöffnungen 24 sind
derart in axialer Richtung bezüglich der Sensorachse 5 zueinander
beabstandet angeordnet, dass die Strömung von den Eingangsöffnungen 22 bis
in die Zentralkammer 20 mehrfach umgelenkt wird. Beispielsweise
ergibt sich ein mäanderförmiger Strömungsverlauf.
Die Öffnungen 23, 24 sind jeweils an
einem der axialen Enden der Mittelkammer 19 angeordnet
und auf diese Weise maximal zueinander entfernt.
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Das
Sensorelement 2 liegt beispielsweise mit seinem Ende 2.1 in
axialer Richtung gesehen oberhalb der Umfangsöffnungen 24.
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Die äußere
Schutzhülle 11.1 ist an ihrem dem Sensorgehäuse 1 zugewandten
Ende beispielsweise mit der Schulter 15 der inneren Schutzhülle 12 verbunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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