DE102015226358A1

DE102015226358A1 - Sensor for detecting at least one property of a sample gas in a sample gas space

Info

Publication number: DE102015226358A1
Application number: DE102015226358.4A
Authority: DE
Inventors: Marc Rosenland; Juergen Reiss; Stefan Henneck; Christian Jaeger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-06-22
Also published as: CN106896149A

Abstract

Es wird ein Sensor (10) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgas oder einer Temperatur des Messgases, vorgeschlagen. Der Sensor (10) umfasst ein Sensorgehäuse (12) und ein Sensorelement (32) zur Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des Messgases. Das Sensorgehäuse (12) weist eine Längsbohrung (16) auf. Das Sensorelement (32) ist in der Längsbohrung (16) angeordnet. Das Sensorelement (32) ist von mindestens einer ersten Dichtung (42) umgeben. Die erste Dichtung (42) ist aus Vermiculit, Muscovit oder Phlogopit hergestellt. Das Sensorelement (32) ist weiterhin von mindestens einer zweiten Dichtung (44) umgeben. Die zweite Dichtung (44) ist aus einem Material hergestellt, das sich von dem Material der ersten Dichtung unterscheidet.A sensor (10) for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space, in particular for detecting a proportion of a gas component in the measurement gas or a temperature of the measurement gas, is proposed. The sensor (10) comprises a sensor housing (12) and a sensor element (32) for detecting the at least one property of the measurement gas. The sensor housing (12) has a longitudinal bore (16). The sensor element (32) is arranged in the longitudinal bore (16). The sensor element (32) is surrounded by at least one first seal (42). The first seal (42) is made of vermiculite, muscovite or phlogopite. The sensor element (32) is further surrounded by at least one second seal (44). The second seal (44) is made of a material different from the material of the first seal.

Description

Stand der Technik State of the art

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sensoren und Verfahren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum bekannt. Dabei kann es sich grundsätzlich um beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaften des Messgases handeln, wobei eine oder mehrere Eigenschaften erfasst werden können. Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf eine qualitative und/oder quantitative Erfassung einer Gaskomponente des Messgases beschrieben, insbesondere unter Bezugnahme auf eine Erfassung eines Sauerstoffanteils in dem Messgas. Der Sauerstoffanteil kann beispielsweise in Form eines Partialdrucks und/oder in Form eines Prozentsatzes erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Eigenschaften des Messgases erfassbar, wie beispielsweise die Temperatur. A large number of sensors and methods for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space are known from the prior art. In principle, these can be any physical and / or chemical properties of the measurement gas, one or more properties being able to be detected. The invention will be described below in particular with reference to a qualitative and / or quantitative detection of a gas component of the measurement gas, in particular with reference to a detection of an oxygen content in the measurement gas. The oxygen content can be detected, for example, in the form of a partial pressure and / or in the form of a percentage. Alternatively or additionally, however, other properties of the measuring gas are detectable, such as the temperature.

Derartige Sensoren beruhen auf der Verwendung entsprechend ausgebildeter Sensorelemente. Beispiele für derartige Sensoren sind als so genannte Lambdasonden ausgestaltet, wie sie beispielsweise aus Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Aufl. 2010, Seiten 160–165 bekannt sind. Mit Breitband-Lambdasonden, insbesondere mit planaren Breitband-Lambdasonden, kann beispielsweise die Sauerstoffkonzentration im Abgas in einem großen Bereich bestimmt und damit auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum geschlossen werden. Die Luftzahl λ beschreibt dieses Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Aus dem Stand der Technik sind insbesondere keramische Sensorelemente bekannt, welche auf der Verwendung von elektrolytischen Eigenschaften bestimmter Festkörper basieren, also auf ionenleitenden Eigenschaften dieser Festkörper. Insbesondere kann es sich bei diesen Festkörpern um keramische Festelektrolyte handeln, wie beispielsweise Zirkoniumdioxid, insbesondere Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid und Scandium-dotiertes Zirkoniumdioxid, die geringe Zusätze an Aluminiumoxid und/oder Siliziumoxid enthalten können. Such sensors are based on the use of appropriately designed sensor elements. Examples of such sensors are designed as so-called lambda probes, as they for example Konrad Reif (ed.): Sensors in the motor vehicle, 1st edition, 2010, pages 160-165 are known. With broadband lambda probes, in particular with planar broadband lambda probes, it is possible, for example, to determine the oxygen concentration in the exhaust gas over a large range and thus to deduce the air-fuel ratio in the combustion chamber. The air ratio λ describes this air-fuel ratio. In particular, ceramic sensor elements are known from the prior art, which are based on the use of electrolytic properties of certain solids, ie ion-conducting properties of these solids. In particular, these solids can be ceramic solid electrolytes, such as zirconia, in particular yttrium-stabilized zirconia and scandium-doped zirconia, which may contain small amounts of alumina and / or silica.

Aus der DE 197 14 203 A1 und der DE 195 32 090 C2 sind Lambdasonden mit einem Dichtpackungssystem bekannt, welches aus einer Kombination mehrerer Dichtscheiben aus Steatit und Bornitrid besteht. Bei den Steatitdichtscheiben handelt es sich um ungesinterten Steatitrohstoff. Beim Bornitrid handelt es sich um hexagonales heißgepresstes Bornitrid. Bei der Montage wird das Dichtpackungssystem durch zwei angrenzende Stützkeramikbuchsen aus hartgesintertem Steatit im Sensorgehäuse gekammert und durch axiale Krafteinleitung pulverisiert und verdichtet. Dabei werden Fügespalte geschlossen und die Dichtheit gesteigert. Das Dichtsystem hat die Aufgabe, Abgas und Feuchtigkeit vom Referenzluftraum des Sensors zu trennen. From the DE 197 14 203 A1 and the DE 195 32 090 C2 Lambda probes are known with a sealing system, which consists of a combination of several sealing disks made of steatite and boron nitride. The steatite sealing discs are unsintered steatite raw material. The boron nitride is hexagonal hot-pressed boron nitride. During assembly, the sealing pack system is chambered in the sensor housing by two adjoining support ceramic bushes made of hard-sintered steatite and pulverized and compacted by axial application of force. Joining gaps are closed and the tightness increased. The sealing system has the task of separating exhaust gas and moisture from the reference air space of the sensor.

Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. Zwar weist das oben beschriebene Dichtpackungssystem gute Dichteigenschaften gegenüber Gasen und Flüssigkeiten auf, jedoch kann es bei Anwendung mit niedriger Temperatur vorkommen, dass sich Wasserdampf ins Kristallgitter des Bornitrids einlagert sowie mit dem im Bornitrid enthaltenen Boroxid zu Borsäure reagiert. Beim Aufheizen der Lambdasonde während des Motorstarts kann es dann vorkommen, dass das gebundene Wasser aus der Bornitridscheibe in den Referenzluftraum ausgetrieben wird, was dann zur Verfälschung des Sondensignals führen kann. Dabei kommt es zusätzlich zu einer starken Absenkung des Isolationswiderstands. Despite the advantages of sensors known from the prior art, these still have room for improvement. Although the above-described sealing-packing system has good sealing properties with respect to gases and liquids, it can occur during low-temperature application that water vapor is incorporated in the crystal lattice of the boron nitride and reacts with the boron oxide contained in the boron nitride to form boric acid. When the lambda probe is heated up during engine start, it may then happen that the bound water is expelled from the boron nitride disk into the reference air space, which can then lead to a falsification of the probe signal. This also leads to a strong reduction of the insulation resistance.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Es wird daher ein Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum vorgeschlagen, welcher die Nachteile bekannter Sensoren zumindest weitgehend vermeidet und bei dem insbesondere eine verbesserte Dichtwirkung gegenüber Feuchtigkeit und Abgasen realisiert ist sowie der Isolationswiderstand zwischen dem Sensorelement und dem Sensorgehäuse verbessert ist. Therefore, a sensor is proposed for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space which at least largely avoids the disadvantages of known sensors and in which, in particular, an improved sealing effect against moisture and exhaust gases is realized and the insulation resistance between the sensor element and the sensor housing is improved.

Ein erfindungsgemäßer Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgas oder einer Temperatur des Messgases, umfasst ein Sensorgehäuse und ein Sensorelement zur Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des Messgases. Das Sensorgehäuse weist eine Längsbohrung auf. Das Sensorelement ist in der Längsbohrung angeordnet. Das Sensorelement ist von mindestens einer ersten Dichtung umgeben. Die erste Dichtung ist bevorzugt aus Vermiculit hergestellt. Das Sensorelement ist weiterhin von mindestens einer zweiten Dichtung umgeben. Die zweite Dichtung ist aus einem Material hergestellt, das sich von dem Material der ersten Dichtung unterscheidet. Alternativ kann die erste Dichtung aus Muscovit oder Phlogopit hergestellt sein, wobei die zweite Dichtung aus einem Material hergestellt ist, das sich von diesen Materialien unterscheidet. A sensor according to the invention for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space, in particular for detecting a proportion of a gas component in the measurement gas or a temperature of the measurement gas, comprises a sensor housing and a sensor element for detecting the at least one property of the measurement gas. The sensor housing has a longitudinal bore. The sensor element is arranged in the longitudinal bore. The sensor element is surrounded by at least one first seal. The first seal is preferably made of vermiculite. The sensor element is further surrounded by at least one second seal. The second seal is made of a material different from the material of the first seal. Alternatively, the first seal may be made of muscovite or phlogopite, the second seal being made of a material different from these materials.

Unter dem Ausdruck „hergestellt aus einem bestimmten Material“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass das jeweilige Bauteil zu mindestens 80 Vol.-% und bevorzugt mindestens 90 Vol.-% und bevorzugt vollständig bis auf technisch unvermeidbare Verunreinigungen hergestellt ist. So beudeutet eine Herstellung der ersten Dichtung aus Vermiculit beispielsweise, dass die erste Dichtung zu mindestens 80 Vol.-% und bevorzugt mindestens 90 Vol.-% und bevorzugt vollständig bis auf technisch unvermeidbare Verunreinigungen hergestellt ist. For the purposes of the present invention, the term "produced from a specific material" is to be understood as meaning that the respective component is produced to at least 80% by volume and preferably at least 90% by volume and preferably completely to technically unavoidable impurities. Thus, a production of the first seal implies Vermiculite, for example, that the first seal to at least 80 vol .-%, and preferably at least 90 vol .-% and preferably completely prepared to technically unavoidable impurities.

Der Sensor kann weiterhin mindestens zwei erste Dichtungen umfassen, wobei die zweite Dichtung zwischen den zwei ersten Dichtungen angeordnet ist. Alternativ kann der Sensor weiterhin mindestens zwei zweite Dichtungen umfassen, wobei die erste Dichtung zwischen den zwei zweiten Dichtungen angeordnet ist. Alternativ kann der Sensor mehrere erste Dichtungen und mehrere zweite Dichtungen umfassen, wobei die ersten Dichtungen und die zweiten Dichtungen in einer alternierenden Reihenfolge auf dem Sensorelement angeordnet sind. Die zweite Dichtung kann aus Steatit hergestellt sein. Alternativ kann die zweite Dichtung aus einem Material hergestellt sein, das einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 10·10^–6/K aufweist. Das Sensorgehäuse kann beispielsweise aus einem Stahl hergestellt sein, dessen linearer Ausdehnungskoeffizient sich von dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der zweiten Dichtung um nicht mehr als 3·10^–6/K unterscheidet. Die zweite Dichtung kann aus Quarz, Cristobalit, Titanoxid, Strontiumtitanat, Forsterit, Enstatit oder aus Mischungen von mindestens zwei der genannten Stoffe hergestellt sein. Die zweite Dichtung kann insbesondere mit einem Volumenanteil von mindestens 90 % dieser Stoffe hergestellt sein. The sensor may further include at least two first seals, wherein the second seal is disposed between the two first seals. Alternatively, the sensor may further include at least two second seals, wherein the first seal is disposed between the two second seals. Alternatively, the sensor may include a plurality of first seals and a plurality of second seals, wherein the first seals and the second seals are arranged in an alternating sequence on the sensor element. The second seal may be made of steatite. Alternatively, the second seal may be made of a material having a linear thermal expansion coefficient of at least 10 x 10 ^-6 / K. The sensor housing may for example be made of a steel whose coefficient of linear expansion differs from the coefficient of linear expansion of the second seal by no more than 3 · 10 ^-6 / K. The second seal can be made of quartz, cristobalite, titanium oxide, strontium titanate, forsterite, enstatite or of mixtures of at least two of the substances mentioned. The second seal may in particular be made with a volume fraction of at least 90% of these substances.

Die zweite Dichtung kann weiterhin Muscovit, Vermiculit, Kaolin, Phlogopit oder Mischungen aus mindesten zwei der genannten Stoffe aufweisen, bevorzugt mit einem Volumenanteil von mindestens 0,5 Vol.-% und höchstens 20 Vol.-%. Bevorzugt ist die erste Dichtung aus Vermiculit-Flakes hergestellt. The second seal can furthermore comprise muscovite, vermiculite, kaolin, phlogopite or mixtures of at least two of the substances mentioned, preferably with a volume fraction of at least 0.5% by volume and at most 20% by volume. Preferably, the first seal is made of vermiculite flakes.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist, die in dem oben beschriebenen Stand der Technik erwähnten Bornitrid-Dichtungsscheiben zu ersetzen durch Dichtungsscheiben, die zumindest Vermiculit aufweisen. A basic idea of the present invention is to replace the boron nitride sealing disks mentioned in the above-described prior art by sealing disks comprising at least vermiculite.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Weiter optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Further optional details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figures.

Es zeigen: Show it:

1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Sensorelements gemäß einer ersten Ausführungsform, 1 a cross-sectional view of a sensor element according to the invention according to a first embodiment,

2 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Sensorelements gemäß einer zweiten Ausführungsform, 2 a cross-sectional view of a sensor element according to the invention according to a second embodiment,

3 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Sensorelements gemäß einer dritten Ausführungsform und 3 a cross-sectional view of a sensor element according to the invention according to a third embodiment and

4 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Sensorelements gemäß einer vierten Ausführungsform. 4 a cross-sectional view of a sensor element according to the invention according to a fourth embodiment.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Sensors 10 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgas oder einer Temperatur des Messgases, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Sensor 10 kann insbesondere zum Nachweis von physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des Messgases verwendet werden, wobei eine oder mehrere Eigenschaften erfasst werden können. Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf eine qualitative und/oder quantitative Erfassung einer Gaskomponente des Messgases beschrieben, insbesondere unter Bezugnahme auf eine Erfassung eines Sauerstoffanteils in dem Messgas. Der Sauerstoffanteil kann beispielsweise in Form eines Partialdrucks und/oder in Form eines Prozentsatzes erfasst werden. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Arten von Gaskomponenten erfassbar, wie beispielsweise Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und/oder Wasserstoff. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Eigenschaften des Messgases erfassbar. Die Erfindung ist insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik einsetzbar, so dass es sich bei dem Messgasraum insbesondere um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine handeln kann und bei dem Messgas insbesondere um ein Abgas. 1 shows a cross-sectional view of a sensor 10 for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space, in particular for detecting a proportion of a gas component in the measurement gas or a temperature of the measurement gas, according to a first embodiment of the invention. The sensor 10 can be used in particular for the detection of physical and / or chemical properties of the measurement gas, wherein one or more properties can be detected. The invention will be described below in particular with reference to a qualitative and / or quantitative detection of a gas component of the measurement gas, in particular with reference to a detection of an oxygen content in the measurement gas. The oxygen content can be detected, for example, in the form of a partial pressure and / or in the form of a percentage. In principle, however, other types of gas components are detectable, such as nitrogen oxides, hydrocarbons and / or hydrogen. Alternatively or additionally, however, other properties of the measuring gas can also be detected. The invention can be used in particular in the field of motor vehicle technology, so that the measuring gas chamber can be, in particular, an exhaust gas tract of an internal combustion engine and, in the case of the measuring gas, in particular an exhaust gas.

Der Sensor 10 weist ein Sensorgehäuse 12 auf. Das Sensorgehäuse 12 kann beispielsweise ein metallisches Gehäuse sein. Das Sensorgehäuse 12 weist ein Gewinde 14 als Befestigungsmittel für den Einbau in einer Wand des Messgasraums (nicht näher gezeigt) auf. Das Sensorgehäuse 12 weist eine Längsbohrung 16 auf. Die Längsbohrung 16 erstreckt sich entlang einer Längsachse 18. Die Längsbohrung 16 weist eine schulterförmige Ringfläche 20 auf. Die Ringfläche 20 befindet sich angrenzend an einem dem Messgasraum zugewandten stirnseitigen Ende 22 des Sensorgehäuses 12. An dem stirnseitigen Ende 22 ist eine Schutzrohrbaugruppe 24 festgelegt, beispielsweise angeschweißt. Die Schutzrohrbaugruppe 24 weist mindestens ein Schutzrohr auf. Beispielsweise weist die Schutzrohrbaugruppe ein äußeres Schutzrohr 26 und mindestens ein darin angeordnetes inneres Schutzrohr 28 auf. Die Schutzrohrbaugruppe kann beispielsweise zwei innere Schutzrohre 28 aufweisen, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Sowohl das äußere Schutzrohr 26 als auch das innere Schutzrohr 28 weisen Ein- und Austrittsöffnungen 30 auf, durch die das Messgas in einen Innenraum des inneren Schutzrohrs 28 eintreten kann bzw. aus diesem heraustreten kann. The sensor 10 has a sensor housing 12 on. The sensor housing 12 may be, for example, a metallic housing. The sensor housing 12 has a thread 14 as a fastening means for installation in a wall of the measuring gas chamber (not shown in detail) on. The sensor housing 12 has a longitudinal bore 16 on. The longitudinal bore 16 extends along a longitudinal axis 18 , The longitudinal bore 16 has a shoulder-shaped annular surface 20 on. The ring surface 20 is located adjacent to a measuring gas space facing the front end 22 of the sensor housing 12 , At the front end 22 is a thermowell assembly 24 fixed, for example, welded. The thermowell assembly 24 has at least one protective tube. For example, the protective tube assembly has an outer protective tube 26 and at least one inner protective tube arranged therein 28 on. The protective tube assembly can, for example, two inner protective tubes 28 have, which are arranged concentrically to each other. Both the outer protection tube 26 as well as the inner protective tube 28 have inlet and outlet openings 30 on, through which the sample gas into an interior of the inner protective tube 28 can enter or emerge from this.

Der Sensor 10 weist weiterhin ein Sensorelement 32 zur Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des Messgases auf. Das Sensorelement 32 ist planar ausgebildet. Das Sensorelement 32 erstreckt sich in einer Längserstreckungsrichtung 34. Das Sensorelement 32 weist ein anschlussseitiges Ende 36 und ein messgasseitiges Ende 38 auf. Das anschlussseitige Ende 36 ist ausgebildet, mit elektrischen Anschlüssen 40 des Sensors 10 elektrisch kontaktiert zu werden. Das messgasseitige Ende 38 ist ausgebildet, dem Messgas im Inneren des inneren Schutzrohrs 28 ausgesetzt zu werden. The sensor 10 also has a sensor element 32 for detecting the at least one property of the measurement gas. The sensor element 32 is planar. The sensor element 32 extends in a longitudinal direction 34 , The sensor element 32 has a connection end 36 and a messgasseitiges end 38 on. The connection end 36 is designed with electrical connections 40 of the sensor 10 to be contacted electrically. The measuring gas end 38 is formed, the sample gas inside the inner protective tube 28 to be exposed.

Das Sensorelement 32 ist von mindestens einer ersten Dichtung 42 umgeben, beispielsweise ringförmig, d.h. senkrecht zu der Längserstreckungsrichtung 34. Die erste Dichtung 42 ist aus Vermiculit hergestellt. Beispielsweise ist die erste Dichtung 42 aus einem Vermiculit-Schichtwerkstoff hergestellt. Der Schichtwerkstoff besteht aus geschichteten Vermiculit-Flakes. Die Flakes werden durch chemisches Expandieren gewonnen. Als Ausgangsmaterial ist der Schichtwerkstoff in Form von Folien/Platten kommerziell erhältlich. Die erste Dichtung 42 kann somit durch Ausstanzen der Folien bzw. Platten hergestellt werden. Das Sensorelement 32 ist weiterhin von mindestens einer zweiten Dichtung 44 umgeben. Die zweite Dichtung 44 ist aus einem Material hergestellt, das sich von dem Material der ersten Dichtung 42 und somit Vermiculit unterscheidet. Bei dem Sensor 10 der ersten Ausführungsform sind beispielsweise zwei zweite Dichtungen 44 vorgesehen, die aus Steatit hergestellt sind. Die erste Dichtung 42 ist zwischen den zwei zweiten Dichtungen 44 angeordnet bzw. von diesen sandwichartig umgeben. Die erste Dichtung 42 und die zweite Dichtung 44 sind zwischen zwei Keramikformteilen 46 eingespannt, von denen eines an der Ringfläche 20 anliegt. The sensor element 32 is from at least a first seal 42 surrounded, for example, annular, that is perpendicular to the longitudinal direction 34 , The first seal 42 is made of vermiculite. For example, the first seal 42 made of a vermiculite coating material. The coating material consists of layered vermiculite flakes. The flakes are obtained by chemical expansion. As starting material, the coating material in the form of films / plates is commercially available. The first seal 42 can thus be made by punching the films or plates. The sensor element 32 is still of at least a second seal 44 surround. The second seal 44 is made of a material that differs from the material of the first seal 42 and thus differentiates vermiculite. At the sensor 10 For example, in the first embodiment, there are two second seals 44 provided, which are made of steatite. The first seal 42 is between the two second seals 44 arranged or surrounded by these sandwiched. The first seal 42 and the second seal 44 are between two ceramic moldings 46 clamped, one of which on the ring surface 20 is applied.

2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Sensors 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben, und gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem Sensor 10 der zweiten Ausführungsform sind zwei erste Dichtungen 42 und eine zweite Dichtung 44 vorgesehen. Die zweite Dichtung 44 ist zwischen den zwei ersten Dichtungen 42 angeordnet. 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Sensors 10 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben, und gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Sensor 10 kann mehrere erste Dichtungen 42 und mehrere zweite Dichtungen 44 aufweisen, die in alternierender Reihenfolge auf dem Sensorelement 32 angeordnet sind. Bei dem Sensor 10 der dritten Ausführungsform sind beispielsweise zwei erste Dichtungen 42 und drei zweite Dichtungen 44 vorgesehen. 2 shows a cross-sectional view of a sensor 10 according to a second embodiment of the invention. Hereinafter, only the differences from the previous embodiments will be described, and like components will be denoted by like reference numerals. At the sensor 10 of the second embodiment are two first seals 42 and a second seal 44 intended. The second seal 44 is between the first two seals 42 arranged. 3 shows a cross-sectional view of a sensor 10 according to a third embodiment of the invention. Hereinafter, only the differences from the previous embodiments will be described, and like components will be denoted by like reference numerals. The sensor 10 can have several first seals 42 and several second seals 44 have, in alternating order on the sensor element 32 are arranged. At the sensor 10 For example, in the third embodiment, there are two first seals 42 and three second seals 44 intended.

4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Sensors 10 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben, und gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wie bei dem Sensor 10 der dritten Ausführungsform weist der Sensor 10 der vierten Ausführungsform mehrere erste Dichtungen 42 und mehrere zweite Dichtungen 44 auf. Genauer weist der Sensor 10 der vierten Ausführungsform drei erste Dichtungen 42 und vier zweite Dichtungen 44 in alternierender Reihenfolge auf dem Sensorelement 32 auf. 4 shows a cross-sectional view of a sensor 10 according to a fourth embodiment of the invention. Hereinafter, only the differences from the previous embodiments will be described, and like components will be denoted by like reference numerals. As with the sensor 10 In the third embodiment, the sensor 10 the fourth embodiment, a plurality of first seals 42 and several second seals 44 on. Specifically, the sensor points 10 the fourth embodiment, three first seals 42 and four second seals 44 in alternating order on the sensor element 32 on.

Durch den Einsatz der ersten Dichtung aus Vermiculit wird eine Verbesserung der Dichtwirkung gegenüber Feuchtigkeit und Abgasen sowohl bei Raumtemperatur als auch bei Betriebstemperatur des Sensors erzielt. Des Weiteren wird der Isolationswiderstand zwischen dem Sensorelement 32 und dem Sensorgehäuse 12 verbessert. By using the first vermiculite gasket, the sealing effect against moisture and exhaust gas is improved both at room temperature and at the operating temperature of the sensor. Furthermore, the insulation resistance between the sensor element 32 and the sensor housing 12 improved.

Die erste Dichtung 42 kann bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen anstelle von Steatit aus einem Material hergestellt sein, das einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mindestens 10·10^–6/K aufweist. Das Sensorgehäuse kann aus einem Stahl hergestellt sein, der einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von nicht kleiner als 12,5·10^–6/K aufweist. Entsprechend weist das Sensorgehäuse 12 einen Stahl auf, dessen linearer Ausdehnungskoeffizient sich von dem linearen Ausdehnungskoeffizienten der zweiten Dichtung um nicht mehr als 3·10^–6/K unterscheidet. Insbesondere kann Quarz, Cristobalit, Titanoxid, Strontiumtitanat, Forsterit, Enstatit bzw. Mischungen von mindestens zwei dieser Stoffe ein Bestandteil der Dichtung sein. Vorzugsweise besteht die zweite Dichtung 44 aus einem Gemisch verschiedener Ausgangsstoffe, in dem die genannten Stoffe einen Volumenanteil von insgesamt mindestens 90 % ausmachen. Die zweite Dichtung 44 kann Muscovit, Vermiculit, Kaolin, Phlogopit und/oder eine andere Tonminerale bzw. Schichtsilikate aufweisen. Diese Stoffe verbessern insbesondere die plastischen und elastischen Eigenschaften der zweiten Dichtung 44. Vorzugsweise besteht die Dichtung aus einem Gemisch verschiedener Ausgangsstoffe, in dem diese Stoffe einen Volumenanteil von 0,5 % bis 10 % ausmachen. The first seal 42 may be made of a material having a linear thermal expansion coefficient of at least 10 x 10 ^-6 / K in all the embodiments described above instead of steatite. The sensor housing may be made of a steel having a linear expansion coefficient of not smaller than 12.5 × 10 ^-6 / K. Accordingly, the sensor housing 12 a steel whose linear expansion coefficient differs from the coefficient of linear expansion of the second gasket by not more than 3 × 10 ^-6 / K. In particular, quartz, cristobalite, titanium oxide, strontium titanate, forsterite, enstatite or mixtures of at least two of these substances can be a component of the seal. Preferably, the second seal 44 from a mixture of different starting materials, in which the said substances account for at least 90% by volume. The second seal 44 may include muscovite, vermiculite, kaolin, phlogopite and / or other clay minerals or phyllosilicates. These substances improve in particular the plastic and elastic properties of the second seal 44 , Preferably, the seal consists of a mixture of different Raw materials in which these substances account for 0.5% to 10% by volume.

Der Einsatz der ersten Dichtung 42 aus Vermiculit weist den Vorteil auf, dass dieses Material bei Kompression gasundurchlässig und wasserabweisend ist. Fügespalten werden bei axialer Verdichtung des Materials aufgrund der Querkontraktion dauerhaft geschlossen, da diese einer verbleibenden Verformung unterliegen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient entspricht etwa dem des Sensorgehäuses 12 und des Sensorelements 32, sodass auch im Betrieb bei höheren Temperaturen keine Verschlechterung der Dichtigkeit zu erwarten ist. In Kombination mit der zweiten Dichtung 44 aus dem oben beschriebenen Material kann die Abstimmung der Wärmekoeffizienten der zweiten Dichtung 44 so erfolgen, dass der Anpressdruck mit steigender Temperatur entsprechend konstant gehalten wird. Der Isolationswiderstand ist in allen Betriebszuständen gleichermaßen hoch, da Vermiculit unter Kompression kein Wasser einlagert. Beim Einsetzen der oben beschriebenen Dichtungen 42, 44 werden bei der Montage durch axiale Krafteinwirkung diese pulverisiert und verdichtet. Dabei werden Fügespalten geschlossen und die Dichtheit gesteigert. Das einpressen erfolgt dabei bei mindestens 1000 bar. The use of the first seal 42 from vermiculite has the advantage that this material is gas-impermeable and water-repellent when compressed. Joint gaps are permanently closed due to the axial contraction of the material due to the transverse contraction, since these are subject to a remaining deformation. The thermal expansion coefficient is approximately equal to that of the sensor housing 12 and the sensor element 32 so that no deterioration of the tightness is to be expected even in operation at higher temperatures. In combination with the second seal 44 from the material described above, the vote of the heat coefficients of the second seal 44 be done so that the contact pressure is kept constant with increasing temperature. The insulation resistance is equally high in all operating conditions, since vermiculite does not store water under compression. When inserting the seals described above 42 . 44 During assembly, these are pulverized and compacted by axial force. This joint gaps are closed and the tightness increased. The pressing takes place at at least 1000 bar.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19714203 A1 [0003]
DE 19532090 C2 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Konrad Reif (ed.): Sensors in the motor vehicle, 1st edition, 2010, pages 160-165 [0002]

Claims

Sensor ( 10 ) for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space, in particular for detecting a proportion of a gas component in the measurement gas or a temperature of the measurement gas, comprising a sensor housing ( 12 ) and a sensor element ( 32 ) for detecting the at least one property of the measurement gas, wherein the sensor housing ( 12 ) a longitudinal bore ( 16 ), wherein the sensor element ( 32 ) in the longitudinal bore ( 16 ), wherein the sensor element ( 32 ) of at least one first seal ( 42 ), wherein the first seal ( 42 ) is made of vermiculite, muscovite or phlogopite, wherein the sensor element ( 32 ) of at least one second seal ( 44 ), the second seal ( 44 ) is made of a material that differs from the material of the first seal ( 42 ) is different.

Sensor ( 10 ) according to the preceding claim, further comprising at least two first seals ( 42 ), the second seal ( 44 ) between the first two seals ( 42 ) is arranged.

Sensor ( 10 ) according to claim 1, further comprising at least two second seals ( 44 ), the first seal ( 42 ) between the two second seals ( 44 ) is arranged.

Sensor ( 10 ) according to claim 1, comprising a plurality of first seals ( 42 ) and several second seals ( 44 ), the first seals ( 42 ) and the second seals ( 44 ) in an alternating sequence on the sensor element ( 32 ) are arranged.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the second seal ( 44 ) is made of steatite.

Sensor ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the second seal ( 44 ) is made of a material having a linear thermal expansion coefficient of at least 10 x 10 ^-6 / K.

Sensor ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the sensor housing ( 12 ) is made of a steel whose linear expansion coefficient is different from the linear expansion coefficient of the second seal ( 44 ) differs by no more than 3 · 10 ^-6 / K.

Sensor ( 10 ) according to one of the two preceding claims, wherein the second seal ( 44 ) is made of quartz, cristobalite, titanium oxide, strontium titanate, forsterite, enstatite or mixtures of at least two of said substances.

Sensor ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the second seal ( 44 ) made of quartz, cristobalite, titanium oxide, strontium titanate, forsterite, enstatite or mixtures of at least two of said substances with a volume fraction of at least 90%.

Sensor ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the second seal ( 44 ) further comprises muscovite, vermiculite, kaolin, phlogopite or mixtures of at least two of said substances.