DE102011008171A1

DE102011008171A1 - Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102011008171A1
Application number: DE201110008171
Authority: DE
Inventors: Dr. Ante Johannes; Markus Herrmann; Andreas Ott; Willibald Reitmeier; Denny Schädlich; Manfred Weigl; Dr. Wildgen Andreas
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2011-01-10
Filing date: 2011-01-10
Publication date: 2012-07-12

Abstract

Die Sensorvorrichtung (10) umfasst eine Sensoreinheit, die mindestens ein Sensorelement aufweist, ein Sensorgehäuse und ein Dichtelement. Die Sensoreinheit weist ein Trägersubstrat (20) mit einer Längenachse auf. Das Sensorgehäuse umfasst ein erstes Gehäuseelement (40), das einen ersten Pfeilbereich des Trägersubstrats (20) umschließt. Das Dichtungselement (30) ist topfförmig ausgebildet und weist in einem Topfboden (32) eine Aussparung auf, in der das Trägersubstrat (20) den Topfboden (32) durchdringend angeordnet. Der Topfboden (32) weist einen ersten Kontaktbereich (33) und das Trägersubstrat (20) einen zweiten Kontaktbereich (34) auf. In dem ersten (33) und zweiten Kontaktbereich (34) sind der Topfboden (32) und das Trägersubstrat (20) im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr gekoppelt. Das Dichtungselement (30) ist an einem dem Topfboden (32) abgewandten ersten Ende im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr mit dem ersten Gehäuseelement (40) derart gekoppelt, dass das erste Gehäuseelement (40) ausgehend von dem ersten Ende bis über den Topfboden (32) hinausgehend das Dichtungselement (30) umschließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung mit einer Sensoreinheit, einem Sensorgehäuse und einem Dichtelement.
Zunehmend strengere gesetzliche Vorschriften erfordern eine Reduzierung der von einem Kraftfahrzeug ausgehenden Verbrennungsabgase. Zur Steuerung oder Regelung eines Verbrennungsprozesses in einer Brennkraftmaschine und/oder einer Abgaseinigungsanlage werden daher verschiedene Abgaskenngrößen erfasst. In einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine sind daher verschiedene Sensoren angeordnet. Beispielsweise ein Partikelsensor, ein NO_x-Sensor, eine Lambdasonde und/oder ein Temperatursensor. In dem Abgasstrang können Temperaturen bis näherungsweise 1000°C auftreten. Die Sensoren in dem Abgasstrang sind daher sehr hohen Temperaturen, großen Temperaturschwankungen und hohen Temperaturgradienten ausgesetzt. Hierbei kann ein Einwirken von Feuchtigkeit eine Messgenauigkeit dieser Sensoren stark beeinträchtigen.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, eine Sensorvorrichtung zu schaffen, die einen Beitrag dazu leistet, dass eine oder mehrere Zustandsgrößen eines Gasstroms zuverlässig erfasst werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Sensorvorrichtung die eine Sensoreinheit, die mindestens ein Sensorelement aufweist, ein Sensorgehäuse und ein Dichtelement umfasst. Die Sensoreinheit weist ein Trägersubstrat mit einer Längsachse auf. Das Sensorgehäuse umfasst ein erstes Gehäuseelement, das einen ersten Teilbereich des Trägersubstrats umschließt. Das Dichtungselement ist topfförmig ausgebildet und weist in einem Topfboden eine Aussparung auf, in der das Trägersubstrat den Topfboden durchdringend angeordnet ist. Der Topfboden weist einen ersten Kontaktbereich und das Trägersubstrat einen zweiten Kontaktbereich auf. In dem ersten und zweiten Kontaktbereich sind der Topfboden und das Trägersubstrat im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr gekoppelt. Das Dichtungselement ist an einem dem Topfboden abgewandten ersten Ende im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr mit dem ersten Gehäuseelement derart gekoppelt, dass das erste Gehäuseelement ausgehend von dem ersten Ende bis über den Topfboden hinausgehend das Dichtungselement umschließt.
Dies ermöglicht, das Dichtungselement als ausgleichendes Element zu nutzen, welches thermomechanische Spannungen aufnimmt beziehungsweise verringert, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, beispielsweise des Trägersubstrats, und des ersten Gehäuseelements verursacht werden. Dies er möglicht, dass insbesondere das Sensorgehäuse einen Werkstoff aufweisen kann, der einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Trägersubstrat. Dies ermöglicht, den Werkstoff für das Sensorgehäuse derart zu wählen, dass eine kostengünstige Herstellung der Sensorvorrichtung möglich ist und dass das erste Gehäuseelement mit weiteren Sensorgehäusekomponenten oder mit dem Trägersubstrat im Wesentlichen hermetisch dicht, insbesondere hermetisch dicht, gekoppelt werden kann. Eine höhere Dichtheit der Sensorvorrichtung kann einen Beitrag leisten dazu, dass eine Messgenauigkeit der Sensorelemente erhöht werden kann. Durch ein Einwirken von Feuchtigkeit in die Sensorvorrichtung können zwischen verschiedenen elektrischen Potentialen Kriechströme fließen, die die Messsignale verfälschen können.
Die Topfform kann hierbei einen einseitig geöffneten Hohlkörper charakterisieren, der zylinderförmig, kegelstumpfförmig oder quaderförmige ausgebildet ist oder der eine Form eines weiteren geeigneten geometrischen Körpers aufweist. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung des Dichtungselements und vorteilhafterweise ermöglicht die topfförmige Ausbildung des Dichtungselements, dass das Dichtungselement beispielsweise thermomechanische Spannungen in alle drei Raumrichtungen aufnehmen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Sensorgehäuse ein zweites Gehäuseelement, das an dem ersten Ende des Dichtungselements mit dem Dichtungselement im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr derart gekoppelt ist, dass es ausgehend von dem ersten Ende in eine zu dem ersten Gehäuseelement axial entgegengesetzte Richtung einen zweiten Teilbereich des Trägersubstrats umschließt. Die Sensorvorrichtung kann beispielsweise derart in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordnet sein, dass im Betrieb der zweite Teilbereich des Trägersubstrats einen Abgasstrom ausgesetzt ist. Die Sensorvorrichtung kann daher im Betrieb einen Temperaturgradienten aufweisen. Beispielsweise kann in dem zweiten Teilbereich des Trägersubstrats ein Partikelsensorelement angeordnet sein und das Gehäuseelement kann als partikeldurchlässige Kappe ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Trägersubstrat in dem zweiten Kontaktbereich eine metallische Struktur auf. Dies kann eine Herstellung einer hermetisch dichten Kopplung zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich vereinfachen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Trägersubstrat einen keramischen Werkstoff auf oder besteht aus einem keramischen Werkstoff.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Kopplung zwischen dem Topfboden und dem Trägersubstrat über ein Glaslot und/oder ein metallbasiertes Lot und/oder einen keramischen Kleber. Diese Werkstoffe ermöglichen, dass die Kopplung zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich hermetisch dicht ausgebildet werden kann. Das metallbasierte Lot kann beispielsweise ein Hartlot oder ein Aktivlot oder ein Reaktivlot aufweisen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Dichtungselement einen Werkstoff auf, der im Wesentlichen korrosionsbeständig und/oder im Wesentlichen chemisch beständig ist in Bezug auf ein vorgegebenes Gas, insbesondere Abgas, und/oder im Wesentlichen thermisch beständig ist in einem Temperaturbereich von zumindest näherungsweise –40°C bis 850°C. Der Temperaturbereich kann so vorgesehen sein, dass bekannte Temperaturanforderungen im Automobilbereich an Komponenten im Abgasstrang des Kraftfahrzeugs erfüllt werden. Beispielsweise ist für Dieselkraftfahrzeuge überwiegend ein Temperaturbereich von –40°C bis 850°C einzuhalten, für Benzinkraftfahrzeuge beispielsweise –40°C bis 1000°C oder –55°C bis 1150°C.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Dichtungselement einen Werkstoff auf, der einen näherungsweise gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist wie das Trägersubstrat.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Dichtungselement einen metallischen Werkstoff auf oder besteht aus einem metallischen Werkstoff.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Dichtungselement Kovar und/oder Invar auf oder besteht aus Kovar und/oder Invar. Dies ermöglicht, das Dichtungselement als ausgleichendes Element zu nutzen, welches thermomechanische Spannungen aufnimmt oder zumindest verringert, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, beispielsweise des Trägersubstrats und des ersten Gehäuseelements, verursacht werden. Kovar weist im Vergleich zu anderen Metallen einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Kovar ist dem von Aluminiumoxid sehr ähnlich. Invar weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von näherungsweise 1,7·10^–6K^–1 bis 2,0·10^–6K^–1 auf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind nach außen, aus dem Dichtungselement heraus, gerichtete Ecken und/oder Kanten des Dichtungselements abgerundet ausgebildet.
Dies kann vorteilhafterweise einen Beitrag leisten, thermomechanische Spannungen in dem Dichtungselement zu reduzieren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Dichtungselement zumindest an dem ersten Ende eine kreisförmige Querschnittsfläche senkrecht zu der Längsachse auf. Dies kann eine kostengünstige Herstellung ermöglichen und einen Beitrag leisten, eine Dichtheit der Sensorvorrichtung zu verbessern.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Topfboden des Dichtungselements einen keramischen Werkstoff auf oder besteht aus einem keramischen Werkstoff. Dies kann einen Beitrag leisten, eine Dichtheit der Sensorvorrichtung zu verbessern.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist in dem Dichtungselement eine Wärmedämmung angeordnet. Vorzugsweise ist die Wärmedämmung zur Wärmeableitung thermisch gekoppelt mit dem ersten und/oder zweiten Gehäuseelement und/oder dem Dichtungselement. Die Wärmedämmung kann einen Beitrag leisten, die Dehnungsrisse in dem metallbasierten Lot und/oder Glaslot und/oder dem keramischen Kleber, die den ersten und zweiten Kontaktbereich koppeln, zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Wärmedämmung derart in dem Dichtungselement angeordnet, dass sie einen vorgegebenen Abstand aufweist zu dem Topfboden. Vorteilhafterweise wirkt ein Luftspalt zwischen dem Topfboden und der Wärmedämmung eine thermische Isolationsschicht zwischen dem Topfboden und der Wärmedämmung, wodurch eine verbesserte thermische Entkopplung zwischen einem zweiten Bereich der Sensorvorrichtung, der sich ausgehend von dem ersten Ende des Dichtungselements axial entlang des zweiten Teilbereichs des Trägersubstrats erstreckt, und einem ersten Bereich der Sensorvorrichtung, der sich ausgehend von dem ersten Ende des Dichtungselements axial entlang des ersten Teilbereichs des Trägersubstrats erstreckt. Insbesondere kann dies einen Beitrag leisten, Dehnungsrisse in dem metallbasierten Lot und/oder Glaslot und/oder dem keramischen Kleber, die den ersten und zweiten Kontaktbereich koppeln, zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Wärmedämmung rostfreie Edelstahlfasern und/oder einen rostfreien Edelstrahldraht auf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Topfboden und/oder zumindest eine weitere Wand des Dichtungstungselements eine Wandstärke von näherungsweise 100 μm oder kleiner auf. Die geringe Wandstärke ermöglicht, dass das Dichtungselement eine vorgegebene Elastizität aufweist und beispielsweise thermomechanische Spannungen in dem metallbasierten Lot und/oder Glaslot oder dem keramischen Kleber, über die der erste und zweite Kontaktbereich gekoppelt sind, zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Kopplung des ersten und/oder zweiten Gehäuseelements mit dem Dichtungselement an dem ersten Ende des Dichtungselements durch ein Zusammenschweißen des Dichtungselements und des ersten Gehäuseelements und/oder des zweiten Gehäuseelements erzeugt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Dichtungselement an dem ersten Ende ein Flansch auf, der im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr mit dem ersten Gehäuseelement derart gekoppelt ist, dass das erste Gehäuseelement ausgehend von dem Flansch bis über den Topfboden hinausgehend das Dichtungselement umschließt, und/oder der mit dem zweiten Gehäuseelement im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr derart gekoppelt ist, dass das zweite Gehäuseelement ausgehend von dem Flansch in eine zu dem ersten Gehäuseelement axial entgegengesetzte Richtung den zweiten Teilbereich des Trägersubstrats umschließt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Kopplung des ersten und/oder zweiten Gehäuseelements mit dem Flansch durch ein Zusammenschweißen des Flansches und des ersten Gehäuseelements und/oder des zweiten Gehäuseelements erzeugt. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der Sensorvorrichtung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Sensorvorrichtung in einem Längsschnitt,
2 eine schematische Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung in einem Längsschnitt,
3 eine Querschnittsansicht einer Wärmedämmung und
4 eine schematische Teilansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung in einem Längsschnitt.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Sensorvorrichtung 10 in einem Längsschnitt. Die Sensorvorrichtung 10 kann beispielsweise in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Während eines Betriebes der Brennkraftmaschine kann in dem Abgasstrang ein Gas, insbesondere ein Abgas, strömen. Die Brennkraftmaschine kann beispielsweise als Dieselbrennkraftmaschine ausgebildet sein.
Die Sensorvorrichtung 10 umfasst eine Sensoreinheit mit zumindest einem Sensorelement. Beispielsweise kann die Sensoreinheit ein Temperatursensorelement und/oder ein Partikelsensorelement und/oder ein Lambdasondenelement und/oder ein Stickstoffoxidelement (NO_x-Sensor) aufweisen. Die Sensorvorrichtung 10 weist hierzu ein Trägersubstrat 20 auf, das beispielsweise einen keramischen Werkstoff aufweist, insbesondere aus einem keramischen Werkstoff besteht. Der keramische Werkstoff kann beispielsweise Aluminiumoxid (Al₂O₃) und/oder Zirkoniumoxid (ZrO₂) aufweisen, insbesondere aus Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumoxid bestehen. Die Sensorelemente können beispielsweise metallische Messstrukturen aufweisen, die auf und/oder in dem Trägersubstrat 20 angeordnet sind. Das Trägersubstrat 20 weist beispielsweise senkrecht zu einer Längsachse des Trägersubstrats 20 einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Kanten des Trägersubstrats 20 können beispielsweise eine Fase aufweisen. Dies kann einen Beitrag leisten, eine Druckfestigkeit des Trägersubstrats 20 und/oder eine Dichtheit der Sensorvorrichtung 10 zu verbessern.
Des Weiteren umfasst die Sensorvorrichtung 10 ein topfförmig ausgebildetes Dichtelement. Die topfförmige Ausbildung des Dichtungselements 30 ermöglicht, dass das Dichtungselement 30 beispielsweise thermomechanische Spannungen in alle drei Raumrichtungen aufnehmen kann. Der Topfboden 32 und/oder eine weitere Wand 36 des Dichtungselements 30 können beispielsweise wellenförmig ausgebildet sein. Das Dichtungselement 30 kann somit beispielsweise eine wellenförmige Membran aufweisen oder in einer weiteren alternativen vereinfachten Ausführungsvariante im Wesentlichen aus einer wellenförmigen Membran bestehen.
Das Dichtelement weist in einem Topfboden 32 eine Ausnehmung auf, in der das Trägersubstrat 20 den Topfboden 32 durchdringend angeordnet ist. Der Topfboden 32 weist einen ersten Kontaktbereich 33 auf, der mit einem zweiten Kontaktbereich 34 des Trägersubstrats 20 im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr gekoppelt ist. Hierzu kann beispielsweise der Topfboden 32 in dem ersten Kontaktbereich 33 einen weiteren Flansch aufweisen, um so eine größere Kontaktfläche des ersten 33 und zweiten Kontaktbereichs 34 zu ermöglichen. Das Trägersubstrat 20 kann in dem zweiten Kontaktbereich 34 beispielsweise eine metallische Struktur aufweisen. Die Kopplung zwischen dem ersten Kontaktbereich 33 des Topfbodens 32 und dem zweiten Kontaktbereich 34 des Trägersubstrats 20 kann beispielsweise über ein Glaslot erfolgen. Zusätzlich oder alternativ ist möglich, dass die Kopplung über einen metallbasiertes Lot und/oder einen keramischen Kleber erfolgt.
Das Dichtelement kann beispielsweise einen Werkstoff aufweisen, der im Wesentlichen thermisch beständig ist in einem Temperaturbereich von näherungsweise –55°C bis 1150°C und/oder im Wesentlichen korrosionsbeständig und/oder im Wesentlichen chemisch beständig ist in Bezug auf ein vorgegebenes Gas, insbesondere ein vorgegebenes Abgas. Vorzugsweise kann der Werkstoff, den das Dichtungselement 30 aufweist, einen näherungsweise gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen wie das Trägersubstrat 20. Beispielsweise kann das Dichtungselement 30 Kovar aufweisen oder im Wesentlichen aus Kovar bestehen. Der Topfboden 32 und/oder zumindest eine weitere Wand 36 des Dichtungselements 30 können beispielsweise eine Wandstärke im Bereich von 100 μm oder kleiner aufweisen. Vorteilhafterweise können dadurch der Topfboden 32 und/oder die zumindest eine Wand eine vorgegebene Elastizität aufweisen, wodurch beispielsweise thermomechanische Spannungen zumindest gedämpft werden können. Die thermomechanischen Spannungen können beispielsweise im Bereich des ersten 33 und zweiten Kontaktbereichs 34 verstärkt auftreten.
Nach außen, aus dem Dichtungselement 30 heraus, gerichtete Ecken und/oder Kanten des Dichtungselements 30 können abgerundet ausgebildet sein.
Das Sensorgehäuse weist ein erstes Gehäuseelement 40 auf. Das erste Gehäuseelement 40 kann beispielsweise rohrförmig ausgebildet sein und einen rostfreien Edelstahl, beispielsweise einen V2A-Stahl aufweisen. Das Dichtungselement 30 weist beispielsweise an einem dem Topfboden 32 abgewandten Ende einen Flansch 50 auf, der im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr mit dem ersten Gehäuseelement 40 derart gekoppelt ist, dass das erste Gehäuseelement 40 ausgehend von dem Flansch 50 bis über den Topfboden 32 hinausgehend das Dichtungselement 30 umschließt. Die Kopplung zwischen dem ersten Gehäuseelement 40 und dem Flansch 50 des Dichtungselements 30 kann beispielsweise durch ein Zusammenschweißen des Flansches 50 und des ersten Gehäuseelements 40 erzeugt werden.
Das Dichtungselement 30 kann an dem ersten Ende beispielsweise eine kreisförmige Querschnittsfläche senkrecht zu der Längsachse aufweisen. Dies kann einen Beitrag leisten, eine Herstellung der Sensorvorrichtung 10 zu vereinfachen und die Dichtheit der Sensorvorrichtung 10 zu verbessern, insbesondere wenn das erste Gehäuseelement 40 eine kreisförmige Querschnittsfläche senkrecht zu der Längsachse des Trägersubstrats 20 aufweist.
Das Sensorgehäuse kann beispielsweise ein zweites Gehäuseelement 60 umfassen, das mit dem Flansch 50 des Dichtungselements 30 im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr derart gekoppelt ist, dass es ausgehend von dem Flansch 50 in eine zu dem ersten Gehäuseelement 40 axial entgegengesetzte Richtung einen zweiten Teilbereich 62 des Trägersubstrats 20 umschließt. Die Kopplung des zweiten Gehäuseelements 60 mit dem Flansch 50 kann beispielsweise durch ein Zusammenschweißen des Flansches 50 und des zweiten Gehäuseelements 60 erzeugt werden.
Bei der in 2 gezeigten Sensorvorrichtung 10 ist in dem Dichtungselement 30 eine Wärmedämmung 80 angeordnet. Die Wärmedämmung 80 ist beispielsweise derart in dem Dichtungselement 30 angeordnet, dass sie einen vorgegebenen Abstand aufweist zu dem Topfboden 32. Vorteilhafterweise wirkt ein Luftspalt 84 zwischen dem Topfboden 32 und der Wärmedämmung 80 als thermische Isolationsschicht zwischen dem Topfboden 32 und der Wärmedämmung 80. Die Wärmedämmung 80 kann beispielsweise mit einer Beilagscheibe 82, die an dem ersten Ende des Dichtungselements 30 angeordnet, in seiner Lage stabilisiert werden. Vorzugsweise ist die Wärmedämmung 80 thermisch gekoppelt mit dem Sensorgehäuse, beispielsweise mit dem ersten Gehäuseelement 40 und/oder dem zweiten Gehäuseelement 60.
3 zeigt eine Querschnittsansicht der Wärmedämmung 80. Die Wärmedämmung 80 kann beispielsweise rostfreie Edelstahlfasern aufweisen, insbesondere aus rostfreien Edelstahlfasern bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Wärmedämmung 80 einen rostfreien Edelstahldraht aufweisen. Der Edelstahldraht kann beispielsweise teilweise gewickelt angeordnet sein. Die Wärmedämmung 80 kann beispielsweise eine korrosionsbeständige Nickellegierung aufweisen.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Sensorvorrichtung 10. In diesem Fall weist der Topfboden 32 des Dichtungselements 30 einen keramischen Werkstoff auf. Beispielsweise ist der Topfboden 32 als eine Keramikscheibe 90 ausgebildet. Die Keramikscheibe 90 kann einen näherungsweise gleichen Temperaturausdehnungskoeffizient aufweisen wie das Trägersubstrat 20. Die Kopplung in dem ersten 33 und zweiten Kontaktbereich 34 kann in diesem Fall über einen keramischen Kleber erfolgen. Dies kann einen Beitrag leisten, eine Herstellung der Sensorvorrichtung 10 zu vereinfachen und die Dichtheit der Sensorvorrichtung 10 zu verbessern Die Keramikscheibe 90 kann beispielsweise an ihrer Umfangsfläche mit der weiteren Wand 32 im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr gekoppelt sein. Alternativ oder zusätzlich ist möglich, dass der Topfboden beispielsweise einen metallischen Ring aufweist, auf dem die Keramikscheibe 90 zumindest teilweise aufliegen kann und mit dem die Keramikscheibe 90 im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr gekoppelt sein kann.
Bezugszeichenliste

10: Sensorvorrichtung
20: Trägersubstrat
30: Dichtungselement
32: Topfboden
33: erster Kontaktbereich des Topfbogens
34: zweiter Kontaktbereich des Trägersubstrats
36: weitere Wand
40: erstes Gehäuseelement
50: Flansch
60: zweites Gehäuseelement
61: erster Teilbereich des Trägersubstrats
62: zweiter Teilbereich des Trägersubstrats
71: erster Bereich der Sensorvorrichtung
72: zweiter Bereich der Sensorvorrichtung
80: Wärmedämmung
82: Beilagscheibe
84: Luftspalt
90: Keramikscheibe
L: Längsachse

Claims

Sensorvorrichtung (10) mit einer Sensoreinheit, die mindestens ein Sensorelement aufweist, einem Sensorgehäuse und einem Dichtelement, bei der – die Sensoreinheit ein Trägersubstrat (20) mit einer Längsachse (L) aufweist, – das Sensorgehäuse ein erstes Gehäuseelement (40) aufweist, das einen ersten Teilbereich (61) des Trägersubstrats (20) umschließt, – das Dichtungselement (30) topfförmig ausgebildet ist und in einem Topfboden (32) eine Aussparung aufweist, in der das Trägersubstrat (20) den Topfboden (32) durchdringend angeordnet ist, – der Topfboden (32) ersten Kontaktbereich (33) und das Trägersubstrat (20) einen zweiten Kontaktbereich (34) aufweist, in denen der Topfboden (32) und das Trägersubstrat (20) im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr gekoppelt sind, und – das Dichtungselement (30) an einem dem Topfboden (32) abgewandten ersten Ende im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr mit dem ersten Gehäuseelement (40) derart gekoppelt ist, dass das erste Gehäuseelement (40) ausgehend von dem ersten Ende bis über den Topfboden (32) hinausgehend das Dichtungselement (30) umschließt.
Sensorvorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der das Sensorgehäuse ein zweites Gehäuseelement (60) umfasst, das an dem ersten Ende des Dichtungselements (30) mit dem Dichtungselement (30) im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr derart gekoppelt ist, dass es ausgehend von dem ersten Ende in eine zu dem ersten Gehäuseelement (40) axial entgegengesetzte Richtung einen zweiten Teilbereich (62) des Trägersubstrats (20) umschließt.
Sensorvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der das Trägersubstrat (20) in dem zweiten Kontaktbereich (34) eine metallische Struktur aufweist.
Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Trägersubstrat (20) einen keramischen Werkstoff aufweist oder aus einem keramischen Werkstoff besteht.
Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Kopplung zwischen dem Topfboden (32) und dem Trägersubstrat (20) über ein Glaslot und/oder ein metallbasiertes Lot und/oder einen keramischen Kleber erfolgt.
Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Dichtungselement (30) einen Werkstoff aufweist, der im Wesentlichen korrosionsbeständig und/oder im Wesentlichen chemisch beständig ist in Bezug auf ein vorgegebenes Gas und/oder im Wesentlichen thermisch beständig ist zumindest in einem Temperaturbereich von –40°C bis 850°°C.
Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Dichtungselement (30) einen Werkstoff aufweist, der einen näherungsweise gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizient aufweist wie das Trägersubstrat (20).
Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Dichtungselement (30) einen metallischen Werkstoff aufweist oder aus einem metallischen Werkstoff besteht.
Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Dichtungselement (30) Kovar und/oder Invar aufweist oder aus Kovar und/oder Invar besteht.
Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der nach außen, aus dem Dichtungselement (30) heraus, gerichtete Ecken und/oder Kanten des Dichtungselements (30) abgerundet ausgebildet sind.
Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Dichtungselement (30) zumindest an dem ersten Ende eine kreisförmige Querschnittsfläche senkrecht zu der Längsachse L aufweist.
Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Topfboden (32) des Dichtungselements (30) einen keramischen Werkstoff aufweist oder aus einem keramischen Werkstoff besteht.
Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der in dem Dichtungselement (30) eine Wärmedämmung (80) angeordnet ist.
Sensorvorrichtung (10) nach Anspruch 13, bei der die Wärmedämmung (80) derart in dem Dichtungselement (30) angeordnet ist, dass sie einen vorgegebenen Abstand aufweist zu dem Topfboden (32).
Sensorvorrichtung (10) nach Anspruch 13 oder 14, bei der die Wärmedämmung (80) rostfreie Edelstahlfasern und/oder einen rostfreien Edelstahldraht aufweist.
Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Topfboden (32) und/oder zumindest eine weitere Wand (36) des Dichtungselements (30) eine Wandstärke von näherungsweise 100 μm oder kleiner aufweist.
Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Kopplung des ersten (40) und/oder zweiten Gehäuseelements (60) mit dem Dichtungselement (30) an dem ersten Ende des Dichtungselements (30) durch ein Zusammenschweißen des Dichtungselements (30) und des ersten Gehäuseelements (40) und/oder des zweiten Gehäuseelements (60) erzeugt wird.
Sensorvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Dichtungselement (30) an dem ersten Ende ein Flansch (50) aufweist, der im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr mit dem ersten Gehäuseelement (40) derart gekoppelt ist, dass das erste Gehäuseelement (40) ausgehend von dem Flansch (50) bis über den Topfboden (32) hinausgehend das Dichtungselement (30) umschließt, und/oder der mit dem zweiten Gehäuseelement (60) im Wesentlichen hermetisch dicht und mechanisch starr derart gekoppelt ist, dass das zweite Gehäuseelement (60) ausgehend von dem Flansch (50) in eine zu dem ersten Gehäuseelement (40) axial entgegengesetzte Richtung den zweiten Teilbereich (62) des Trägersubstrats (20) umschließt.
Sensorvorrichtung (10) nach Anspruch 18, bei der die Kopplung des ersten (40) und/oder zweiten Gehäuseelements (60) mit dem Flansch (50) durch ein Zusammenschweißen des Flansches (50) und des ersten Gehäuseelements (40) und/oder des zweiten Gehäuseelements (60) erzeugt wird.