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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Gassensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein dazugehöriges Schutzrohrmodul und ein dazugehöriges Grundgehäuse.
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Gassensoren werden beispielsweise zur Messung von Abgaskennwerten in der Abgasanlage von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Dabei kommen beispielsweise Lambdasensoren, NOx-Sensoren oder Rußpartikelsensoren zum Einsatz. Die funktionale Einheit dieser Sensoren umfasst dabei ein Sensorelement. Das Sensorelement ist regelmäßig von einem Schutzrohrmodul umgeben, welches das Sensorelement vor ungewollten äußeren Einflüssen schützt und eine gezielte Anströmung des Sensorelements mit Messgas ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird durch einen Gassensor nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
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Es wird folglich ein Gassensor, insbesondere ein Partikelsensor, zur Bestimmung mindestens einer Zustandsgröße eines Messgases, insbesondere der Partikelkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine, vorgeschlagen. Der Gassensor umfasst dabei ein Grundgehäuse und ein am Grundgehäuse angeordnetes Schutzrohrmodul, welches ein sich in eine Längsrichtung erstreckendes Innenschutzrohr, in dem ein Sensorelement anordenbar oder angeordnet ist, und ein das Innnenschutzrohr jedenfalls abschnittsweise umgebendes Außenschutzrohr umfasst. Dabei ist Messgas zwischen dem Außenschutzrohr und dem Innenschutzrohr hindurch in das Schutzrohrmodul einströmbar und in einem Umlenkbereich zur Einströmung in das Innenschutzrohr umlenkbar. Der Umlenkbereich umfasst eine vom Grundgehäuse ausgebildete Umlenkfläche, wobei zwischen der Umlenkfläche und dem Innenschutzrohr ein Spalt vorhanden ist, durch den Messgas in das Innenschutzrohr einströmbar ist, und wobei die Umlenkfläche am Spalt den geringsten Abstand zum Innenschutzrohr in Längsrichtung aufweist.
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Durch die Ausbildung des Spalts zwischen Innenschutzrohr und der grundgehäuseseitigen Umlenkfläche, kann in vorteilhafter Weise zunächst eine Drosselung der in den Raum zwischen Innenschutzrohr und Außenschutzrohr einströmenden Fluidströmung erzielt werden. Durch die Ausbildung der Umlenkfläche so, dass diese am Spalt den geringsten Abstand zum Innenschutzrohr aufweist, kann zudem die Fluidströmung im Vergleich zum Stand der Technik direkter in Richtung des Sensorelements umgelenkt werden, so dass insgesamt eine vorteilhafte Fluidströmung im Gassensor zum Sensorelement hin bereitgestellt werden kann.
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Ferner ist die Möglichkeit gegeben, durch vorliegende Erfindung auch die Sensitivität des Gassensors, beispielsweise gegenüber Rußkonzentrationen, wenn der Gassensor als Rußpartikelsensor ausgebildet ist, zu erhöhen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, einen verbesserten Schutz des Gassensors vor Auskühlung bei der Regeneration bereitzustellen.
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In einer Ausgestaltung des Gassensors erstreckt sich die Umlenkfläche im Querschnitt schräg zu einer orthogonal zur Längsrichtung verlaufenden Ebene. Durch diese schräge Ausbildung kann eine besonders bevorzugte direkte Umlenkung der in das Schutzrohrmodul einströmenden Fluidströmung zum Sensorelement hin bereitgestellt werden.
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Denkbar ist zudem, dass die Umlenkfläche als ebene Fläche ausgebildet ist. Im Querschnitt kann die Umlenkfläche also als Gerade ausgebildet sein. Auch hierdurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte direkte Anströmung des Sensorelements.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Umlenkbereich einen dem Grundgehäuse zugewandten Endabschnitt des Außenschutzrohrs. Der Umlenkbereich kann folglich zum einen von der Umlenkfläche und zum anderen durch den Endabschnitt des Außenschutzrohrs begrenzt werden. Hierdurch kann vergleichsweise einfach eine direkte Anströmung des Sensorelements bereitgestellt werden.
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In diesem Zusammenhang ist denkbar, dass das Außenschutzrohr am dem Spalt abgewandten Ende der Umlenkfläche anliegt, sodass der Umlenkbereich im Querschnitt im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildet ist. Das Außenschutzrohr kann zusammen mit der Umlenkfläche folglich eine dreieckförmige oder im Wesentlichen dreieckförmige Aussparung ausbilden. Folglich kann Fluidströmung in den Bereich zwischen Außenschutzrohr und Innenschutzrohr in das Schutzrohrmodul einströmen und sodann im Umlenkbereich zum Spalt hin umgelenkt werden und schließlich das Sensorelement überströmen. Das Außenschutzrohr und die Umlenkfläche schließen folglich insbesondere einen Winkel von weniger als 90° ein. Der Winkel kann beispielsweise zwischen 40° und 50° und insbesondere 45° betragen. Bei einer Ausbildung von 45° kann die Umlenkfläche folglich die Hypotenuse des dreieckförmigen Umlenkbereichs ausbilden.
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Denkbar ist weiterhin, dass das Innenschutzrohr eine Innenseite aufweist, und dass das Grundgehäuse zum Innenschutzrohr hin einen von einer Innenseite begrenzten Durchbruch aufweist, wobei die Innenseite des Durchbruchs an die Umlenkfläche grenzt. Durch den Durchbruch hindurch kann das Sensorelement in das Innenschutzrohr eingeführt sein. Die Innenseite des Durchbruchs kann folglich an einer, insbesondere umlaufenden, Kante in die Umlenkfläche übergehen. Diese Kante kann insbesondere den geringsten Abstand der Umlenkfläche in Längsrichtung zum Innenschutzrohr darstellen und somit zusammen mit dem Grundgehäuse zugewandten freien Ende des Innenschutzrohrs den Spalt begrenzen.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Innenseite des Innenschutzrohres bündig mit der Innenseite des Durchbruchs angeordnet ist. Die Innenseite des Durchbruchs kann folglich über den Spalt in Längsrichtung von der Innenseite des Innenschutzrohrs getrennt sein.
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In diesem Zusammenhang ist denkbar, dass das Schutzrohrmodul einen bundartigen Verbindungsabschnitt zur Verbindung des Innenschutzrohrs mit dem Außenschutzrohr aufweist, wobei der Verbindungsabschnitt wenigstens einen Durchbruch aufweist, durch den Messgas in den Umlenkbereich einströmen kann. Das Schutzrohrmodul kann folglich insbesondere einstückig ausgebildet sein. Dabei kann der bundartige Verbindungsabschnitt ebenfalls den Umlenkbereich begrenzen. Ferner kann durch den wenigstens einen Durchbruch eine weitere Drosselung des in das Schutzrohrmodul einströmenden Fluids noch vor der zusätzlichen Drosselung durch den Spalt bereitgestellt werden. Dadurch entsteht eine besonders vorteilhafte Strömungsführung im Gassensor zum Sensorelement hin.
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Vorgeschlagen wir zudem, dass das Innenschutzrohr mit dem Außenschutzrohr stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt, ist. Dabei ist insbesondere denkbar, dass der dem Grundgehäuse abgewandte Endbereich des Innenschutzrohrs das Außenschutzrohr in Längsrichtung überragt. Am dem Grundgehäuse abgewandten freien Ende des Außenschutzrohrs kann das Innenschutzrohr mit dem Innenschutzrohr verschweißt sein.
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Denkbar ist auch, dass das Schutzrohrmodul mit dem Grundgehäuse stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt, ist. Dadurch ergibt sich eine besonders stabile und dauerfeste Verbindung zwischen Schutzrohrmodul und Grundgehäuse.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird auch gelöst durch ein Grundgehäuse für einen erfindungsgemäßen Gassensor. Zusätzlich oder alternativ wird das der Erfindung zugrunde liegende Problem auch gelöst durch ein Schutzrohrmodul für einen erfindungsgemäßen Gassensor. Ein derartiges Grundgehäuse kann folglich insbesondere eine Umlenkfläche umfassen. Im Zusammenspiel mit dem Schutzrohrmodul kann durch die Ausbildung eines Spalts eine Drosselung und insbesondere auch eine besonders vorteilhafte Fluidzufuhr zum Sensorelement hin bereitgestellt werden.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnung erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 Schematischer Querschnitt durch ein Grundgehäuse mit daran angeordnetem Schutzrohrmodul eines Gassensors gemäß einer Ausführungsform;
- 2 Einzeldarstellung des Schutzrohrmoduls gemäß 1;
- 3 Einzeldarstellung des Grundgehäuses gemäß 1; und
- 4 schematischer Querschnitt durch ein Grundgehäuse mit daran angeordnetem Schutzrohrmodul eines Gassensors gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Funktionsäquivalente Elemente und Bereiche tragen in den nachfolgenden Figuren die gleichen Bezugszeichen und sind nicht nochmals im Detail erläutert.
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In 1 trägt ein Gassensor insgesamt das Bezugszeichen 10. Der Gassensor 10 umfasst zunächst ein Grundgehäuse 12 (vgl. 3), welche beispielsweise aus Metall hergestellt sein kann. Das Grundgehäuse 12 weist einen hier nicht gezeigten Befestigungsabschnitt zur Anordnung des Gassensors an einem hier nicht dargestellten Strömungskanal für Messgas auf. Der Strömungskanal kann beispielsweise das Abgasrohr einer Brennkraftmaschine, beispielsweise der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, sein.
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Am Grundgehäuse 12 ist ein Schutzrohrmodul 14 (vgl. 2) befestigt. Das Schutzrohrmodul 14 weist eine Haupterstreckung in Längsrichtung 16 auf. Das Grundgehäuse 12 und/oder das Schutzrohrmodul 14 können insbesondere rotationssymmetrisch um eine Mittellängsachse 15 ausgebildet sein. Das Schutzrohrmodul 14 umfasst ein Innenschutzrohr 18, welches zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, ausgebildet sein kann mit einer Innenseite 19. Das Innenschutzrohr 18 ist im Wesentlichen topfförmig ausgebildet und umfasst einen Rohrmantel 20 und einen Rohrboden 22 mit einer Öffnung 24, die als zentrales Loch ausgebildet ist. Das Innenschutzrohr 18 ist in einem Radialabstand von einem topfförmigen Außenschutzrohr 26 umgeben. Das Außenschutzrohr 26 umfasst ebenfalls einen Rohrmantel 28 und einen Bohrboden 30 mit einer Öffnung 32, durch die das Innenschutzrohr 18 formschlüssig oder im Wesentlichen formschlüssig hindurchgeführt ist. Der Rohrboden 30 des Außenschutzrohrs 26 ist hierbei gegenüber dem Rohrboden 22 des Innenschutzrohrs 18 zurückversetzt, sodass das Innenschutzrohr 18 das Außenschutzrohr 26 in Längsrichtung 16 überragt.
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Das Innenschutzrohr 18 ist mit dem Außenschutzrohr 26 über einen bundartigen Verbindungsabschnitt 34 verbunden. Dabei kann das Schutzrohrmodul 14 einstückig ausgebildet sein. Der bundartige Verbindungsabschnitt 34 ist dabei an dem dem Grundgehäuse 12 zugewandten freien Ende 36 des Innenschutzrohrs 18 vorgesehen. Der Verbindungsabschnitt 34 umfasst eine Anzahl sich in Längsrichtung 16 erstreckende Durchbrüche 38.
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Unterhalb des Verbindungsabschnitts 34 in Richtung des Grundgehäuses 12 ist ein Umlenkbereich 37 vorgesehen. Dieser ist insgesamt im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildet und wird zum einen von einer Unterseite 39 des Verbindungsabschnitts 34 und zum anderen von einem Endabschnitt 40 des Außenschutzrohrs 26 begrenzt, wobei die Unterseite 39 und der Endabschnitt 40 einen Winkel von 90° miteinander einschließen. Das Grundgehäuse weist eine umlaufende Umlenkfläche 42 auf. Die Umlenkfläche ist im Querschnitt als Gerade ausgebildet und verläuft schräg zu einer orthogonal zur Längsachse 16 verlaufenden Ebene 45 (vgl. 3).
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Im in 1 dargestellten Querschnitt schließt die Umlenkfläche 42 dabei einen Winkel von 45° mit dem Endabschnitt 40 des Außenschutzrohrs 26 ein. Der Umlenkbereich 37 ist folglich als eine Art umlaufende dreieckförmige Rinne ausgebildet.
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Das Grundgehäuse 12 umfasst ferner einen Durchbruch 44 zum Schutzrohrmodul 14 hin. Der Durchbruch 44 wird von einer Innenseite 46 begrenzt, die an einer Kante 48 in die Umlenkfläche 42 übergeht. Die Kante 48 ist dabei in Längsrichtung 16 dem freien Ende 36 des Innenschutzrohrs 18 gegenüberliegend angeordnet, so dass ein Spalt 50 zwischen Innenschutzrohr 18 und Grundgehäuse 12 ausgebildet wird. Im Rohrmantel 28 des Außenschutzrohrs 26 sind eine Anzahl Öffnungen 52 vorgesehen. In Längsrichtung 16 sind im oberen Bereich der Öffnungen 52 Drallelemente 54 vorgesehen. Diese ragen in den Raum 56 zwischen Außenschutzrohr 26 und Innenschutzrohr 18 und lenken den Massestrom in Richtung des Grundgehäuses 12. Wie in 1 lediglich schematisiert dargestellt ist, ist im Innenschutzrohr 18 ein Sensorelement 58 angeordnet. Das Sensorelement 58 kann beispielsweise eine Interdigitalelektrode (IDE) umfassen. Eine derartige IDE kann beispielsweise zur Bestimmung der sich auf ihr ablagernden Rußmenge als Maß für die Rußkonzentration im Abgas dienen. Das Sensorelement 58 kann somit insbesondere als gassensitiver Endabschnitt eines beispielsweise stabförmigen Keramikkörpers ausgebildet sein, der im Grundgehäuse 12 angeordnet ist und durch den Durchbruch 44 hindurch in das Innenschutzrohr 18 hineingeführt sein kann.
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Das Außenschutzrohr 26 umfasst schließlich einen am Grundgehäuse 12 anliegenden und dieses abschnittsweise umgreifenden freien Endabschnitt 17. Der Endabschnitt 17 kann insbesondere mit dem Grundgehäuse 12 verschweißt sein, um das Schutzrohrmodul 14 stoffschlüssig am Grundgehäuse 12 zu befestigen.
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Die Funktionsweise des Gassensors 10 ist sodann insgesamt wie folgt:
- Der Gassensor 10 kann beispielsweise in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine eingebaut sein. Das Sensorelement 58 kann insbesondere zur Bestimmung der Partikelkonzentration, beispielsweise der Rußkonzentration, im Abgas der Brennkraftmaschine vorgesehen sein, sodass es sich um einen Partikelsensor, insbesondere um einen Rußpartikelsensor, handeln kann. Denkbar ist allerdings auch, dass das Sensorelement 58 zur Bestimmung einer anderen Zustandsgröße eines Messgases ausgebildet ist. So kann beispielsweise das Sensorelement 58 als sogenannte Lambdasonde zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine ausgebildet sein oder als Sensorelement 58 zur Bestimmung der Stickoxidkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine. Auch Temperaturmessfühler zur Messung der Abgastemperatur können ein derartiges Sensorelement 58 sein.
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Um die mindestens eine Zustandsgröße eines Messgases zu bestimmen, kann, wie durch die Pfeile 60 angedeutet, das Messgas aus dem Abgasrohr, an bzw. in dem der Gassensor 10 angeordnet ist, über die Öffnungen 52 in den Raum 56 zwischen Innenschutzrohr 18 und Außenschutzrohr 26 strömen. Sodann kann strömt das Messgas weiter durch die Durchbrüche 38 im Verbindungsabschnitt 34. Dabei wird der Massestrom des Messgases durch den Verbindungsabschnitt 34 gedrosselt.
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Sodann strömt das Messgas in den Umlenkbereich 37 und wird von der Umlenkfläche 42 zum Spalt 50 hin gelenkt. Am Spalt 50 wird der Massestrom des Messgases nochmals gedrosselt. Daraufhin strömt das Messgas im Wesentlichen parallel strömend zum Sensorelement 58 hin, so dass eine Zustandsgröße mittels des Sensorselements 58 bestimmbar ist. Sodann strömt das Messgas durch die Öffnung 24 im Innenschutzrohr 18 aus dem Schutzrohrmodul 14 zurück in das Abgasrohr.
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Durch das Vorsehen der Umlenkfläche 42 und die Drosselung durch die Durchbrüche 38 und später durch den Spalt 50 kann eine besonders günstige Anströmung des Sensorelements 58 bereitgestellt werden. Weiterhin besteht dadurch insbesondere auch die Möglichkeit, die Sensitivität des Sensorelements 58 zu erhöhen und/oder einen verbesserten Schutz vor Auskühlung bei der Regeneration des Gassensors 10 bereitzustellen.
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4 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß den 1 bis 3 dadurch, dass das Innenschutzrohr 18 nicht über den Verbindungsabschnitt 34 am Außenschutzrohr 26 festgelegt ist, sondern, dass das Innenschutzrohr 18 am Außenschutzrohr 26 am Rohrboden 30 des Außenschutzrohrs 26 am Berührpunkt 27 von Außenschutzrohr 26 und Innenschutzrohr 18 mittels einer Schweißverbindung 29 befestigt. Durch den Wegfall des Verbindungsabschnitts 34 fällt die Drosselung des Massenstroms durch diesen weg. Allerdings wird der Massenstrom weiterhin durch den Spalt 50 gedrosselt.
