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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor mit einem Sensorelement, das einem Gas ausgesetzt ist, das gemessen wird, um eine spezifische Gaskomponente in dem gemessenen Gas zu erfassen, und insbesondere einen Gassensor, der ein Sensorelement aufweist, das mit einer porösen Schutzschicht versehen ist.
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Ein gattungsgemäßer Gassensor mit den oberbegrifflichen Merkmalen von Anspruch 1 ist aus der
DE 10 2007 000 245 A1 bekannt. Dieser Sensor weist einen aus Keramik bestehenden Halter auf, der in einer Metallhülse gehalten wird. Ähnliche Sensoren sind aus der
DE 10 2008 001 758 A1 und
US 2008/0 209 984 A1 bekannt. Ein weiteres Gassensorelement ist aus der
WO 2006/051 007 A1 bekannt.
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Im Folgenden bezieht sich der Begriff ”vorn” auf eine Gaserfassungs-Seite in Bezug auf die Richtung einer Achse eines Gassensors, und der Begriff ”hinten” bezieht sich auf eine der Vorderseite gegenüberliegende Seite.
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Es ist ein herkömmlicher Gassensor des Typs bekannt, der zum Einsatz an einem Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors usw. angebracht wird und mit einem Sensorelement versehen ist, das entsprechend der Konzentration einer spezifischen Gaskomponente, wie beispielsweise NOx (Stickoxid) oder Sauerstoff, in einem Abgas des Verbrennungsmotors eine elektromotorische Kraft oder elektrischen Widerstand erzeugt. Das Sensorelement weist einen Erfassungsabschnitt auf, der an einem vorderen Endteil desselben ausgebildet und so eingerichtet ist, dass er, wenn er mit einer Heizeinrichtung usw. auf eine vorgegebene hohe Temperatur erhitzt wird, die spezifische Gaskomponente erfasst. In einem derartigen Zustand hoher Temperatur ist jedoch zu befürchten, dass das Sensorelement aufgrund von thermischer Belastung beschädigt wird (z. B. Risse erhält), wenn sich in dem Abgas enthaltene Wassertropfen an dem Erfassungsabschnitt des Sensorelementes ablagern (d. h., dass der Erfassungsabschnitt des Sensorelementes durch Wasser feucht wird). Daher ist ein Gassensor entwickelt worden, bei dem ein Sensorelement einen Erfassungsabschnitt aufweist, der mit einer porösen Schutzschicht überzogen und vor Wasser geschützt ist, wie er in der
japanischen Patent-Offenlegungsschrift JP 2009115781 A offenbart wird. offenbart wird.
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Das heißt, die japanische Patentoffenlegungsschrift
JP 2009115781 A offenbart einen Gassensor, der eine Metallhülse (Metallgehäuse)
1100, einen aus Keramik bestehenden Halter
300, der aus einem isolierenden keramischen Material (wie beispielsweise Aluminiumoxid) besteht und in einem axialen Innenloch
1100h der Metallhülse
1100 angeordnet ist, sowie ein Sensorelement
21 enthält, das in einem Einführloch
320 des aus Keramik bestehenden Halters
300 aufgenommen ist, wie dies in
8 dargestellt ist. Das Sensorelement
21 weist an seinem vorderen Endteil einen Erfassungsabschnitt auf, der mit einer Schutzschicht
25 überzogen ist. Der Erfassungsabschnitt mit der Schutzschicht
25 steht von dem aus Keramik bestehenden Halter
31 so nach vorn vor, dass ein hinterer Endteil
26 der Schutzschicht
25 in dem axialen Innenloch
1100h der Metallhülse
1100 aufgenommen ist. Des Weiteren sind aus Metall bestehende Schutzelemente (Schutzröhren)
510 und
610 an einem vorderen Endabschnitt der Metallhülse
110 angebracht, in denen das Sensorelement
21 geschützt wird. Um zu verhindern, dass die Schutzschicht
25 durch Kollision mit dem aus Keramik bestehenden Halter
300 beim Einführen des Sensorelementes
21 in das Einführloch
320 des aus Keramik bestehenden Halters
300 beschädigt wird, befindet sich der hintere Endteil
26 der Schutzschicht
25 vor einem vorderen Ende des Einführlochs
320 des aus Keramik bestehenden Halters
300 und ist von diesem beabstandet. Dadurch ist eine Seitenfläche P des Sensorelementes
21 zwischen dem Einführloch
320 des aus Keramik bestehenden Halters
300 und dem hinteren Endteil
26 der Schutzschicht
25 nicht mit der Schutzschicht
25 überzogen und wird nicht von ihr geschützt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Bei dem Gassensor in 8 verbleibt ein relativ großer Raum zwischen einer Innenumfangsfläche 1100i der Metallhülse 1100 und einer Außenfläche des Sensorelementes 21 (Schutzschicht 25), und eine nach vorn gewandte Fläche 300a des aus Keramik bestehenden Halters 300 erstreckt sich radial (als eine horizontale Ebene) an einer Position, die der Seitenfläche P des Sensorelementes 21 entspricht. Dadurch kann, wenn Wasser W über Lüftungslöcher 560 und 670 der Schutzelemente 510 und 610 in das Innere des Schutzelementes 510 eindringt, das Wasser W an der Innenumfangsfläche 1100i der Metallhülse 1100 zu dem aus Keramik bestehenden Halter 300 laufen, ungehindert über die nach vorn gewandte Fläche 300a des aus Keramik bestehenden Halters 300 zu dem Sensorelement 21 gelangen und sich an der Seitenfläche P des Sensorelementes 21 ablagern. Da die Seitenfläche P des Sensorelementes 21 nicht mit der Schutzschicht 25 überzogen ist, ist zu befürchten, dass das Sensorelement 21 aufgrund thermischer Belastung durch Ablagerung des Wassers W an einer derartigen nicht überzogenen Seitenfläche P des Sensorelementes 21 beschädigt wird (z. B. Risse erhält).
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Angesichts des oben beschriebenen Umstandes ist es vorstellbar, dass eine Metallhülse 1200 eingesetzt wird, die ein axiales Innenloch 1200h aufweist, dessen Innendurchmesser verringert ist, wie dies in 9 dargestellt ist. In diesem Fall verringert sich der Zwischenraum zwischen einer Innenumfangsfläche 1200i der Metallhülse 1200 und der Außenfläche des Sensorelementes 21 (Schutzschicht 25), so dass es Wasser W erschwert wird, in das axiale Innenloch 1200h der Metallhülse 1200 einzudringen. Des Weiteren erstreckt sich eine nach vorn gewandte Fläche 1200k der Metallhülse 1200 radial an einer Position, die dem hinteren Endteil der Schutzschicht 25 entspricht, so dass das Wasser über die nach vorn gewandte Fläche 1200k der Metallhülse 1200 zu dem Sensorelement 21 gelangt und sich an der Schutzschicht 25 ablagert. So kann verhindert werden, dass sich das Wasser W an der nicht überzogenen Seitenfläche P des Sensorelementes 21 ablagert. Jedoch wird die Wärmeabstrahlung von dem Sensorelement 21 auf die Metallhülse 1200 über das axiale Innenloch 1200h durch die Verringerung des Zwischenraums zwischen der Innenumfangsfläche 1200i der Metallhülse 1200 und der Außenfläche des Sensorelementes 21 (Schutzschicht 25) verstärkt. Dadurch wird es schwierig, das Sensorelement 21 auf einer hohen Temperatur zu halten, und es tritt dahingehend ein Problem auf, dass das Erfassungsvermögen des Sensorelementes 21 beeinträchtigt wird oder stärkere Stromzufuhr erforderlich ist, um das Sensorelement 21 auf einer hohen Temperatur zu halten.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben aufgeführten Probleme zu lösen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Gassensor zu schaffen, bei dem ein Sensorelement einen Erfassungsabschnitt aufweist, der mit einer Schutzschicht überzogen ist, um zu verhindern, dass sich Wasser an einem Teil des Sensorelementes ablagert, der sich an einer hinteren Seite in Bezug auf die Schutzschicht befindet, ohne dass das Erfassungsvermögen beeinträchtigt wird oder mehr Strom zugeführt wird.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gassensor geschaffen, der ein Sensorelement umfasst, das sich in einer Achsenrichtung des Gassensors erstreckt, wobei das Sensorelement einen Erfassungsabschnitt, der an einem vorderen Endteil desselben ausgebildet ist, um eine spezifische Gaskomponente in einem gemessenen Gas zu erfassen, sowie eine poröse Schutzschicht aufweist, die den Erfassungsabschnitt überzieht, einen aus Keramik bestehenden zylindrischen Halter, der ein Einführloch aufweist, über das ein Teil des Sensorelementes, der sich an einer hinteren Seite in Bezug auf die Schutzschicht befindet, eingeführt wird, und das einen radialen Außenrand des Sensorelementes umgibt, sowie eine Metallhülse, die ein axiales Innenloch aufweist, in das der aus Keramik bestehende Halter eingesetzt wird, wobei das axiale Innenloch ein Loch mit kleinem Durchmesser, das sich an einer vorderen Endseite desselben befindet, sowie ein Loch mit großem Durchmesser einschließt, das sich an einer hinteren Seite in Bezug auf das Loch mit kleinem Durchmesser befindet und einen größeren Durchmesser hat als das Loch mit kleinem Durchmesser, wobei die Metallhülse einen radialen Außenrand des aus Keramik bestehenden Halters durch Eingriff einer nach vorn gewandten Fläche des aus Keramik bestehenden Halters mit einer nach hinten gewandten Fläche der Metallhülse umgibt, die zwischen einer Innenfläche des Lochs mit kleinem Durchmesser und einer Innenfläche des Lochs mit großem Durchmesser ausgebildet ist, der aus Keramik bestehende Halter ein vertieftes Loch aufweist, das mit einem größeren Durchmesser ausgebildet ist als das Einführloch und von der nach vorn gewandten Fläche des aus Keramik bestehenden Halters nach hinten vertieft ist, so dass es in Verbindung mit einem vorderen Ende des Einführlochs steht, ein hinterer Endteil der Schutzschicht in dem vertieften Loch aufgenommen ist und dabei ein Zwischenraum zwischen einer Innenumfangsfläche des vertieften Lochs und einer Außenfläche des Sensorelementes belassen wird, und der aus Keramik bestehende Halter eine vordere Umfangskante aufweist, die zwischen der Innenumfangsfläche des vertieften Lochs und der nach vorn gewandten Fläche des aus Keramik bestehenden Halters so ausgebildet ist, dass die gesamte vordere Umfangskante in Bezug auf die Innenfläche des Lochs mit kleinem Durchmesser radial innen liegt.
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Der Gassensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, wie oben erwähnt, so aufgebaut, dass das vertiefte Loch von der nach vorn gewandten Fläche des aus Keramik bestehenden Halters nach hinten vertieft ist, der hintere Endteil der Schutzschicht in dem vertieften Loch des aus Keramik bestehenden Halters aufgenommen ist und dabei ein bestimmter Zwischenraum zwischen ihnen belassen wird und die gesamte vordere Umfangskante in Bezug auf die Innenfläche des Lochs mit kleinem Durchmesser der Metallhülse radial innen liegt.
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Bei einem derartigen Aufbau ist der Zwischenraum zwischen der Innenumfangsfläche (Innenumfangskante) des vertieften Lochs des aus Keramik bestehenden Halters und der Außenfläche des Sensorelementes kleiner als der Zwischenraum zwischen der Innenfläche des Lochs mit kleinem Durchmesser der Metallhülse und der Außenfläche des Sensorelementes. Dadurch wird es, selbst wenn Wasser in den Gassensor eindringt und an der Innenfläche des Lochs mit kleinem Durchmesser der Metallhülse zu dem aus Keramik bestehenden Halter läuft, dem Wasser erschwert, in das vertiefte Loch des aus Keramik bestehenden Halters zu gelangen. Des Weiteren erstreckt sich die nach vorn gewandte Fläche des aus Keramik bestehenden Halters radial an der Position, die der Schutzschicht entspricht, so dass das Wasser über die nach vorn gewandte Fläche des aus Keramik bestehenden Halters zu dem Sensorelement gelangt und sich dann an der Schutzschicht ablagert. So kann verhindert werden, dass sich das Wasser an einem Teil des Sensorelementes ablagert, der an der hinteren Seite in Bezug auf die Schutzschicht liegt. Daher kann thermische Belastung an dem Sensorelement abgebaut werden und Beschädigung (z. B. Rissbildung) des Sensorelementes sicher verhindert werden.
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Des Weiteren wird der Zwischenraum zwischen dem Sensorelement und dem aus Keramik bestehenden Halter durch die Ausbildung des vertieften Lochs in dem aus Keramik bestehenden Halter verringert. Im Unterschied zu der Metallhülse kann der aus Keramik bestehende Halter Wärmeabstrahlung auf ihn von dem Sensorelement verzögern und so das Sensorelement auf einer hohen Temperatur halten. Damit kann Beeinträchtigung des Erfassungsvermögens des Sensorelementes vermieden werden, und Verringerung des Stromverbrauchs des Sensorelementes kann erzielt werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der aus Keramik bestehende Halter vorzugsweise einen vorstehenden Abschnitt auf, der zu der Vorderseite einer Umfangskante der Metallhülse vorsteht, die zwischen der nach hinten gewandten Fläche der Metallhülse und der Innenfläche des Lochs mit kleinem Durchmesser ausgebildet ist. Dadurch kann, wenn das Wasser an der Innenfläche des Lochs mit kleinem Durchmesser entlang zu dem aus Keramik bestehenden Halter läuft und über die nach vorn gewandte Fläche des aus Keramik bestehenden Halters zu dem Sensorelement gelangt, der vorstehende Abschnitt das Wasser zwangsweise nach vorn leiten, so dass es dem Wasser weiter erschwert wird, in den Zwischenraum zwischen der Innenumfangsfläche des vertieften Lochs und der Außenfläche des Sensorelementes zu gelangen. So kann sicherer verhindert werden, dass sich das Wasser an dem Teil des Sensorelementes ablagert, der an der hinteren Seite in Bezug auf die Schutzschicht liegt.
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Des Weiteren ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung die Innenumfangsfläche des vertieften Lochs vorzugsweise parallel zu der Achsenrichtung oder in einer konischen Form ausgebildet, deren Durchmesser nach hinten abnimmt. Dadurch wird Entfernen des aus Keramik bestehenden Halters aus dem Formwerkzeug erleichtert, wodurch die Produktivität bei dem aus Keramik bestehenden Halter verbessert werden kann.
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Dementsprechend kann mit der vorliegenden Erfindung nicht nur die Ablagerung von Wasser an dem Teil des Sensorelementes verhindert werden, der an der hinteren Seite in Bezug auf die Schutzschicht liegt, sondern auch Beeinträchtigung des Erfassungsvermögens umgangen werden und Verringerung des Stromverbrauchs erzielt werden.
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Die anderen Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Schnittansicht eines Gassensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Gassensors in 1.
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3 ist eine schematische Ansicht eines aus Keramik bestehenden Halters (vertiefter Abschnitt) des Gassensor in 1, von vorn durch eine Metallhülse gesehen.
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4 ist eine schematische Ansicht, die einen Schritt des Befestigens eines Sensorelementes an der Metallhülse bei der Herstellung des Gassensors in 1 zeigt.
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5 ist eine schematische Ansicht, die einen abschließenden Montageschritt bei der Herstellung des Gassensors in 1 zeigt.
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6 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer abgewandelten Form des Gassensors in 1.
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7 ist eine Unteransicht einer abgewandelten Form des aus Keramik bestehenden Halters in dem Gassensor in 1.
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8 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils eines herkömmlichen Gassensors.
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9 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils eines weiteren herkömmlichen Gassensors.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 bis 9 beschrieben. Die folgende Ausführungsform bezieht sich insbesondere auf einen Breitband-Sauerstoffsensor, der an einem Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors angebracht ist und zum Erfassen der Konzentration von Sauerstoff in einem Abgas (ein gemessenes Gas) eingerichtet ist, das durch das Auspuffrohr strömt, als einen Gassensor.
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Im Folgenden wird zunächst der Gesamtaufbau des Gassensors 1 erläutert.
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Der Gassensor 1 enthält, wie in 1 gezeigt, ein Sensorelement 21, das sich in der Richtung einer Achse O des Gassensors 1 erstreckt, einen aus Keramik bestehenden Halter 30, der ein Einführloch 32, über das das Sensorelement 21 eingeführt ist, sowie eine Metallhülse (Metallgehäuse) 11 aufweist, das ein radialen Außenrand des aus Keramik bestehenden Halters 30 umgibt. Ein vorderes Ende 23 und seine Umgebung (als ”vorderer Endteil” bezeichnet) des Sensorelementes 21 steht von einer nach vorn gewandten Fläche 30a des aus Keramik bestehenden Halters 30 (siehe 2 und 4) nach vorn vor. Ein Erfassungsabschnitt 22 ist an dem vorderen Endteil des Sensorelementes 21 ausgebildet. Ein Dichtungsmaterial 41 (beispielsweise ein aus Talkum geformter Körper), eine isolierende Buchse 43 sowie eine Ringscheibe 45 sind in dieser Reihenfolge an einer nach hinten gewandten Fläche des aus Keramik bestehenden Halters 30 im Inneren der Metallhülse 11 so positioniert, dass, wenn das Dichtungsmaterial 41 axial zusammengedrückt wird, indem auf die isolierende Buchse 43 und die Ringscheibe 45 gedruckt wird, das Sensorelement 21 über das Dichtungsmaterial 41, die isolierende Buchse 43 sowie die Ringscheibe 45 durch den aus Keramik bestehenden Halter 30 hermetisch in der Metallhülse 11 fixiert wird. Ein hinteres Ende 29 und seine Umgebung als „hinterer Endteil” bezeichnet des Sensorelementes 21 stehen von der isolierenden Buchse 43 und von der Metallhülse 11 nach hinten vor. Elektrodenanschlüsse 24 sind an dem hinteren Endteil des Sensorelementes 21 ausgebildet und über Quetschkontakte 75 jeweils elektrisch mit Zuleitungen 71 verbunden. Der Gassensor 1 enthält des Weiteren eine zweischichtige Schutzeinrichtung (weiter unten ausführlich erläutert), die an der Metallhülse 11 so angebracht ist, dass darin der vordere Endteil des Sensorelementes 21 geschützt wird, sowie eine Schutzröhre 81, die an der Metallhülse angebracht ist, so dass darin der hintere Endteil des Sensorelementes 21 (einschließlich der Elektrodenanschlüsse 24) geschützt wird. Die Zuleitungen 71 werden von einem hinteren Ende der Schutzröhre 81 über ein Dichtungselement 85 nach außen geleitet.
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Im Folgenden werden die jeweiligen strukturellen Komponenten des Gassensors 1 ausführlicher erläutert.
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Das Sensorelement 21 ist in Form einer länglichen Platte mit rechteckigem Querschnitt in der Richtung der Achse O ausgebildet. Der Erfassungsabschnitt 22 ist an dem vorderen Endteil des Sensorelementes 21 vorhanden und ist dem gemessenen Gas ausgesetzt, um die spezielle Gaskomponente in dem gemessenen Gas zu erfassen. In der vorliegenden Ausführungsform besteht das Sensorelement 21 vorwiegend aus keramischem Material (Festelektrolyt) und hat einen bekannten Aufbau. Das heißt, das Sensorelement 21 weist ein Festelektrolytmaterial (Element), das auf ein keramisches Material (Substrat) geschichtet ist, sowie ein Paar Erfassungselektroden (nicht dargestellt) auf, die an einer Seite des vorderen Endes des Elektrolytmaterials ausgebildet sind und den Erfassungsabschnitt 22 bilden. Das Sensorelement 21 weist des Weiteren eine poröse Schutzschicht 25 auf, die aus einem porösen Material, wie beispielsweise Aluminiumoxid oder Spinell, ausgebildet ist und den Erfassungsabschnitt 22 abdeckt. Dabei ist der Querschnitt des vorderen Endteils des Sensorelementes 21, an dem die Schutzschicht 25 ausgebildet ist, um eine Dicke der Schutzschicht 25 (z. B. 0,5 bis 6 mm) größer als der des Teils des Sensorelementes 21, der an der hinteren Seite in Bezug auf die Schutzschicht 25 liegt (in den Zeichnungen ist die Dicke der Schutzschicht 25 zur Veranschaulichung vergrößert). Des Weiteren hat der Querschnitt des Teils des Sensorelementes 21, der an der hinteren Seite in Bezug auf die Schutzschicht 25 liegt, über seine gesamte Länge gleichmäßige rechteckige Form (siehe 3). Das Sensorelement 21 enthält des Weiteren eine Heizeinrichtung (nicht dargestellt), die so in das keramische Material eingebettet ist, dass ihre Position der des Erfassungsabschnitts 22 entspricht. Die Elektrodenanschlüsse 24 sind an dem hinteren Endteil des Sensorelementes 21 ausgebildet und mit den entsprechenden Zuleitungen 71 zur Signalausgabe von dem Erfassungsabschnitt 22 sowie zur Stromzufuhr zu der Heizeinrichtung verbunden. Die Elektrodenanschlüsse 24 haben, obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, im Allgemeinen die Form länglicher Rechtecke. Zwei oder drei Elektrodenanschlüsse 24 sind nebeneinander an jeder von einander gegenüberliegenden Plattenflächen des hinteren Endteils des Sensorelementes 21 angeordnet.
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Die Metallhülse 11 ist in Form eines Zylinders mit unterschiedlichen Durchmessern in der Richtung der Achse O ausgebildet und enthält einen zylindrischen (ringförmigen) vorderen Endabschnitt 12, der mit einem kleinen Durchmesser versehen ist und um den herum die zweischichtige Schutzeinrichtung mittels Schweißen befestigt wird. Ein Gewinde 13 mit größerem Außendurchmesser als der vordere Endabschnitt 12 ist an einer Außenumfangsfläche der Metallhülse 11 an einer hinten liegenden Position in Bezug auf den vorderen Endabschnitt 12 vorhanden. Die Metallhülse 11 enthält des Weiteren einen polygonalen Abschnitt 14, der sich an der hinteren Seite in Bezug auf das Gewinde 13 befindet und mit dem der Gassensor 1 an dem Auspuffrohr angebracht wird, indem das Gewinde 13 in das Anbringungsloch eingeschraubt wird, einen zylindrischen Abschnitt 15, der sich an der hinteren Seite in Bezug auf den polygonalen Abschnitt 14 befindet und um den herum die Schutzröhre 81 mittels Schweißen befestigt wird, sowie einen zylindrischen hinteren Endabschnitt 16, der sich an der hinteren Seite in Bezug auf den zylindrischen Abschnitt 15 befindet und dessen Außendurchmesser kleiner ist als der des zylindrischen Abschnitts 15 und dessen Dicke zum Bördeln geringer ist. In 1 ist der hintere Endabschnitt 16 der Metallhülse 11 mittels Bördeln radial nach innen gebogen. Ein Dichtungsring 19 ist auf eine nach vorn gewandte Fläche des polygonalen Abschnitts aufgepasst und bildet so, wenn der Gassensor 1 an dem Auspuffrohr angebracht ist, eine Dichtung zwischen dem Gassensor 1 und dem Auspuffrohr.
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Ein axiales Innenloch 18 ist in der Richtung der Achse O durch die Metallhülse 11 hindurch ausgebildet, wie dies in 2 dargestellt ist. Das axiale Innenloch 18 enthält ein Loch 18a mit kleinem Durchmesser, das sich an einer Seite des vorderen Endes desselben befindet, sowie ein Loch 18b mit großem Durchmesser, das an der hinteren Seite in Bezug auf das Loch 18a mit kleinem Durchmesser liegt und einen größeren Durchmesser hat als das Loch 18a mit kleinem Durchmesser. Daher ist eine nach hinten gewandte Fläche 17b zwischen einer Innenfläche 17a des Lochs 18a mit kleinem Durchmesser und einer Innenfläche 17c des Lochs 18b mit großem Durchmesser ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform hat die nach hinten gewandte Fläche 17b eine konische Form, deren Durchmesser nach vorn abnimmt. Die Innenfläche 17a, die nach hinten gewandte Fläche 17b und die Innenfläche 17c bilden eine Innenumfangsfläche 17 der Metallhülse 11.
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Der aus Keramik bestehende Halter 30 ist aus einem isolierenden keramischen Material, wie beispielsweise Aluminiumoxid, in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet und ist in das Loch 18b mit großem Durchmesser der Metallhülse 11 eingesetzt. Die nach vorn gewandte Fläche 30a des aus Keramik bestehenden Halters 30 enthält, wie in 2 gezeigt, einen Außenbereich 30a2 der nach vorn gewandten Fläche in konischer Form, dessen Durchmesser nach vorn abnimmt, sowie einen Innenbereich 30a der nach vorn gewandten Fläche, der plan ausgebildet ist und in Bezug auf den Außenbereich 30a2 der nach vorn gewandten Fläche radial innen liegt. Der aus Keramik bestehende Halter 30 wird durch Eingriff einer radial außen liegenden Seite des äußeren nach vorn gewandten Flächenbereiches 30a2 mit der nach hinten gewandten Fläche 17b der Metallhülse 11 fixiert und mit Spiel in die Metallhülse 11 gepasst.
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Das Einführloch 32 ist durch die Mitte des aus Keramik bestehenden Halters 30 in der Richtung der Achse O ausgebildet und weist eine rechteckige Öffnung auf, die im Wesentlichen die gleichen Abmessungen hat wie die des Querschnitts des Teils des Sensorelementes 21, der an der hinteren Seite in Bezug auf die Schutzschicht 25 liegt, so dass der Teil des Sensorelementes 21, der an der hinteren Seite in Bezug auf die Schutzschicht 25 liegt, über das Einführloch 32 nahezu ohne Zwischenraum zwischen ihnen eingeführt werden kann.
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Der aus Keramik bestehende Halter 30 weist, wie in 2 gezeigt, des Weiteren ein vertieftes Loch 35 auf, das von dem Innenbereich 30a1 der nach vorn gewandten Fläche zur hinteren Seite hin vertieft ist und so mit einem vorderen Ende des Einführlochs 32 in Verbindung steht. In der vorliegenden Ausführungsform ist das vertiefte Loch 35 in einer Kreisform mit einem größeren Durchmesser als dem des Einführlochs 32 ausgebildet. Eine Bodenfläche 35b des vertieften Lochs 35 (deren Position der des vorderen Endes des Einführlochs 32 entspricht) ist plan ausgebildet, während eine Innenumfangsfläche 35e des vertieften Lochs 35 parallel zu der Richtung der Achse O ist. An einer Position zwischen der Innenumfangsfläche 35e des vertieften Lochs 35 und dem Innenbereich 30a1 der nach vorn gewandten Fläche des aus Keramik bestehenden Halters 30 ist eine vordere Umfangskante 35e ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein an die vordere Umfangskante 35e angrenzender Teil des Innenbereiches 30a1 der nach vorn gewandten Fläche abgeschrägt.
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Die zweischichtige Schutzeinrichtung ist, wie in 1 und 2 dargestellt, mit einem inneren und einem äußeren Schutzelement (Schutzröhren) 51 und 61 versehen. Das innere und das äußere Schutzelement 51 und 61 haben jeweils die Form eines mit Boden versehenen Zylinders. Ein hinterer Endabschnitt des inneren Schutzelementes 51 ist um den vorderen Endabschnitt 12 der Metallhülse 11 herum gepasst und daran angeschweißt. Eine Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter Lüftungslöcher 56 (z. B. acht Lüftungslöcher) sind an einer Seite des hinteren Endes des inneren Schutzelementes 51 ausgebildet, während eine Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter Ableitlöcher 53 (z. B. vier Ableitlöcher) an einer Seite des vorderen Endes des inneren Schutzelementes 51 ausgebildet sind. Ein hinterer Endabschnitt des äußeren Schutzelementes 61 ist um den hinteren Endabschnitt des inneren Schutzelementes 51 herum gepasst und an dem vorderen Endabschnitt 12 der Metallhülse 11 angeschweißt. Eine Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter Lüftungslöcher 67 (z. B. acht Lüftungslöcher) sind an einer Seite des vorderen Endes des äußeren Schutzelementes 61 ausgebildet, während ein Ableitloch 69 in der Mitte eines vorderen Endes des äußeren Schutzelementes 61 ausgebildet ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird das Sensorelement 21 über das Einführloch 32 des aus Keramik bestehenden Halters 30 eingeführt, wobei, wie in 1 und 2 gezeigt, das vordere Ende des Sensorelementes 21 von der nach vorn gewandten Fläche 30a des aus Keramik bestehenden Halters 30 und von einem vorderen Ende 12a der Metallhülse 11 nach vorn vorsteht und ein hinterer Endteil 26 der Schutzschicht 25 in dem vertieften Loch 35 aufgenommen ist. Um zu verhindern, dass die Schutzschicht 25 beim Einführen des Sensorelementes 21 in das Einführloch 32 des aus Keramik bestehenden Halters 30 durch Kollision mit dem aus Keramik bestehenden Halter 30 beschädigt wird, befindet sich der hintere Endteil 26 der Schutzschicht 25 vorzugsweise vor dem vorderen Ende des Einführlochs 32 (d. h. der Bodenfläche 35b des vertieften Lochs 35) und ist davon beabstandet. Des Weiteren ist der hintere Endteil 26 der Schutzschicht 25, der in dem vertieften Loch 35 aufgenommen ist, axial kürzer als der andere Abschnitt der Schutzschicht 25, der sich außerhalb des vertieften Lochs 35 befindet, um Beeinträchtigung des Erfassungsvermögens des Sensorelementes 21 zu verhindern.
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Weiterhin ist in der vorliegenden Ausführungsform die gesamte Innenumfangsfläche 35e des vertieften Lochs 35 von einer Außenumfangsfläche des hinteren Endteils 26 der Schutzschicht 25 entfernt, der in dem vertieften Loch 35 aufgenommen ist, und liegt gleichzeitig in Bezug auf eine Innenumfangsfläche 51a des inneren Schutzelementes radial innen (d. h. liegt in Bezug auf den am weitesten innen liegenden Umfangsteils der zweischichtigen Schutzeinrichtung, der direkt den Sensorelement 21 zugewandt ist, radial innen). Das heißt, die gesamte vordere Umfangskante 35e des vertieften Lochs 35 wird von vorn in der Richtung der Achse 0 durch das Loch 18a mit kleinem Durchmesser der Metallhülse 11 visuell wahrgenommen, wenn die Schutzelemente 51 und 61 abgenommen werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 2 gezeigt, die Innenumfangsfläche 35e des vertieften Lochs 35 parallel zu der Richtung der Achse O, so dass der Abstand von der Achse O zu einer radialen Position L1 der vorderen Umfangskante 35e des vertieften Lochs 35 nicht nur an der vorderen Umfangskante 35e des vertieften Lochs 35 einheitlich ist, sondern auch an jedem beliebigen Punkt an der Innenumfangsfläche 35e des vertieften Lochs 35. Die Innenfläche 17a des Lochs 18a mit kleinem Durchmesser ist in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, ebenfalls parallel zu der Richtung der Achse O, so dass der Abstand von der Achse O zu einer radialen Position L2 der Innenfläche 17a des Lochs 18a mit kleinem Durchmesser der Metallhülse 11 an jedem beliebigen Punkt an der Innenfläche 17a des Lochs 18a mit kleinem Durchmesser 18a einheitlich ist. Es ist dabei anzumerken, dass, wenn die Innenfläche 17a des Lochs 18a mit kleinem Durchmesser nicht parallel zu der Richtung der Achse O ist, die radiale Position L2 die radial am weitesten innen liegende Position bezeichnet, an der der Durchmesser der Innenfläche 17a des Lochs 18a mit kleinem Durchmesser in der Richtung der Achse O am kleinsten ist. Wenn die gesamte vordere Umfangskante 35e des vertieften Lochs 35 visuell wahrgenommen wird, ist der Abstand von der Achse O zu der Position L2 an jedem beliebigen Punkt am Umfang größer als der Abstand von der Achse O zu der Position L1 (d. h. L2 > L1). Wenn der Abstand von der Achse O zu der Position L2 kleiner ist als oder genauso groß wie der Abstand von der Achse O zu der Position L1 (d. h. L2 ≤ L1), ist ein Teil der vorderen Umfangskante 35e des vertieften Lochs 35 visuell nicht wahrzunehmen.
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Die Quetschkontakte 75 sind, wie in 1 gezeigt, an den vorderen Enden der Zuleitungen 71 angebracht und werden durch ihre jeweilige Federwirkung an die Elektrodenanschlüsse 24 des Sensorelementes 21 gequetscht, so dass elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenanschlüssen 24 und den Zuleitungen 71 hergestellt wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Quetschkontakt-Halteelement 91 aus keramischem Material in die Schutzröhre 81 eingesetzt. Quetschkontakt-Aufnahmelöcher sind in dem Quetschkontakt-Halteelement 91 so ausgebildet, dass die Quetschkontakte 75 über die jeweiligen Quetschkontakt-Aufnahmelöcher in einander gegenüberliegender Anordnung gehalten werden. Des Weiteren ist ein ringförmiges Trageelement 80 in der Schutzröhre 81 so fixiert, dass radiale oder nach vorn gerichtete Bewegung des Quetschkontakt-Halteelementes 91 eingeschränkt wird.
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Die Schutzröhre 81 besteht aus einem Metallmaterial in einer zylindrischen Form mit unterschiedlichen Durchmessern. Ein zylindrischer vorderer Endabschnitt 82 mit großem Durchmesser der Schutzröhre 81 ist um den zylindrischen Abschnitt 15 der Metallhülse 11 herum gepasst und daran angeschweißt, so dass der hintere Endteil des Gassensors 1 von der Schutzröhre 81 hermetisch abgedeckt wird.
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Das Dichtungselement 85 besteht beispielsweise aus einem Gummimaterial und ist in einen zylindrischen hinteren Endabschnitt 83 mit kleinem Durchmesser der Schutzröhre 81 eingepasst. Zuleitungs-Einführlöcher sind in dem Dichtungselement 85 so ausgebildet, dass die Zuleitungen 71 über die jeweiligen Zuleitungs-Einführlöcher nach außen geführt werden. Das Dichtungselement 85 wird zusammengedrückt, indem der zylindrische hintere Endabschnitt 83 mit kleinem Durchmesser der Schutzröhre 81 radial nach innen umgebogen wird, so dass die hintere Endöffnung der äußeren Röhre 81 hermetisch verschlossen wird.
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Der Gassensor 1 ist, wie oben erwähnt, so aufgebaut, dass das vertiefte Loch 35 von der nach vorn gewandten Fläche 30a des aus Keramik bestehenden Halters 30 nach hinten vertieft ist, der hintere Endteil 26 der Schutzröhre 25 in dem vertieften Loch 35 des aus Keramik bestehenden Halters 30. mit einem zwischen ihnen verbleibenden Zwischenraum aufgenommen ist und die gesamte vordere Umfangskante 35e des aus Keramik bestehenden Halters 30 in Bezug auf die Innenfläche 17a des Lochs 18a mit kleinem Durchmesser der Metallhülse 11 radial innen liegt.
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Bei diesem Aufbau ist der Zwischenraum zwischen der Innenumfangsfläche 35e des vertieften Lochs 35 des aus Keramik bestehenden Halters 30 und der Außenfläche des Sensorelementes 21 kleiner als der Zwischenraum zwischen der Innenfläche 17a des Lochs 18 mit kleinem Durchmesser der Metallhülse 11 und der Außenfläche des Sensorelementes 21. Dadurch wird es, selbst wenn Wasser über die Lüftungslöcher 56 und 67 der Schutzelemente 51 und 61 in das Innere des Gassensors 1 eindringt und an der Innenfläche 17a des Lochs 18a mit kleinem Durchmesser der Metallhülse 11 zu dem aus Keramik bestehenden Halter 30 läuft, dem Wasser W erschwert, in das vertiefte Loch 35 des aus Keramik bestehenden Halters 30 zu gelangen.
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Des Weiteren erstreckt sich die nach vorn gewandte Fläche 30a radial an der Position, die der Schutzschicht 25 des Sensorelementes 21 entspricht, so dass das Wasser W über die nach vorn gewandte Fläche 30a des aus Keramik bestehenden Halters 30 zu dem Sensorelement 21 gelangt und sich dann an der Schutzschicht 25 ablagert. So kann verhindert werden, dass sich das Wasser W an einer Seitenfläche P des Sensorelementes 21 ablagert, die nicht mit der Schutzschicht 25 überzogen ist. Daher kann Beschädigung (z. B. Rissbildung) des Sensorelementes 21 aufgrund thermischer Belastung durch die Ablagerung des Wassers W sicher verhindert werden.
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Darüber hinaus kann der Zwischenraum zwischen dem Sensorelement 21 und dem aus Keramik bestehenden Halter 30 durch die Ausbildung des vertieften Lochs 35 in dem aus Keramik bestehenden Halter 30 verkleinert werden. Im Unterschied zu der Metallhülse 11 kann der aus Keramik bestehende Halter 31 die Abstrahlung von Wärme von dem Sensorelement 21 auf diesen verzögern, um so das Sensorelement 21 auf einer hohen Temperatur zu halten. Damit kann Beeinträchtigung des Erfassungsvermögens des Sensorelementes 21 vermieden werden und Verringerung des Stromverbrauchs des Sensorelementes 21 erzielt werden.
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Es ist, wie in 2 gezeigt, eine Umfangskante Q zwischen der nach hinten gewandten Fläche 17b der Metallhülse 11 und der Innenfläche 17a des Lochs 18a mit kleinem Durchmesser an einer axialen Position L3 vorhanden. In der vorliegenden Ausführungsform weist der aus Keramik bestehende Halter 30 einen vorstehenden Abschnitt 30b auf, der vor die axiale Position L3 vorsteht. Dadurch kann, wenn das Wasser W an der Innenfläche 18a des Lochs 17a mit kleinem Durchmesser entlang zu dem aus Keramik bestehenden Halter 30 läuft und über die nach vorn gewandte Fläche 30a des aus Keramik bestehenden Halters 30 zu dem Sensorelement 21 gelangt, der vorstehende Abschnitt 31b das Wasser W zwangsweise nach vorn leiten und erschwert es damit dem Wasser W mehr, in den Raum zwischen der Innenumfangsfläche 35e des vertieften Lochs 35 und der Außenfläche des Sensorelementes 21 zu gelangen. So kann sicherer verhindert werden, dass sich das Wasser W an der Seitenfläche P des Sensorelementes 21 ablagert.
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Bei dem Gassensor 1 wird das Dichtungsmaterial 41 durch die isolierende Muffe nach vorn gedrückt und axial zusammengedrückt, wenn der hintere Endabschnitt 16 der Metallhülse 11 über die Ringscheibe 45 radial nach innen umgebogen wird. Das Sensorelement 21 wird so, wie oben erwähnt, durch den aus Keramik bestehenden Halter 30 über das Dichtungsmaterial 41, die isolierende Muffe 43 und die Ringscheibe 45 hermetisch in der Metallhülse 11 fixiert.
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Im Folgenden wird das Montieren des Gassensors 1 mit dem oben beschriebenen Aufbau (einschließlich der Anbringung des Sensorelementes 21) erläutert.
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Der hintere Endteil des Sensorelementes 21 wird, wie in 4 oben links gezeigt, über den aus Keramik bestehenden Halter 30, das Dichtungsmaterial 41 und die isolierende Muffe 43 eingeführt. Die entstehende Teilbaugruppeneinheit wird, wie in 4 unten links gezeigt, eingeführt und in das axiale Innenloch 18 der Metallhülse 11 eingesetzt. Die Ringscheibe 45 ist an einem hinteren Ende der isolierenden Muffe 43 im Inneren des hinteren Endabschnitts 16 der Metallhülse 11 angeordnet. In diesem Stadium steht das vordere Ende 23 des Sensorelementes 21 um ein entsprechendes Maß (Länge) vor.
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Dann wird die Metallhülse 11, wie an der rechten Seite in 4 gezeigt, mit einer Vorrichtung 201 durch Kontakt einer nach vorn gewandten Fläche des polygonalen Abschnitts 14 der Metallhülse 11 mit einem Positionierabschnitt 205 der Vorrichtung 201 eingesetzt und in Position gehalten. Wenn der hintere Endabschnitt 16 der Metallhülse 11 mit einem Quetschwerkzeug 210 gebogen und zur Vorderseite hin radial nach innen gequetscht bzw. umgefalzt wird, werden das Dichtungsmaterial 41 und die isolierende Muffe 43 axial zusammengedrückt und damit der aus Keramik bestehende Halter 30, in den das Sensorelement 21 eingeführt ist, geschoben. So werden das Sensorelement 21, der aus Keramik bestehende Halter 30 usw. in der Metallhülse 11 fixiert, wobei das vordere Ende 23 des Sensorelementes 21 um eine Länge L4 von dem vorderen Ende des aus Keramik bestehenden Halters 30 vorsteht. Es ist anzumerken, dass das Dichtungsmaterial 41 und die isolierende Muffe 43, obwohl in den Zeichnungen nicht im Einzelnen gezeigt, jeweils ein längliches rechteckiges Loch haben, dessen Form dem Querschnitt des Sensorelementes 21 (in der Richtung der Achse O gesehen) vor dem Zusammendrücken entspricht, wie dies bei dem aus Keramik bestehenden Halter 30 der Fall ist.
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Die wie oben beschrieben hergestellte Teilbaugruppeneinheit wird, wie in 5 gezeigt, zu einer Teilbaugruppeneinheit 101 der Vorderseite verarbeitet, indem die Schutzelemente 51 und 61 an die Metallhülse 11 angeschweißt werden und die Dichtung 19 auf die Metallhülse 11 aufgepasst wird, während eine Teilbaugruppeneinheit 102 der hinteren Seite hergestellt wird, indem die jeweiligen anderen strukturellen Komponenten des Sensors zusammengesetzt werden. Diese Teilbaugruppeneinheiten 101 und 102 werden zusammengesetzt, indem die Teilbaugruppeneinheiten 101 und 102 koaxial zueinander angeordnet werden und die Teilbaugruppeneinheit 101 in die Teilbaugruppeneinheit 102 eingepasst wird. Wenn der vorstehende hintere Endteil des Sensorelementes 21, an dem die Elektrodenanschlüsse 24 ausgebildet worden sind, zwischen den einander gegenüberliegenden Quetschkontakten 75 in dem Quetschkontakt-Halteelement 91 eingeführt wird, werden die Quetschkontakte 75 durch ihre jeweilige Federwirkung an die Elektrodenanschlüsse 24 gequetscht. Der zylindrische vordere Endabschnitt 82 mit großem Durchmesser der Schutzröhre 81 wird um den zylindrischen Abschnitt 15 der Metallhülse 11 herum gepasst. Der gesamte Umfang des Teils, in dem der vordere Endabschnitt 82 der Schutzröhre 81 und der zylindrische Abschnitt 15 der Metallhülse 11 einander überlappen, wird dann Laserschweißen unterzogen. Damit ist der Gassensor 1 in 1 fertig gestellt.
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Der gesamte Inhalt der
japanischen Patentanmeldungen Nr. 2013-239722 (eingereicht am 20. November 2013) sowie Nr. 2013-106474 (eingereicht am 20. Mai 2013) wird hiermit durch Verweis einbezogen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die oben aufgeführte spezielle Ausführungsform beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt. Verschiedene Abwandlungen und Veränderungen können an der oben beschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise sind die Form des aus Keramik bestehenden Halters 30, die Formen des vertieften Lochs 35 und der nach vorn gewandten Fläche 30a des aus Keramik bestehenden Halters 30 sowie die Form des Innenlochs 17 der Metallhülse 11 nicht auf die oben beschriebenen beschränkt.
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Es ist, wie in 6 gezeigt, als ein Beispiel für die Abwandlung der oben beschriebenen Ausführungsform möglich, dass eine Metallhülse 110 und ein aus Keramik bestehender Halter 130 vorhanden sind.
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Bei dem Beispiel der Abwandlung in 6 enthält ein axiales Innenloch 180 der Metallhülse 110 ein Loch 180a mit kleinem Durchmesser und ein Loch 180b mit großem Durchmesser, so dass an einer Innenumfangsfläche 170 der Metallhülse 110 eine nach hinten gewandten Fläche 170b als eine plane horizontale Fläche zwischen einer Innenfläche 170a des Lochs 180a mit kleinem Durchmesser und einer Innenfläche 170c des Lochs 180b mit großem Durchmesser ausgebildet ist. Des Weiteren enthält eine nach vorn gewandte Fläche 130a des aus Keramik bestehenden Halters 130 einen planen Außenbereich 130a3 der nach vorn gewandten Fläche, der mit der planen nach hinten gewandten Fläche 170 der Metallhülse 110 in Eingriff kommt, sowie einen Zwischenbereich 130a2 der nach vorn gewandten Fläche, der radial innerhalb des Außenbereiches 130a3 der nach vorn gewandten Fläche liegt und eine konische Form hat, deren Durchmesser nach vorn abnimmt, und einen planen Innenbereich 130a1 der nach vorn gewandten Fläche, der radial innerhalb des Zwischenbereiches 130a2 der nach vorn gewandten Fläche liegt. Der aus Keramik bestehende Halter 130 wird so durch Eingriff des planen Außenbereiches 130a3 der nach vorn gewandten Fläche des aus Keramik bestehenden Halters 130 mit der planen nach hinten gewandten Fläche 170b der Metallhülse 110 in dem axialen Innenloch 180 der Metallhülse 11 fixiert und mit Spiel darin eingepasst.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform weist der aus Keramik bestehende Halter 130 ein vertieftes Loch 135 auf, das bei dem Beispiel der Abwandlung in 6 von der nach vorn gewandten Fläche 130a nach hinten vertieft ist. Zwischen einer Innenumfangsfläche 135e des vertieften Lochs 135 und dem Innenbereich 130a1 der nach vorn gewandten Fläche des aus Keramik bestehenden Halters 130 ist eine vordere Umfangskante 135e so ausgebildet, dass die gesamte vordere Umfangskante 135e des vertieften Lochs 135 radial innerhalb der Innenfläche 170a des Lochs 180a mit kleinem Durchmesser der Metallhülse 110 liegt. Das heißt, die gesamte vordere Umfangskante 135e des vertieften Lochs 135 wird beim Abnehmen der Schutzelemente 51 und 61, von der Vorderseite in der Richtung der Achse O durch die Metallhülse 110 gesehen, visuell wahrgenommen.
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Des Weiteren weist der aus Keramik bestehende Halter 130 einen vorstehenden Abschnitt 130b auf, der bei dem abgewandelten Beispiel in 6 wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform von der axialen Position L3 einer Umfangskante Q zwischen der nach hinten gewandten Fläche 170b der Metallhülse 110 und der Innenfläche 170a des Lochs 180a mit kleinem Durchmesser nach vorn vorsteht.
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Bei dem abgewandelten Beispiel in 6 hat die Innenumfangsfläche 135e des vertieften Lochs 135 eine konische Form, deren Durchmesser nach hinten abnimmt, obwohl die Innenumfangsfläche 35e des vertieften Lochs 35 bei der oben beschriebenen Ausführungsform parallel zu der Richtung der Achse O ist. Im Allgemeinen wird der aus Keramik bestehende Halter 30, 130 durch Formgießen (die molding) eines keramischen Materials und Brennen des entstehenden Formkörpers hergestellt. Wenn sich die Innenumfangsfläche 35e, 135e des vertieften Lochs 35, 135 nach vorn verjüngt (ihr Durchmesser abnimmt), wird es schwierig, den aus Keramik bestehenden Halter 30, 130 (Formkörper) aus der Gießform zu entfernen. Dies macht es notwendig, eine geteilte Form einzusetzen usw., und so kommt es zu einer Zunahme der Kosten. So ist die Innenumfangsfläche 35e, 135e des vertieften Lochs 35, 135 parallel zu der Richtung der Achse O oder hat eine konische Form, deren Durchmesser nach hinten abnimmt.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform sind sowohl die Außenumfangsfläche des aus Keramik bestehenden Halters 30 als auch die Innenumfangsfläche 35e des vertieften Lochs 35, von vorn gesehen, kreisförmig, um gleichmäßige Wanddicke zu gewährleisten und Verformung des aus Keramik bestehenden Halters 30 zu verhindern, die durch Dickenschwankungen bei der Herstellung des aus Keramik bestehenden Halters 30 mittels Sintern verursacht werden.
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Im Allgemeinen ist das Einführloch des keramischen Isolators so ausgebildet, dass es in Form und Größe dem Querschnitt des Sensorelementes entspricht, so dass das Sensorelement über das Einführloch des aus Keramik bestehenden Halters so eingeführt werden kann, dass nahezu kein Zwischenraum (oder ein geringer Zwischenraum) zwischen ihnen verbleibt. Wenn das Sensorelement die Form einer länglichen Platte (oder die Form eines quadratischen Stabes) mit rechteckigem Querschnitt hat, wird das Einführloch des aus Keramik bestehenden Halters in einer rechteckigen Form ausgebildet, die dem rechteckigen Querschnitt des Sensorelementes entspricht. Wenn das Sensorelement eine Stangenform mit kreisförmigem Querschnitt hat, wird das Einführloch des aus Keramik bestehenden Halters in einer Kreisform ausgebildet, die dem kreisförmigen Querschnitt des Sensorelementes entspricht. Im Unterschied dazu wird der keramische Isolator selbst unter dem Aspekt elektrischer Isolierung und Wärmebeständigkeit aus einem keramischen Material beispielsweise in einer zylindrischen Form mit einem kreisförmigen Außenumfang ausgebildet. Daher hat der keramische Isolator vorzugsweise eine Außenumfangsfläche mit Kreisform, und gleichzeitig hat das vertiefte Loch des keramischen Isolators, von vorn gesehen, eine Innenumfangsfläche in zylindrischer Form, um Gleichmäßigkeit der Wanddicke zu gewährleisten und Sinterverformung sowie Spannungskonzentration zu vermeiden.
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Beispielsweise kann ein aus Keramik bestehender Halter 230 mit einem vertieften Loch 235 so geschaffen werden, dass, wie in 7 gezeigt, eine Innenumfangsfläche 235e des vertieften Lochs 235, von vorn gesehen, polygonale (z. B. rechteckige) Form hat. In diesem Fall ist die Innenumfangsfläche 235e des vertieften Lochs 235 vorzugsweise in einer polygonalen Form ausgebildet, die so viele Seiten wie möglich hat und dadurch einem Kreis möglichst nahe kommt, so dass die Wanddicke des vertieften Lochs 235 so gleichmäßig wie möglich ist, die Festigkeit des aus Keramik bestehenden Halters 230 verbessert wird und Sinterverformung des aus Keramik bestehenden Halters 230 verhindert wird.
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Obwohl das Sensorelement 21 der oben beschriebenen Ausführungsform rechteckigen Querschnitt hat, kann das Sensorelement 21 als Alternative dazu jede beliebige andere Querschnittsform, beispielsweise einen quadratischen Querschnitt, haben.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung als der Breitband-Sauerstoffsensor ausgeführt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf einen derartigen Sauerstoffsensor beschränkt und kann bei verschiedenen Typen von Gassensoren eingesetzt werden.
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Der Schutzumfang der Erfindung wird anhand der folgenden Patentansprüche definiert.
