-
Stand der Technik
-
Aus dem Stand der Technik sind Sensorvorrichtungen zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums, vorzugsweise eines Gases bekannt. Hierzu gehören Sensorvorrichtungen mit mindestens einem Sensorelement zur Erfassung mindestens eines Parameters eines Gases, insbesondere mindestens eine Eigenschaft eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, wie beispielsweise der Anteil an einem Bestandteil des Abgases, insbesondere der Sauerstoffanteil, der Stickoxidanteil und/oder der Anteil an gasförmigen Kohlenwasserstoffen. Weitere Eigenschaften, die mit einer derartigen Sensorvorrichtung erfasst werden können, sind beispielsweise die Partikelbeladung, die Temperatur und/oder der Druck des fluiden Mediums. Bei einer derartigen Sensorvorrichtung kann es sich insbesondere um eine Lambdasonde handeln. Lambdasonden werden vorzugsweise im Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt, vor allem um den Sauerstoffpartialdruck im Abgas zu erfassen. Lambdasonden werden beispielsweise in Konrad Reif, Hrsg., Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage, Springer Vieweg, 2012, Seite 160 bis 165, beschrieben.
-
Derartige Sensorvorrichtungen verfügen insbesondere an ihrer abgasseitigen Spitze über Schutzgehäuse, die in den Abgasstrom hineinragen. Die Schutzgehäuse dienen zum Schutz vor mechanischen Beanspruchungen sowohl beim Einbau als auch durch in der Abgasanlage auftretende Partikel, für eine gezielte Strömungsführung des fluidem Mediums innerhalb der Sensorvorrichtung zu dem sich darin befindlichen Sensorelement sowie zum Schutz des Sensorelements gegenüber einem Kondensat aus dem Abgas und einem damit verbundenen Thermoschock des Sensorelements. Ein sogenannter Thermoschock tritt insbesondere dann auf, wenn sich aus dem Abgasstrom ein Kondensattropfen ausbildet und auf das heiße keramische Sensorelement abscheidet, wodurch lokale Temperaturunterschiede auf der Oberfläche des Sensorelements erzeugt werden, die zu hohen thermisch induzierten Spannungen in dem Sensorelement führen können, die schließlich eine Beschädigung oder sogar eine Zerstörung des Sensorelements hervorrufen können. Das Schutzgehäuse ist in der Regel so ausgestaltet, um eine in der Abgasanlage auftretende Flüssigkeitsbelastung der Sensorvorrichtung möglichst auf eine Menge zu reduzieren, die bis zu einem Taupunktende für das Sensorelement unschädlich ist. Um das Sensorelement noch darüber hinaus vor Thermoschock zu schützen, ist es vorzugsweise zusätzlich mit einer Beschichtung zur Wärmedämmung und/oder zur Flüssigkeitsbindung versehen. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Beschichtung eine Keramik, insbesondere ein Aluminiumoxid, aufweist.
-
Allerdings sind die Anforderungen an das Schutzgehäuse in vielen Fällen gegenläufig. In der Praxis besteht insbesondere ein Zielkonflikt zwischen den Anforderungen hinsichtlich eines hohen Schutzes vor dem Thermoschock und hinsichtlich einer hohen Dynamik der Sensorvorrichtung. Dies bedeutet insbesondere, dass Maßnahmen am Schutzgehäuse, die dazu führen, dass sich eine Belastung des Sensorelements mit Flüssigkeit verringern lässt, oftmals gleichzeitig eine Reduzierung der Dynamik der Sensorvorrichtung zur Folge haben. Dies ist dadurch bedingt, dass ein möglichst schneller Gasaustausch in der Nähe des Sensorelements in der Regel die Dynamik der Sensorvorrichtung fördert, während sich hierdurch gleichzeitig die Flüssigkeitsbelastung des Sensorelements erhöht, wodurch in der Regel der Schutz vor Thermoschock herabgesetzt wird. In der Praxis bedeutet dies, dass bei einem ausgewählten Schutzgehäuse regelmäßig nur eine der beiden Anforderungen hohe Dynamik oder hoher Schutz vor Thermoschock auf weitgehend zufriedenstellende Weise erfüllt werden kann.
-
Das Schutzgehäuse selbst kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein, wobei Schutzgehäuse, welche zwei Schutzrohre aufweisen und daher auch als Doppelschutzrohr bezeichnet werden, besonders häufig eingesetzt werden. Das Schutzgehäuse in der zweiteiligen Ausführung verfügt in der Regel über ein Innengehäuse, welches das Sensorelement umgibt, wobei das Innengehäuse zumindest teilweise von einem Außengehäuse umgeben ist. Durch diese Art der Anordnung bildet sich zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ein Zwischenraum aus, in welchem sich ggf. weitere Schutzrohre, zusätzliche Wandaufbauten oder hierin eingebrachte Bauteile befinden.
-
Aus der
DE 10 2007 030 795 A1 ist es bekannt, in dem Zwischenraum und dort insbesondere an dem inneren Schutzrohr ein Gewebe, ein Vlies oder ein Gestrick zur Flüssigkeitsbindung anzuordnen. Das Gewebe oder das Vlies aus Metall, etwa aus Stahl, aus Halbmetall oder aus Metalloxid, sind hierbei schlauchförmig ausgeführt, als Schlauch auf das Innengehäuse aufgeschoben und auf diese Weise am Innengehäuse fixiert. Das Gewebe oder das Vlies ist hierbei insbesondere aus dem gleichen Stahl hergestellt wie das Innengehäuse. Alternativ kann das Gewebe oder das Vlies aber auch in Mattenform ringförmig um den Umfang des Innengehäuses herum angeordnet sein. Das Gewebe oder das Vlies weist eine raue Oberfläche auf, auf der auftreffende Wassertropfen abgeschieden werden, sich verteilen und wieder verdampfen. Das Gewebe oder das Vlies ist derart in dem Zwischenraum angeordnet, dass es zumindest Zutrittsöffnungen, die aus dem Zwischenraum zu einem Innenraum des Innengehäuses führen, überdeckt.
-
Die
DE 200 04 514 U1 offenbart ein zweiteiliges Schutzrohr, wobei in dem Zwischenraum zwischen den beiden Wänden des zweiteiligen Schutzrohres ein keramisches Fasermaterial derart angeordnet ist, dass das fluide Medium den Innenraum des Innengehäuses, in dem sich das Sensorelement befindet, nur nach Durchfluss durch das keramische Fasermaterial erreicht. Das keramische Fasermaterial kann in Form von Watte, Wolle oder Vlies eingesetzt werden. Das keramische Fasermaterial kann in den Zwischenraum außerdem durch Einlegen von gestanzten Keramikfaserscheiben oder durch eine Wicklung von Keramikfaserband eingebracht werden. Hierbei weist das keramische Fasermaterial insbesondere Fasern aus Al
2O
3 und/oder ZrO
2 auf, wobei die keramischen Fasern über eine Dicke von 2 bis 5 µm und über eine Länge von mindestens 1 mm verfügen.
-
Die
EP 2 554 984 A1 beschreibt einen Schlauch aus Keramikfasern in Form eines geflochtenen Gewebes, der unter anderen in den Innenraum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse eingebracht sein kann. Der Schlauch weist insbesondere eine Dicke von etwa 1 mm auf und besteht aus geflochtenen Keramikfasersträngen, die ein hitzebeständiges Material wie Aluminiumborsilikat, Aluminiumsilikat oder Aluminiumoxid umfassen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es wird eine Sensorvorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums, insbesondere eines Abgases einer Verbrennungsmaschine, vorgeschlagen, welche die bekannten Einschränkungen und Nachteile zumindest weitgehend überwindet. Eine derartige Sensorvorrichtung dient insbesondere zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums, vorzugsweise einer Eigenschaft des Abgases einer Verbrennungsmaschine, beispielsweise des Sauerstoffanteils, des Stickoxidanteils und/oder des Anteils an gasförmigen Kohlenwasserstoffen im Abgas. Die Erfassung von weiteren Eigenschaften des fluiden Mediums ist jedoch denkbar. Die vorliegende Sensorvorrichtung eignet sich aufgrund ihrer Ausgestaltung insbesondere zum Einsatz bei hohen Temperaturen, vorzugsweise im Bereich von 600 °C bis 1000 °C, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
-
Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung umfasst mindestens ein Schutzgehäuse, welches zur Aufnahme mindestens eines Sensorelements vorgesehen ist und zu diesem Zweck das Sensorelement zumindest teilweise umgibt. Unter einem Schutzgehäuse ist hierbei eine Vorrichtung zu verstehen, welche eingerichtet ist, um das Sensorelement zumindest gegenüber üblichen, beim Einbau der Sensorvorrichtung und/oder im Betrieb der Sensorvorrichtung auftretenden mechanischen und/oder chemischen Belastungen zu schützen. Das Schutzgehäuse kann hierzu zumindest teilweise aus einem steifen Material, insbesondere aus einem Metall und/oder eine Legierung und/oder eine Keramik, hergestellt werden, welches insbesondere bei einem Fixieren des Schutzgehäuses bei üblichen Kräften, etwa bei üblichen Verschraubungskräften, keine Verformung durchläuft. Insbesondere kann das Schutzgehäuse eingerichtet sein, um die Sensorvorrichtung nach Außen hin zumindest teilweise zu umschließen und somit zumindest einem Teil der Sensorvorrichtung eine äußere Gestalt zu geben. Das Schutzgehäuse kann insbesondere dazu eingerichtet sein, um vollständig oder teilweise in das fluide Medium eingebracht zu werden, beispielsweise in das Abgas in einem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine.
-
Das Schutzgehäuse kann zweiteilig oder mehrteilig ausgeführt sein, wobei das Schutzgehäuse insbesondere zweiteilig ausgeführt ist und dementsprechend ein gesondertes Innengehäuse aufweist, welches das Sensorelement zumindest teilweise umgibt, wobei das Innengehäuse selbst zumindest teilweise von einem Außengehäuse umgeben ist. Das Innengehäuse und das Außengehäuse sind hierbei derart zueinander angeordnet, dass sich zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ein mit dem Abgas beaufschlagbarer Zwischenraum ausbildet, der vorzugsweise die Form eines Ringspaltes annehmen kann. Andere Ausgestaltungen des Zwischenraums sind denkbar. In einer weiteren Ausgestaltung kann das Schutzgehäuse über mindestens ein weiteres Schutzrohr verfügen, das vorzugsweise in den Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse eingebracht sein kann.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens ein keramisches Bauteil, das in den Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse eingebracht ist. Unter einer „Keramik“ wird hierbei ein Material verstanden, das üblicherweise in einem zweiteiligen Herstellungsverfahren aus überwiegend anorganischen, feinkörnigen Rohstoffen hergestellt wird. Hierzu wird in einem ersten Teil des Herstellungsverfahrens in aller Regel bei Raumtemperatur ein sogenannter „Grünkörper“ aus den überwiegend anorganischen, feinkörnigen Rohstoffen geformt und anschließend getrocknet. Die Keramik wird im zweiten Teil des Herstellungsverfahrens dadurch erhalten, dass der Grünkörper einem Brennverfahren, in der Regel oberhalb von mindestens 700 °C, unterzogen wird, wodurch ein harter, dauerhafter Gegenstand erhalten wird. Im Unterschied hierzu erfordert eine sogenannte „Sinterung“, bei der eine signifikante Verringerung bis hin zur Aufhebung der Porosität der Keramik erzielt wird, die Temperatur während des Brennverfahrens auf mindestens 1200 °C zu erhöhen.
-
Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung ist dadurch ausgezeichnet, dass das in den Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse eingebrachte keramische Bauteil in Form eines dehnbaren, porösen keramischen Textiles, insbesondere als flächenhaftes, zweidimensionales textiles Gebilde und/oder vorzugsweise als dreidimensionales, räumliches textiles Gebilde, vorliegt. Unter der „Porosität“ eines Körpers wird eine dimensionslose Messgröße verstanden, die das Verhältnis eines Hohlraumvolumens innerhalb des Körpers zu einem Gesamtvolumen des Körpers angibt. Die Porosität stellt damit ein Maß für tatsächlich vorhandene Hohlräume in dem betreffenden Körper dar, wobei sich die Gesamtporosität eines Körpers insbesondere aus der Summe von ersten Hohlräumen, die untereinander und/oder mit der Umgebung des Körpers in Verbindung stehen und deren Anteil an der Gesamtporosität daher als sogenannte „offene Porosität“ bezeichnet wird, und von zweiten Hohlräumen, die voneinander isoliert und daher nicht miteinander verbunden sind und deren in der Regel geringer Anteil an der Gesamtporosität als sogenannte „geschlossene Porosität“ bezeichnet wird, ergibt. Im vorliegenden Falle lässt sich durch den Einsatz einer Keramik somit der Grad an Porosität innerhalb des betreffenden Körpers durch eine Wahl der Brenntemperatur einstellen. Soll, wie im Fall der vorliegenden Erfindung, das einzusetzende keramische Bauteil eine möglichst hohe Porosität aufweisen, so ist bei der Herstellung der Keramik darauf zu achten, dass die Temperatur in dem dafür angewandten Brennverfahren in jedem Falle unterhalb, vorzugsweise weit unterhalb, der Temperatur verbleibt, bei der die Sinterung einsetzt.
-
Als „Textil“ wird ein eindimensionales, zweidimensionales und/oder dreidimensionales Gebilde bezeichnet, das in einer großen Vielfalt an möglichen Ausführungen vorliegen kann, dessen elementarere Bestandteile letztlich Fasern und daraus hergestellte linienförmige eindimensionale textile Gebilde umfassen. Unter einer „Faser“ wird hierbei ein flexibles Gebilde verstanden, das ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mindestens 3:1, insbesondere von mindestens 10:1 aufweist, wobei in Einzelfällen durchaus Verhältnisse von mindestens 100:1, sogar von mindestens 1000:1 auftreten können. Die „Flexibilität“ bezeichnet hierbei eine im Fall der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugte Eigenschaft des Textils, unter Krafteinwirkung seine Form verändern zu können und bei Wegfall der einwirkenden Kraft zumindest teilweise in die ursprüngliche Form zurückkehren zu können. Während für herkömmliche Textilien zumeist Fasern aus organischem Material, insbesondere aus speziell dafür bereitgestelltem Pflanzenmaterial eingesetzt werden, umfassen sogenannte „keramische Fasern“ Fasern aus anorganischem, nicht-metallischem Material, das eine polykristalline oder amorphe Struktur aufweisen kann und das insbesondere eine oxidische Materialklasse, wie zum Beispiel Aluminiumoxid Al2O3 oder Siliziumdioxid SiO2, oder eine nicht-oxidische Materialklasse, wie zum Beispiel Kohlenstoff C oder Siliziumcarbid SiC, umfassen kann. Aus Fasern hergestellte linienförmige eindimensionale textile Gebilde umfassen insbesondere „Garne“, d.h. Gebilde aus einer oder mehreren Fasern, „Fäden“, womit der Abschnitt eines Garns bezeichnet wird, oder „Zwirnen“, die mehrere zusammengedrehte Garne aufweisen und daher über eine wesentlich erhöhte Reißfestigkeit verfügen.
-
Ein zweidimensionales Textil umfasst ein flächenförmiges textiles Gebilde, wozu insbesondere Gewebe, Gewirke, Gestricke, Geflechte, Vliese oder Filze gehören. Weist das flächenförmige textile Gebilde lediglich eine begrenzte Breite auf, so wird es üblicherweise als „Band“ bezeichnet. Während unter einem „Gewebe“ üblicherweise ein textiles Flächengebilde aus mindestens zwei, nahezu rechtwinklig zueinander verkreuzten eindimensionalen textilen Gebilde verstanden wird, werden textile Flächengebilde aus mindestens zwei nicht-rechtwinklig verkreuzten eindimensionalen textilen Gebilden als „Geflecht“ bezeichnet. Unter einem „Gewirke“ wird ebenfalls ein Gewebe verstanden, das zusätzlich zur rechtwinkligen Verkreuzung der eindimensionalen textilen Gebilde eine Maschenbildung aufweist, die insbesondere zu einer höheren Dehnbarkeit und Elastizität des Gebildes führen kann. Als Masche wird hierbei eine Fadenschlinge bezeichnet, die in andere Fadenschlingen eingehängt wird. Ein Gewirke ist somit ein textiles Flächengebilde, bei welchem eine mittels Faden gebildete Schleife in eine andere Schleife hineingeschlungen ist. Erfolgt die Maschenbildung mit Nadeln, so wird das resultierende flächenförmige Gebilde üblicherweise als „Gestricke“ bezeichnet. Unter einem „Vlies“ oder einem „Filz“ werden schließlich textile Flächengebilde verstanden, die mehrheitlich aus eindimensionalen textilen Gebilden zusammengefügt sind und die auf eine andere Weise als Gewebe, Geflechte, Gewirke und Gestricke miteinander verbunden werden, insbesondere durch eine mechanische Bearbeitung, durch eine Anwendung von Wärme oder durch eine Wasserbehandlung. Im Falle der Vliese oder Filze ist der Zusammenhalt im flächenförmigen textilen Gebilde im Wesentlichen durch eine eigene Haftung der eindimensionalen textilen Gebilde gegeben, welche durch die aufgeführten Bearbeitungsweisen in der Regel deutlich verstärkt wird.
-
Aus den genannten und/oder aus weiteren eindimensionalen und/oder zweidimensionalen textilen Gebilden lassen sich eine Vielzahl von dreidimensionalen räumlichen textilen Gebilden (Körpergebilde) herstellen, die sich gemäß der vorliegenden Erfindung in den Zwischenraum zwischen dem Außengehäuse und dem Innengehäuse einbringen lassen. Hierzu gehören insbesondere textile Schläuche, Strümpfe, Matten oder textile Halbzeuge; aber auch weitere Ausgestaltungen sind möglich.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Textil eine hohe Flexibilität bzw. Elastizität auf, die es ermöglichen, dass das Textil unter Krafteinwirkung seine Form verändert und bei Wegfall der einwirkenden Kraft zumindest teilweise in der Lage ist, in seine Ursprungsform zurückzukehren. Die hohe Flexibilität bzw. Elastizität bildet die Grundlage dafür, dass das Textil eine mitunter beträchtliche Dehnbarkeit aufweisen kann. Der Begriff der „Dehnbarkeit“ bezeichnet hierzu die Dehnung, bis zu der das Textil verlängert werden kann, ohne dass es bricht oder reißt. Unter einer „Dehnung“ wird hierbei eine relative Längenzunahme eines Textils, die auch als Verlängerung oder Streckung bezeichnet werden kann, unter Belastung verstanden. Die Belastung kann hierbei insbesondere in einer angelegten Kraft bestehen oder sich aus einer Änderung von Umgebungsbedingungen wie insbesondere der Temperatur ergeben; wobei im letzteren Falle die relativen Längenzunahme auch als „Wärmeausdehnung“ bezeichnet wird. Im Falle der vorliegenden Erfindung weist das eingesetzte keramische Textil eine hohe Dehnbarkeit auf, insbesondere von mindestens 5 %, bezogen auf die gesamte Länge des betreffenden Textils, bevorzugt von mindestens 10 %, besonders bevorzugt von mindestens 25 %.
-
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ermöglicht die vorhandene Dehnbarkeit des keramischen Textils, dass das keramische Textil über das Innengehäuse aufgespannt werden kann. Hierzu wird das keramische Textil derart einer Dehnung unterzogen, dass es eine Längenzunahme in mindestens einer Dimension erfährt und sich somit über das Innengehäuse aufbringen lässt. Nach der Entspannung kehrt das keramische Textil in seine Ursprungsform zurück und verbleibt bevorzugt formschlüssig auf dem Innengehäuse. Hierzu verfügt das Innengehäuse vorzugsweise über eine Form, durch welche eine Form, die das keramische Textil aufweist, insbesondere axial gehalten wird.
-
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung verfügt das Innengehäuse über Halterungen, die vorzugsweise in Form von vorstehenden Vorsprüngen ausgestaltet sind. Die Halterungen dienen hierbei insbesondere dazu, das keramische Textil über und/oder zwischen die Halterungen einzuspannen. Dadurch, dass das Textil eine Dehnbarkeit aufweist und folglich aufgrund seiner Struktur kurzzeitig gedehnt werden kann, lässt es sich auf diese Weise sehr einfach auf das Innengehäuse aufbringen. Aufgrund der Flexibilität des keramischen Textils zieht sich ein zum Beispiel schlauchförmiges dreidimensionales textiles Gebilde nach dem Aufbringen auf das Innengehäuse wieder zusammen, wodurch sich ein Außendurchmesser des keramischen Textils verringert, sodass das keramische Textil in vielen Fällen bereits durch diese Maßnahme fest auf dem Innengehäuse aufsitzt. Durch die Halterungen, insbesondere in Form von vorstehenden Vorsprüngen, wird jedoch zusätzlich ein Abrutschen des keramischen Textils von dem Innengehäuse verhindert.
-
Um einen möglichst guten Sitz des keramischen Textils auf dem Innengehäuse zu gewährleisten, werden in einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung das Innengehäuse und das keramische Textil jeweils aus einem Material gewählt, dass das Innengehäuse bei einer Erwärmung der Sensorvorrichtung über einen Temperaturbereich eine erste Ausdehnung erfährt, während das keramische Textil über denselben Temperaturbereich eine zweite Ausdehnung erfährt, wobei vorzugsweise die zweite Ausdehnung die erste Ausdehnung nicht überschreitet, sodass sich bei Erwärmung der Sensorvorrichtung das keramische Textil gegenüber dem Innengehäuse, um das es vorzugsweise eingespannt ist, trotz der vorhandenen Elastizität des keramischen Textils nicht lockern kann. Dieser Aspekt ist insbesondere dann von Bedeutung wenn, wie beispielsweise bei einem Lambdasensor in einem Kraftfahrzeug, die Sensorvorrichtung eine Erwärmung von Raumtemperatur bis über 600 °C erfährt.
-
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung kann das Außengehäuse über mindestens eine Eintrittsöffnung für das fluide Medium zu dem Zwischenraum zwischen dem Außengehäuse und dem Innengehäuse verfügen. Weiterhin kann das Innengehäuse über mindestens eine Zutrittsöffnung für das fluide Medium aus dem Zwischenraum aufweisen, die einen Zutritt des fluiden Mediums aus dem Zwischenraum zu dem Sensorelement ermöglicht. In dieser Ausgestaltung kann sich ein Strömungspfad ausbilden, der von der Eintrittsöffnung über den Zwischenraum zu der Zutrittsöffnung verläuft und von dem fluiden Medium durchströmbar ist. In dieser bevorzugten Ausgestaltung verbleibt zwischen dem keramischen Textil, das derart in den Zwischenraum eingebracht ist, dass es vorzugsweise an dem Innengehäuse anliegt, und dem Außengehäuse zumindest teilweise ein Spalt, wobei der Strömungspfad durch den Spalt zumindest teilweise vorzugsweise derart über das keramische Textil verläuft, dass das fluide Medium das keramische Textil nicht vollständig durchströmt, sondern vielmehr zumindest teilweise überströmt. Auf diese Weise bleibt der Strömungspfad von der Eintrittsöffnung in dem Außengehäuse für das fluide Medium bis zu der Zutrittsöffnung in dem Innengehäuse weitgehend von dem Vorhandensein des keramischen Bauteils unberührt.
-
In einer besonderen Ausgestaltung kann hierbei das keramische Textil derart das Innengehäuse umgeben, dass es die mindestens eine Zutrittsöffnung zumindest teilweise überdeckt. Diese Ausgestaltung wird dadurch ermöglicht, dass das poröse keramische Textil über Poren verfügt, durch welche der Strömungspfad für das fluide Medium verlaufen kann. Die Poren sind jedoch vorzugsweise auch dazu eingerichtet, dass sie sich zur Aufnahme von Flüssigkeit, insbesondere aus dem fluiden Medium eignen. Auf diese Weise leistet das keramische Textil einen weiteren Beitrag dazu, um zu verhindern, dass Flüssigkeit aus dem fluiden Medium durch die Zutrittsöffnung zu dem Sensorelement gelangen kann, um dort möglicherweise einen Thermoschock auszulösen. Die Abscheidung von Flüssigkeit, die in den Zwischenraum zwischen dem Außengehäuse und dem Innengehäuse gelangt, erfolgt hierbei insbesondere aufgrund des in den Poren des keramischen Textils auftretenden Kapillareffekts. Bei Erreichung der Taupunkt-Temperatur wird es auf diese Weise möglich, die im keramischen Textil gespeicherte Flüssigkeit durch Verdampfung wieder auszutreiben, wodurch sich das keramische Textil hinsichtlich seiner Fähigkeit zur Speicherung von Flüssigkeit auf einfache Weise wieder regenerieren lässt.
-
Insbesondere zur Verringerung der Gefahr eines Thermoschocks ist das Sensorelement mit einer keramischen Beschichtung, insbesondere mit einer Thermoschockbeschichtung, versehen. Dadurch jedoch, dass sich ein Teil der Flüssigkeit, welcher in den Zwischenraum zwischen dem Außengehäuse und dem Innengehäuse gelangt, in dem keramischen Textil abscheiden und dadurch festhalten lässt, kann somit eine Verringerung der Flüssigkeitsbelastung am Sensorelement erfolgen, wodurch eine Verringerung der thermischen Masse der Thermoschockbeschichtung ermöglicht wird, was ein schnelleres Ansprechen des Sensorelements auf Änderungen in dem flüssigen Medium erlaubt.
-
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich das Schutzgehäuse von einem abgasseitigen Ende der Sensorvorrichtung zu einem, dem abgasseitigen Ende der Sensorvorrichtung entgegenliegenden Ende des Schutzgehäuses. Hierbei kann innerhalb des Zwischenraums zwischen dem abgasseitigen Ende und dem keramischen Textil und/oder zwischen dem entgegenliegenden Ende und dem keramischen Textil ein Hohlraum verbleiben, der dem keramischen Textil Platz verschaffen kann, sowohl für eine thermische Ausdehnung als auch für Vibrationen, wie sie regelmäßig im Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine auftreten.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung, die sich insbesondere durch eine Einbringung eines dehnbaren porösen keramischen Textils in den Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse eines Schutzgehäuses um mindestens ein Sensorelement einer Sensorvorrichtung auszeichnet, weist eine Reihe von Vorteilen auf. Das dehnbare keramische Textil lässt sich aufgrund seiner Elastizität sehr einfach auf das Innengehäuse aufbringen und befestigen. Zusätzlich auf das Innengehäuse angebrachte Halterungen können darüber hinaus ein Abrutschen des keramischen Textils vom Innengehäuse verhindern.
-
Der Einsatz eines dehnbaren keramischen Textils weist weiterhin den Vorteil auf, dass dieses Material weitgehend unempfindlich ist gegenüber den im Fahrzeug auftretenden Vibrationen. Ein Grund dafür ist, dass das flexible keramische Textil in der Lage ist, den Schwingungen des darunter liegenden Innengehäuses ohne wesentliche Einschränkungen zu folgen. Auf diese Weise lassen sich Brüche, Risse, Abplatzungen usw. an dem darunter liegenden Innengehäuse über die Lebenszeit des dehnbaren flexiblen Textils verhindern.
-
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht darin, dass die Flexibilität des keramischen Textile etwaige bestehende unterschiedliche Ausdehnungen bei einer Erwärmung der Sensorvorrichtung zwischen dem in der Regel metallischen Innengehäuse und dem keramischen Material von sich aus auszugleichen vermag. Auf diese Weise bleibt zwischen dem Innengehäuse und dem es umgebenden dehnbaren porösen keramischen Textils stets eine weitgehend optimale Passung erhalten. Dadurch lassen sich insbesondere Schädigungen am Innengehäuse und am keramischen Textil durch etwaige Spannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten vermeiden.
-
Die gewählte Porosität des dehnbaren keramischen Gewebes ermöglicht es, zumindest einen Teil der Flüssigkeit aus dem fluiden Medium, welche in den Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse gelangen kann, in den Poren des keramischen Textils abzuscheiden, bevor die Flüssigkeit weiter zum Sensorelement gelangen kann. Die dadurch erzielbare Verringerung der Flüssigkeitsbelastung am Sensorelement ermöglicht es, eine geringere thermische Masse der Thermoschockschutzbeschichtung vorzusehen und damit ein verkürztes Ansprechen des Sensorelements zu erzielen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Hierbei zeigen im Einzelnen:
-
1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung in Form einer Schnittzeichnung mit einem Schutzgehäuse, das ein keramisches Bauteil in Form eines dehnbaren porösen keramischen Textiles umfasst;
-
2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines für die vorliegende Erfindung einsetzbaren dehnbaren porösen keramischen Textiles;
-
3 schematische Darstellung der Aufbringung eines dehnbaren porösen keramischen Textils auf ein Innengehäuse eines Schutzgehäuses.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
In 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 110 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums 112 dargestellt. Die Sensorvorrichtung 110 umfasst ein Schutzgehäuse 114 zur Aufnahme mindestens eines Sensorelements (nicht dargestellt), welches von dem Schutzgehäuse 114 umgeben ist.
-
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Schutzgehäuse 114 ein Außengehäuse 116, das zumindest teilweise ein Innengehäuse 118 derart umgibt, dass sich zwischen dem Außengehäuse und dem Innengehäuse 118 ein Zwischenraum 120 ausbildet. Erfindungsgemäß ist in den Zwischenraum 120 ein keramisches Bauteil 122 in Form eines dehnbaren, porösen keramischen Textils 124 eingebracht. In der in 1 dargestellten Ausführungsform verfügt das Außengehäuse 116 über mindestens eine Eintrittsöffnung 126 für das fluide Medium 112 zu dem Zwischenraum 120, während das Innengehäuse 118 mindestens eine Zutrittsöffnung 128 für das fluide Medium 112 aus dem Zwischenraum 120 zu dem mindestens einen Sensorelement aufweist. Durch diese Art der Anordnung bildet sich ein von dem fluiden Medium 112 durchströmbarer Strömungspfad 130 aus, der von der Eintrittsöffnung 126 über den Zwischenraum 120 zu der Zutrittsöffnung 128 verläuft. Auf diese Weise verbleibt zwischen dem keramischen Bauteil 122, welches an dem Innengehäuse 118 anliegt, und dem Außengehäuse 116 zumindest teilweise ein Spalt 132, wobei die Anordnung derart ausgestaltet ist, dass der Strömungspfad 130 vorzugsweise nicht vollständig durch das keramische Bauteil 122 verlaufen muss, sondern zumindest teilweise über das keramische Bauteil 122 durch den Spalt 132 verlaufen kann.
-
In der 2 ist ein exemplarisches Ausführungsbeispiel für ein dehnbares, poröses keramisches Textil 124 dargestellt. Bei diesem Beispiel handelt es sich um ein dreidimensionales textiles Gebilde, das aus ein- und/oder zweidimensionalen textilen Gebilden in Form eines textilen Schlauches hergestellt wurde. Ein Teil dieses dehnbaren porösen keramischen Textils 124 eignet sich insbesondere für das Ausführungsbeispiel, welches in der 3 dargestellt ist.
-
Die 3 zeigt exemplarisch eine schematische Darstellung, aus der ein bevorzugtes Verfahren zur Aufbringung und Befestigung eines dehnbaren porösen keramischen Textils 124 auf ein im Wesentlichen zylinderförmiges Innengehäuse 118 entnommen werden kann. Zur Durchführung diese bevorzugten Verfahrens wird das dehnbare poröse keramische Textil 124, das in Form eines textilen Schlauches bereitgestellt wurde, zunächst in radialer Richtung 134 derart kurzzeitig gedehnt, dass sich das dehnbare poröse keramische Textil 124 durch einen Aufbringungsschritt 136 einfach auf das darunterliegende rohrförmige Innengehäuse 118 aufbringen lässt. Unmittelbar nach dem Aufbringen des schlauchförmigen dehnbaren porösen keramischen Textils 124 auf das zylinderförmige Innengehäuse 118 kann sich das dehnbare poröse keramische Textil 124 in einem Relaxationsschritt 138 aufgrund seiner bestehenden Flexibilität zusammenziehen, wodurch sich insbesondere sein Außendurchmesser verringern kann. Auf diese Weise wird in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein passgenauer Sitz des dehnbaren porösen keramischen Textils 124 auf dem Innengehäuse 118 erzielt. Zusätzliche, an dem Innengehäuse 118 angebrachte Halterungen 140, welche in diesem Ausführungsbeispiel in Form von vorstehenden Vorsprüngen ausgestaltet sind, sorgen dafür, dass ein etwaiges Abrutschen des dehnbaren porösen keramischen Textils 124 von dem Innengehäuse 118 unterbleibt. Das mit dem vorliegenden einfachen Verfahren zur Aufbringung und Befestigung des dehnbaren porösen keramischen Textils 124 aufgebrachte keramische Bauteil 122 weist eine hohe Unempfindlichkeit sowohl gegenüber Vibrationen als auch gegenüber einer thermischen Ausdehnung bei einer Erwärmung der Sensorvorrichtung 110 auf. Diese vorteilhaften Eigenschaften können in erster Linie in der Flexibilität und Porosität des hierfür eingesetzten keramischen Bauteils 122 zugeführt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007030795 A1 [0005]
- DE 20004514 U1 [0006]
- EP 2554984 A1 [0007]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Konrad Reif, Hrsg., Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage, Springer Vieweg, 2012, Seite 160 bis 165 [0001]
