DE102015225434B3 - Sensor und dessen Herstellungsverfahren zur Anwendung in einem Abgasstrang - Google Patents

Sensor und dessen Herstellungsverfahren zur Anwendung in einem Abgasstrang Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Anwendung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges, wobei der Sensor ein Sensorelement aufweist, das mit mindestens einer elektrischen Durchführung verbunden ist, wobei die elektrische Durchführung das Sensorelement mit elektrischer Energie versorgt und/oder die elektrische Durchführung die vom Sensorelement erzeugten Signale an eine nachfolgende Elektronik weiterleitet, wobei die elektrische Durchführung durch ein keramisches, elektrisch isolierendes Material führt und wobei die elektrische Durchführung mit dem keramischen, elektrisch isolierenden Material gasdicht verbunden ist, indem zwischen der elektrischen Durchführung und dem keramischen, elektrisch isolierenden Material ein Hochtemperaturhartlot angeordnet ist. Um einen dauerhaft gasdichten Sensor zur Anwendung im Abgasstrang anzugeben, der kostengünstig herstellbar ist, ist die elektrische Durchführung in dem Bereich, in dem sie das keramische, elektrisch isolierende Material durchdringt, konusförmig ausgebildet, und das keramische, elektrisch isolierende Material ist in dem Bereich, in dem es von der elektrische Durchführung durchdrungen wird, ebenfalls konusförmig ausgebildet, wobei der erste Konus dieselbe Konizität aufweist wie der zweite Konus und der erste Konus zum zweiten Konus derart angeordnet ist, dass ein Spalt mit definierter Breite zwischen dem ersten Konus und dem zweiten Konus ausgebildet ist und dieser Spalt mit dem Hochtemperaturhartlot ausgefüllt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Sensor und dessen Herstellungsverfahren zur Anwendung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges, wobei der Sensor ein Sensorelement aufweist, das mit mindestens einer elektrischen Durchführung verbunden ist, wobei die elektrische Durchführung das Sensorelement mit elektrischer Energie versorgt und/oder die elektrische Durchführung das vom Sensorelement erzeugten Signal an eine nachfolgende Elektronik weiterleitet.
  • In der Automobilindustrie wird der Abgasnachbehandlung seit vielen Jahren hohe Bedeutung zugemessen, was die Erfassung physikalischer und chemischer Parameter im Abgasstrang notwendig macht. Zur Erfassung dieser Parameter werden Sensoren eingesetzt, die bei sehr hohen Temperaturen zuverlässig arbeiten müssen, die dabei jedoch immer eine Verbindung zur wesentlich kälteren Umgebung des Abgasstranges aufweisen, wobei diese Verbindung in der Regel dauerhaft gasdicht ausgeführt sein muss.
  • Zur Messung hoher Temperaturen im Bereich von 1000°C und mehr existieren berührungslose Verfahren, die beispielsweise die spektrale Strahlungsdichte des Körpers, dessen Temperatur bestimmt werden soll, vermessen. Diese Verfahren eignen sich sehr gut zur Bestimmung von Temperaturen unter Laborbedingungen. Im großtechnischen Einsatz und vor allem im Kraftfahrzeug sind diese Verfahren in der Regel zu aufwendig, zu empfindlich und zu teuer.
  • Gerade in der Automobilindustrie, in der sehr große Stückzahlen von Sensoren benötigt werden, wären berührungslose Verfahren zur Temperaturmessung ungeeignet. Demgegenüber steht ein großes Interesse, zum Beispiel die im Abgasstrang von Kraftfahrzeugen herrschende Temperatur preisgünstig und präzise zu bestimmen. Hierfür bieten sich Messvorrichtungen an, bei denen die Messelemente, zum Beispiel in Form einer Platinsonde, die ihren Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, in den Abgasstrang eingebracht werden. Bei diesen Vorrichtungen tritt jedoch das Problem auf, dass die Messsonde selber im Abgasstrang thermisch hoch belastet wird, wobei die Signale der Messsonde in die thermisch gering belastete Umgebung des Abgasstrangs geführt werden müssen, um sie auswerten zu können.
  • Rußsensoren dienen der Messung des aktuell ausgestoßenen Rußes im Abgasstrang, damit dem Motormanagement in einem Kraftfahrzeug in einer aktuellen Fahrsituation Informationen zukommen, um mit regelungstechnischen Anpassungen die Emissionswerte zu reduzieren. Darüber hinaus kann mit Hilfe der Rußsensoren eine aktive Abgasreinigung durch Abgas-Rußfilter eingeleitet werden oder eine Abgasrückführung zur Brennkraftmaschine erfolgen. Im Falle der Rußfilterung werden regenerierbare Filter verwendet, die einen wesentlichen Teil des Rußgehaltes aus dem Abgas herausfiltern. Benötigt werden Rußsensoren für die Detektion von Ruß, um die Funktion der Rußfilter zu überwachen bzw. um deren Regenerationszyklen zu steuern. Auch die Rußsensoren arbeiten bei hohen Temperaturen im Abgasstrang und übertragen die ermittelten Daten an Steuergeräte, die außerhalb des Abgasstrangs angeordnet sind. Wiederum ist dazu eine hohe Temperaturdifferenz gasdicht zu überbrücken.
  • Bei Verbrennungsmotoren ist es seit geraumer Zeit üblich den Sauerstoffgehalt im Abgastrakt des Verbrennungsmotors zu erfassen, um eine optimale Verbrennung des Kraftstoffes in dem Brennräumen des Verbrennungsmotors zu gewährleisten. Dazu werden Sauerstoffsensoren im Abgasstrang des Kraftfahrzeuges eingesetzt, die ebenfalls bei hohen Temperaturen arbeiten und gasdicht gegen die Umgebung des Abgasstranges ausgebildet sein müssen. An die elektrischen Durchführungen dieser Sauerstoffsensoren werden daher hohe Anforderungen gestellt, die nach dem Stand der Technik nur mit teuren und aufwendigen Lösungen erfüllt werden können.
  • Bei all diesen Sensoren müssen Keramik-Keramik-Verbindungen und auch Keramik-Metall-Verbindungen gasdicht ausgeführt werden. Dies geschieht in der Regel durch Hochtemperaturhartlöten, wobei bei Temperaturen über 800°C das Hochtemperaturhartlot aufgeschmolzen wird und einen Lotspalt zwischen die Teile fließt, die verbunden werden und abgedichtet werden sollen. Die Lotspalte sind nach dem Stand der Technik als radial umlaufende, achsparallele und koaxial ausgebildete Spalte ausgebildet, wobei der umlaufende Lotspalt eine Toleranz von 30 bis 100 μm aufweisen durfte, um eine gute Füllung mit dem Hartlot zu gewährleisten, ohne dass es zu eine unerwünschten Überfüllung des Lotspaltes mit Hartlot kommt.
  • Diese hohen Anforderungen an die Fertigungstoleranzen sowohl der Metallbauteile als auch der Keramikbauteile führt zu hohen Herstellungskosten, die vermieden werden sollen.
  • Die DE 10 2012 208 451 A1 offenbart einen Sensor, der eine Röhre enthält, die einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser, der lose in ein Röhren-Einführloch einer ringförmigen Anbringungseinrichtung eingeführt ist, und einen Abschnitt mit großem Durchmesser aufweist, dessen Durchmesser größer ist als ein Innendurchmesser des Röhren-Einführlochs.
  • Die DE 197 07 458 A1 betrifft einen Messfühler, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Abgasen von Verbrennungsmotoren, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • Aus der DE 10 2007 042 100 B4 ist ein Drucksensor mit Membran zur Druckerfassung bekannt.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen dauerhaft gasdichten Sensor und dessen Herstellungsverfahren zur Anwendung im Abgasstrang anzugeben, wobei dieser Sensor kostengünstig herstellbar ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Sensoren und Verfahren zur Herstellung entsprechender Sensoren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 sowie 4 und 5 gelöst.
  • Dadurch, dass die elektrische Durchführung in dem Bereich in dem sie das keramische, elektrisch isolierende Material durchdringt konusförmig ausgebildet ist und das keramische, elektrisch isolierende Material in dem Bereich in dem es von der elektrische Durchführung durchdrungen wird ebenfalls konusförmig ausgebildet ist, wobei der erste Konus dieselbe Konizität aufweist wie der zweite Konus und der erste Konus zum zweiten Konus derart angeordnet ist, dass ein Spalt mit definierter Breite zwischen ersten Konus und dem zweiten Konus ausgebildet ist und dieser Spalt mit dem Hochtemperaturhartlot ausgefüllt ist, kann sowohl das keramische, elektrisch isolierende Material als auch elektrische Durchführung ohne aufwendige Nachbearbeitungsschritte hergestellt werden. Das keramische, elektrisch isolierende Material kann direkt nach dem Brennen also „as fired” verwendet werden und muss nicht noch aufwendig geschliffen oder poliert werden. Auch die elektrische Durchführung kann einfach hergestellt werden, ohne aufwendige Dreh- und Schleifverfahren einsetzen zu müssen. Dadurch wird die Herstellung des erfindungsgemäßen Sensors erheblich vereinfacht und die Kosten für die Herstellung des erfindungsgemäßen Sensors erheblich geringer als bei der Herstellung eines konventionellen Sensors. Durch die Verwendung eines ersten und eines zweiten Konus mit derselben Konizität, kann durch eine einfache axiale Verschiebung der Bauteile zueinander die Spaltbreite hinreichend genau eingestellt werden, so dass das Hochtemperaturlot den Spalt vollständig ausfüllen kann und eine gasdichte Verbindung zwischen dem keramischen, elektrisch isolierende Material und der elektrische Durchführung entsteht.
  • Die soeben beschriebenen Vorteile ergeben sich auch, wenn der rotationssymmetrische, metallische Mantel in dem Bereich in dem das keramische, elektrisch isolierende Material angeordnet ist konusförmig ausgebildet ist und das keramische, elektrisch isolierende Material in dem Bereich in dem es von dem rotationssymmetrischen, metallischen Mantel umgeben wird ebenfalls konusförmig ausgebildet ist, wobei der dritte Konus die selbe Konizität aufweist wie der vierte Konus und der dritte Konus zum vierten Konus derart angeordnet ist, dass ein Spalt mit definierter Breite zwischen dritten Konus und dem vierten Konus ausgebildet ist und dieser Spalt mit dem Hochtemperaturhartlot ausgefüllt ist.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden Beispielen.
  • Es zeigen:
  • 1 einen langgestreckten Hochtemperatursensor,
  • 2 einen Rußsensor,
  • 3 einen schematisch dargestellten Sauerstoffsensor,
  • 4 einen Sensor nach dem Stand der Technik,
  • 5 einen erfindungsgemäßen Sensor,
  • 6 einen weiteren erfindungsgemäßen Sensor,
  • 7 ein Kraftfahrzeug mit einem Abgasstrang.
  • 1 zeigt einen langgestreckten Hochtemperatursensor 6. Der Hochtemperatursensor 6 ist zur Anwendung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges geeignet. Der Hochtemperatursensor 6 besteht aus einem Schutzrohr 9, das einseitig mit der Schutzrohrkappe 2 verschlossen ist. In der Schutzrohrkappe 2 ist das Temperatursensorelement 7 zu erkennen. Dieses Temperatursensorelement 7 ist in der Regel ein Widerstandssensorelement, das mit zunehmender Temperatur seinen Widerstandswert entweder erhöht oder verringert. Diese Sensorelemente sind zum Beispiel unter den Namen NTC oder PTC bekannt. Der Raum zwischen dem Sensorelement 7 und der Schutzrohrkappe 2 ist mit einem gut Wärme leitenden Material 8 ausgefüllt. Dies kann zum Beispiel ein feines Siliziumpulver sein. Im Schutzrohr 9 sind die elektrischen Leitungen 1 zu erkennen, die eine elektrische Verbindung zwischen dem Sensorelement 7 und einer hier nicht dargestellten nachfolgenden Auswerteelektronik herstellen. Die elektrischen Leitungen 1 bildet eine Durchführung durch einen Befestigungssockel 4. Der Befestigungssockel 4 kann aus einem keramischen, elektrisch isolierenden Material bestehen. Die elektrischen Leitungen 1 sind in einem Leitungsträger 3 gelagert, der in der Regel die elektrische Isolation zwischen den elektrischen Leitungen und dem metallischen Schutzrohr 9 herstellt. Das Schutzrohr 9 ist fest mit einem Teil des Versteifungsrohres 5 verbunden. Das Versteifungsrohr 5 kann als rotationssymmetrischer, metallischer Mantel ausgebildet sein. Am Versteifungsrohr 5 ist der Befestigungssockel 4 für den Hochtemperatursensor 12 zu erkennen. Mit dem Befestigungssockel 4 kann der Hochtemperatursensor 6 im Abgasstrang befestigt werden.
  • 2 zeigt einen Rußsensor 11. Der Rußsensor 11 ist zur Anwendung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges geeignet. Der Rußsensor 11 besteht aus einer Messelektrode 12, die im Inneren einer Außenelektrode 13 angeordnet ist. Die Außenelektrode 13 kann als rotationssymmetrischer, metallischer Mantel ausgebildet sein. Zwischen der Messelektrode 12, die ein Sensorelement bildet, und der Außenelektrode befindet sich das Abgas des Verbrennungsmotors, in dem Rußpartikel 14 enthalten sind. Die Konzentration der Rußpartikel 14 im Abgas soll durch den Rußsensor 11 gemessen werden. Dazu wird eine Messspannung durch die Spannungsversorgung 16 zwischen der Messelektrode 12 und der Außenelektrode 13 angelegt. Die Messelektrode 12 ist von der Außenelektrode 13 mithilfe des Isolationskörpers 15 elektrisch isoliert. Der Isolationskörper 15 kann als Scheibe aus einem keramischen, elektrisch isolierenden Material aufgebaut sein. Die Messelektrode 12 bildet eine Durchführung durch den Isolationskörpers 15. Weiterhin ist in 1 zu erkennen, dass zwischen der Spannungsversorgung 16 und der Außenelektrode 13 ein Ohmscher Widerstand 17 geschaltet ist, der hochohmig ausgeführt ist, um die relativ kleinen Ströme messen zu können, die sich aufgrund der Rußpartikel 14 zwischen der Messelektrode 12 und der Außenelektrode 13 ausbilden. Die Messung dieser Ströme erfolgt durch das Strommesselement 18, das mit einer Auswerteelektronik 19 verbunden ist. Derartige Rußsensoren werden zur On-Board-Diagnose in Kraftfahrzeugen mit Dieselmotoren eingesetzt.
  • Der in 3 schematisch dargestellte Sauerstoffsensor 28 besitzt ein Sensorelement 22, das auf dem vorderen Ende eines stabförmigen Trägerelementes 25 angeordnet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Interdigitalelektrode handeln. Die elektrischen Leiter 21 des Sensorelementes 22 erstrecken sich in 3 nach rechts bis in einen Kontaktbereich des Sauerstoffsensorsteckers 29. Ein Sensorgehäuse 23 bildet eine Halterung für das Sensorelement 22 und weist eine hier nicht dargestellte Auswerteelektronik für das Sensorelement 22 auf. Das Sensorgehäuse 23 kann als rotationssymmetrischer, metallischer Mantel ausgebildet sein.
  • Das Sensorelement 22 kann von einer Metallkappe 26, die als Schutzrohr ausgebildet sein kann, umgeben sein. Das Sensorelement 22 erstreckt sich koaxial zur Metallkappe 26, die mit mehreren Öffnungen 27 versehen ist, damit das Sensorelement 22 mit dem Abgas-Luft-Gemisch 30 in Kontakt treten kann, dessen Sauerstoffgehalt gemessen werden soll.
  • Es ist ein plattenförmiges Bauteil 24 vorgesehen, das als gasdichter Abschluss des Sauerstoffsensors 28 ausgebildet ist. Das plattenförmige Bauteil 24 kann als aus keramischen, elektrisch isolierenden Material aufgebaut sein. Die elektrischen Leiter 21 des Sensorelementes 22 bilden eine Durchführung 25 durch das plattenförmige keramische Bauteil 24.
  • Alle in den 1 bis 3 vorgestellten Sensoren sind für Anwendungen im Abgasstrang, also unter sehr hohen Temperaturbelastungen, geeignet. Alle in den 1 bis 3 vorgestellten Sensoren weisen elektrische Durchführungen auf, die dauerhaft gasdicht ausgebildet sein müssen, wobei die Durchführungen ihre elektrisch isolierenden Eigenschaften im Betrieb der Sensoren unverändert beibehalten müssen. Darüber hinaus zeigen die in den 1 bis 3 dargestellten Sensoren rotationssymmetrische, metallische Mäntel, die mit dem keramischen, elektrisch isolierenden Material verbunden sind. Dabei ist ein Spalt mit definierter Breite zwischen dem rotationssymmetrischen, metallischen Mantel und dem keramischen, elektrisch isolierenden Material ausgebildet und dieser Spalt ist mit dem Hochtemperaturhartlot ausgefüllt. Auch diese Verbindungen müssen dauerhaft gasdicht ausgeführt sein. Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind in der Regel sehr aufwendigen Abdichtungskonzepte notwendig.
  • 4 zeigt einen Sensor 31 nach dem Stand der Technik. Der Sensor 31 weist ein Sensorelement 32 auf, das mit einer elektrischen Durchführung 33 verbunden ist. Die elektrische Durchführung 33 durchdringt ein keramisches, elektrisch isolierendes Material 35. Im Bereich der Durchdringung ist zwischen dem keramischen, elektrisch isolierenden Material 35 und der Durchführung 33 ein Hochtemperaturhartlot 36 zu erkennen. Der Spalt 39 zwischen dem keramischen, elektrisch isolierenden Material 35 und der elektrischen Durchführung 33 unterliegt extrem engen Toleranzen. Der Spalt 39 muss sehr gleichmäßig ausgeführt sein, und er darf in der Regel zwischen 30 und 100 μm Lichteweite aufweisen. Diese geringen Toleranzen sind notwendig, damit zum einen genug Hochtemperaturhartlot in den Spalt eindringen kann und sich gleichmäßig verteilen kann, jedoch nicht an unerwünschte Stellen fließen kann. Um einen derart genauen Spalt herzustellen, sind für das keramische, elektrisch isolierende Material 35 sehr aufwändige und teure Schleifprozesse notwendig, und auch die elektrische Durchführung 33 muss hochgenau und aufwendig bearbeitet werden. Diese hochgenauen Bearbeitungsprozesse führen zu unverhältnismäßig hohen Teilekosten, die vermieden werden sollen.
  • Die elektrische Durchführung 33 ist nach ihrer Durchdringung durch das keramische, elektrisch isolierende Material 35 elektrisch mit einer nachfolgenden Elektronik 34 verbunden. Dadurch können die vom Sensorelement 32 erzeugten Signale zur weiteren Verarbeitung an die nachfolgende Elektronik 34 gesendet werden. Weiterhin ist in 4 ein rotationssymmetrischer, metallischer Mantel 40 zu erkennen, der ebenfalls mit Hilfe eines Hochtemperaturhartlotes 36 mit dem keramischen, elektrisch isolierenden Material 35 gasdicht verbunden ist. Auch bei der Verbindung des keramischen, elektrisch isolierenden Materials 35 mit dem rotationssymmetrischen, metallischen Bauteil muss ein Spalt 39 hergestellt werden, der den hohen qualitativen Anforderungen entspricht, um durch das Hochtemperaturhartlot 36 eine gasdichte Verbindung herstellen zu können. Diese dauerhafte Gasabdichtung von Sensoren zur Anwendung im Abgasstrang kann anhand des nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Sensors erheblich vereinfacht und damit preisgünstig gestaltet werden.
  • 5 zeigt einen erfindungsgemäßen Sensor 31 zur Anwendung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges. Dabei kann es sich um einen aus den 1 bis 3 bekannten oder jeden anderen zur Anwendung im Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges geeigneten Sensor handeln. Der Sensor 31 zeigt ein Sensorelement 32, das mit mindestens einer elektrischen Durchführung 33 verbunden ist, wobei die elektrische Durchführung 33 das Sensorelement 32 mit elektrischer Energie versorgt und/oder die elektrische Durchführung die vom Sensorelement 32 erzeugten Signale an eine nachfolgende Elektronik 34 weiterleitet. Die elektrische Durchführung 33 führt dabei durch ein keramisches, elektrisch isolierendes Material 35. Das keramische, elektrisch isolierende Material 35 ist gasdicht mit der elektrischen Durchführung 33 verbunden, indem zwischen der elektrischen Durchführung 33 und dem keramischen, elektrisch isolierenden Material 35 ein Hochtemperaturhartlot 36 angeordnet ist. Dabei ist die elektrische Durchführung 33 in dem Bereich, in dem sie das keramische, elektrisch isolierende Material 35 durchdringt, konusförmig ausgebildet, und das keramische, elektrisch isolierende Material 35 ist in dem Bereich, in dem es von der elektrischen Durchführung 33 durchdrungen wird, ebenfalls konusförmig ausgebildet.
  • Der erste Konus 37 weist dabei dieselbe Konizität auf wie der zweite Konus 38. Als Konizität bezeichnet man die Veränderung des Durchmessers bei einem Konus entlang seiner axialen Erstreckung. Der erste Konus 37 und der zweite Konus 38 sind derart angeordnet, dass ein Spalt mit einer definierten Breite zwischen dem ersten Konus 37 und dem zweiten Konus 38 ausgebildet ist. Die Breite dieses Spaltes beträgt zum Beispiel 30 μm bis 100 μm. Der so ausgebildete Spalt 39 ist mit dem Hochtemperaturlot 36 gefüllt, womit eine gasdichte Verbindung zwischen der elektrischen Durchführung 33 und dem keramischen, elektrisch isolierenden Material 35 hergestellt ist. Darüber hinaus kann der Sensor zur Anwendung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges optional mindestens einen rotationssymmetrischen, metallischen Mantel aufweisen. In dem rotationssymmetrischen, metallischen Mantel 40 ist das keramische, elektrisch isolierende Material 35 angeordnet. Auch der rotationssymmetrische, metallische Mantel 40 ist mit Hilfe eines Hochtemperaturhartlots 36 gasdicht mit dem keramischen, elektrisch isolierenden Material 35 verbunden, indem das Hochtemperaturhartlot 36 in den Spalt 39 zwischen dem rotationssymmetrischen, metallischen Mantel und dem keramischen, elektrisch isolierenden Material 35 eingebracht ist. Der rotationssymmetrische, metallische Mantel 40 ist in dem Bereich, in dem das keramische, elektrisch isolierende Material 35 angeordnet ist, konusförmig ausgebildet. Auch das keramische, elektrisch isolierende Material 35 ist in dem Bereich, in dem es vom rotationssymmetrischen, metallischen Mantel 40 umgeben ist, konusförmig ausgebildet. Hier weist der dritte Konus 41 dieselbe Konizität wie der vierte Konus 42 auf. Der vierte Konus 42 ist derart zum dritten Konus 41 angeordnet, dass ein Spalt 39 mit definierter Breite zwischen dem dritten Konus 41 und dem vierten Konus 42 ausgebildet ist. Diese definierte Breite des Spaltes 39 kann zum Beispiel 30 μm bis 100 μm betragen. Der Spalt 39 ist ebenfalls mit einem Hochtemperaturhartlot 36 ausgefüllt, womit eine gasdichte Verbindung zwischen dem keramischen, elektrisch isolierenden Material 35 und dem rotationssymmetrischen, metallischen Mantel 40 gebildet ist.
  • Der Vorteil der konischen Ausbildung der elektrischen Durchführung 33, des keramischen, elektrisch isolierenden Materials 35 und des rotationssymmetrischen, metallischen Mantels 40 ist die Möglichkeit, durch eine axiale Verschiebung der Konusse zueinander die Breite des Spaltes 39 einstellen zu können. Dabei kann an die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit der elektrischen Durchführung 33, des keramischen, elektrisch isolierenden Materials 35 und des rotationssymmetrischen, metallischen Mantels 40 wesentlich geringere Anforderungen gestellt werden als bei Sensoren nach dem Stand der Technik bekannt. Somit kann auf eine teure Bearbeitung der Lötflächen verzichtet werden, was zu einem wesentlich kostengünstigeren Herstellungsprozess des erfindungsgemäßen Sensors führt. Die Einstellung des Spaltes 39 erfolgt daher durch eine leichte Verschiebung der elektrischen Durchführung 33 relativ zum keramischen, elektrisch isolierenden Material 35 bzw. des rotationssymmetrischen, metallischen Mantels 40 zum keramischen, elektrisch isolierenden Material 35. Je nach Wahl der Konizität kann eine größere oder kleinere axiale Verschiebung dieser genannten Bauteile zur gewünschten Spaltbreite führen.
  • Auch 6 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Sensor 31 zur Anwendung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges. Wiederum ist ein keramisches, elektrisch isolierendes Material 35 zu erkennen, das mit einer Vielzahl von rotationssymmetrischen, metallischen Mänteln 40 verbunden ist. Die rotationssymmetrischen, metallischen Mäntel 40 sind teilweise konusförmig ausgebildet, und auch das keramische, elektrisch isolierende Material 35 ist entsprechend konusförmig ausgebildet. Zu erkennen ist, dass jeweils ein dritter Konus 41 dieselbe Konizität wie ein vierter Konus 42 aufweist. Die Veränderung des Durchmessers eines Konus entlang seiner Rotationsaxe bezeichnet man als Konizität. Durch axiale Verschiebung der Konusse zueinander wird ein Spalt 39 gebildet, der eine genau definierte Spaltbreite aufweist. Dieser Spalt 39 ist mit einem Hochtemperaturhartlot 36 ausgefüllt, was zu einer gasdichten Verbindung zwischen dem rotationssymmetrischen, metallischen Mantel 40 und dem keramischen, elektrisch isolierenden Material 35 führt.
  • 7 Zeigt ein Kraftfahrzeug 50 mit einem Abgasstrang 49. Der Abgasstrang führt die von der Brennkraftmaschine 51 erzeugten Abgase ab. Im Abgasstrang 49 ist mindestens ein Sensor 6, 11, 28, 31 zur Anwendung in einem Abgasstrang 49 eines Kraftfahrzeuges 50 angeordnet. Da im Abgasstrang 49 Temperaturen zwischen –40°C beim Kaltstart des Kraftfahrzeugens bis zu über 1000°C bei einem Hochlastbetrieb der Brennkraftmaschine 51 herrschen können, werden an die elektrischen Durchführungen 25, 33 des Sensors besonders hohe Anforderungen gestellt, denen der erfindungsgemäße Sensor gerecht wird.

Claims (6)

  1. Sensor (6, 11, 28, 31) zur Anwendung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges, wobei der Sensor (6, 11, 28, 31) ein Sensorelement (7, 12, 22, 32) aufweist, das mit mindestens einer elektrischen Durchführung (25, 33) verbunden ist, wobei die elektrische Durchführung (25, 33) das Sensorelement (7, 12, 22, 32) mit elektrischer Energie versorgt und/oder die elektrische Durchführung (25, 33) die vom Sensorelement (7, 12, 22, 32) erzeugten Signale an eine nachfolgende Elektronik (18, 19) weiterleitet, wobei die elektrische Durchführung (25, 33) durch ein keramisches, elektrisch isolierendes Material (4, 15, 24, 35) führt und wobei die elektrische Durchführung (25, 33) mit dem keramischen, elektrisch isolierenden Material (4, 15, 24, 35) gasdicht verbunden ist, indem zwischen der elektrischen Durchführung (25, 33) und dem keramischen, elektrisch isolierenden Material (4, 15, 24, 35) ein Hochtemperaturhartlot (36) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Durchführung (25, 33) in dem Bereich, in dem sie das keramische, elektrisch isolierende Material (4, 15, 24, 35) durchdringt, konusförmig als erster Konus ausgebildet ist, und das keramische, elektrisch isolierende Material (4, 15, 24, 35) in dem Bereich, in dem es von der elektrischen Durchführung (25, 33) durchdrungen wird, ebenfalls konusförmig als zweiter Konus ausgebildet ist, wobei der erste Konus (37) dieselbe Konizität aufweist wie der zweite Konus (38) und der erste Konus (37) zum zweiten Konus (38) derart angeordnet ist, dass ein Spalt (39) mit definierter Breite zwischen dem ersten Konus (37) und dem zweiten Konus (38) ausgebildet ist und dieser Spalt (39) mit dem Hochtemperaturhartlot (36) ausgefüllt ist.
  2. Sensor (6, 11, 28, 31) zur Anwendung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges, wobei der Sensor (6, 11, 28, 31) ein Sensorelement (7, 12, 22, 32) aufweist, das von mindestens einem rotationssymmetrischen, metallischen Mantel (5, 13, 23, 40) umgeben ist, wobei in dem rotationssymmetrischen, metallischen Mantel (5, 13, 23, 40) ein keramisches, elektrisch isolierendes Material (4, 15, 24, 35) angeordnet ist und wobei der rotationssymmetrische, metallische Mantel (5, 13, 23, 40) mit dem keramischen, elektrisch isolierenden Material (4, 15, 24, 35) gasdicht verbunden ist, indem zwischen dem rotationssymmetrischen, metallischen Mantel (5, 13, 23, 40) und dem keramischen, elektrisch isolierenden Material (4, 15, 24, 35) ein Hochtemperaturhartlot (36) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der rotationssymmetrische, metallische Mantel (5, 13, 23, 40) in dem Bereich, in dem das keramische, elektrisch isolierende Material (4, 15, 24, 35) angeordnet ist konusförmig als dritter Konus ausgebildet ist, und das keramische, elektrisch isolierende Material (4, 15, 24, 35) in dem Bereich, in dem es von dem rotationssymmetrischen, metallischen Mantel (5, 13, 23, 40) umgeben ist, ebenfalls tallischen Mantel (5, 13, 23, 40) umgeben ist, ebenfalls konusförmig als vierter Konus ausgebildet ist, wobei der dritte Konus (41) dieselbe Konizität aufweist wie der vierte Konus (42) und der dritte Konus (41) zum vierten Konus (42) derart angeordnet ist, dass ein Spalt (39) mit definierter Breite zwischen dem dritten Konus (41) und dem vierten Konus (42) ausgebildet ist und dieser Spalt (39) mit dem Hochtemperaturhartlot (36) ausgefüllt ist.
  3. Sensor (6, 11, 28, 31) zur Anwendung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges nach den Ansprüchen 1 und 2.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Sensors (6, 11, 28, 31) zur Anwendung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges, wobei der Sensor (6, 11, 28, 31) ein Sensorelement (7, 12, 22, 32) aufweist, das mit mindestens einer elektrischen Durchführung (25, 33) verbunden ist, wobei die elektrische Durchführung (25, 33) das Sensorelement (7, 12, 22, 32) mit elektrischer Energie versorgt und/oder die elektrische Durchführung (25, 33) die vom Sensorelement (7, 12, 22) erzeugten Signale an eine nachfolgende Elektronik (18, 19) weiterleitet, wobei die elektrische Durchführung (25, 33) durch ein keramisches, elektrisch isolierendes Material (4, 15, 24, 35) führt und wobei die elektrische Durchführung (25, 33) mit dem keramischen, elektrisch isolierenden Material (4, 15, 24, 35) gasdicht verbunden wird, indem zwischen der elektrischen Durchführung (25, 33) und dem keramischen, elektrisch isolierenden Material (4, 15, 24, 35) ein Hochtemperaturhartlot (36) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Durchführung (25, 33) in dem Bereich, in dem sie das keramische, elektrisch isolierende Material (4, 15, 24, 35) durchdringt, konusförmig als erster Konus ausgebildet wird und das keramische, elektrisch isolierende Material (4, 15, 24, 35) in dem Bereich, in dem es von der elektrischen Durchführung (25, 33) durchdrungen wird, ebenfalls konusförmig als zweiter Konus ausgebildet wird, wobei der erste Konus (37) dieselbe Konizität aufweist wie der zweite Konus (38) und der erste Konus (37) zum zweiten Konus (38) derart angeordnet wird, dass ein Spalt (39) mit definierter Breite zwischen dem ersten Konus (37) und dem zweiten Konus (38) ausgebildet wird, woraufhin der Spalt (39) mit dem Hochtemperaturhartlot (36) ausgefüllt wird.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Sensors (6, 11, 28, 31) zur Anwendung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges, wobei der Sensor (6, 11, 28, 31) ein Sensorelement (7, 12, 22, 32) aufweist, das von mindestens einem rotationssymmetrischen, metallischen Mantel (5, 13, 23, 40) umgeben ist, wobei in dem rotationssymmetrische, metallische Mantel (5, 13, 23, 40) ein keramisches, elektrisch isolierendes Material (4, 15, 24, 35) angeordnet ist und wobei der rotationssymmetrische, metallische Mantel (5, 13, 23, 40) mit dem keramischen, elektrisch isolierenden Material (4, 15, 24, 35) gasdicht verbunden wird, indem zwischen dem rotationssymmetrischen, metallischen Mantel (5, 13, 23, 40) und dem keramischen, elektrisch isolierenden Material (4, 15, 24, 35) ein Hochtemperaturhartlot (36) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der rotationssymmetrische, metallische Mantel (5, 13, 23, 40) in dem Bereich, in dem das keramische, elektrisch isolierende Material (4, 15, 24, 35) angeordnet ist, konusförkonusförmig als dritter Konus ausgebildet wird und das keramische, elektrisch isolierende Material (4, 15, 24, 35) in dem Bereich, in dem es von dem rotationssymmetrischen, metallischen Mantel (5, 13, 23, 40) umgeben wird, ebenfalls konusförmig als vierter Konus ausgebildet wird, wobei der dritte Konus (41) dieselbe Konizität aufweist wie der vierte Konus (42) und der dritte Konus (41) zum vierten Konus (42) derart angeordnet wird, dass ein Spalt (39) mit definierter Breite zwischen dem dritten Konus (41) und dem vierten Konus (42) ausgebildet wird, woraufhin der Spalt (39) mit dem Hochtemperaturhartlot (36) ausgefüllt wird.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Sensors (6, 11, 28, 31) zur Anwendung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges nach den Ansprüchen 4 und 5.
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