Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Dichtung für ein Sen
sorelement eines Gassensors nach der Gattung des Hauptan
spruches. Eine derartige Dichtung ist beispielsweise aus der
DE 195 32 090 bekannt, bei der das Sensorelement in einer
Längsbohrung eines Gehäuses mittels mindestens zweier
Dichtkörper und einer zwischen den Dichtkörpern angeord
neten verformbaren Zusatzdichtung angebracht ist. Die bei
den Dichtkörper bestehen aus Magnesiumaluminiumsilicat
oder Steatit und der zwischen diesen Dichtkörpern ange
brachte Dichtkörper aus dem hexagonalen Allotropen des
Bornitrides.The invention is based on a seal for a Sen
sensor element of a gas sensor according to the genus of the main
saying. Such a seal is for example from the
DE 195 32 090 known in which the sensor element in a
Longitudinal bore of a housing by means of at least two
Sealing body and one arranged between the sealing bodies
Neten deformable additional seal is attached. The at
the sealing body consist of magnesium aluminum silicate
or steatite and the between these sealing bodies
brought sealing body from the hexagonal allotrope of the
Bornitrides.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Dichtung mit den kennzeichnen
den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß sie
sowohl gasdicht als auch für Flüssigkeiten, insbesondere für
Kraftstoffe, undurchlässig ist und darüber hinaus eine sehr
hohe Temperaturbeständigkeit aufweist. Dies wird erreicht
durch eine Mischung aus dem hexagonalen Allotropen des
Bornitrides (BN) und wenigstens einer oxidkeramischen
Komponente. Darüber hinaus weist die Verwendung einer
Mischung aus der oxidkeramischen Komponente und BN
anstelle eines Dichtungsaufbaus aus Dichtelementen ver
schiedener chemischer Zusammensetzung eine vereinfachte
Handhabung und Montage auf.Mark the seal of the invention with the
the features of the main claim has the advantage that they
both gastight and for liquids, especially for
Fuels, is impermeable and moreover a very
has high temperature resistance. This is accomplished
by a mixture of the hexagonal allotrope of the
Bornitrides (BN) and at least one oxide ceramic
Component. In addition, the use of a
Mixture of the oxide ceramic component and BN
instead of a sealing structure made of sealing elements
different chemical composition a simplified
Handling and assembly on.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnah
men sind vorteilhafte Ausbildungen und Weiterbildungen
der erfindungsgemäßen Dichtung möglich.By the measure listed in the subclaims
Men are advantageous training and further education
the seal of the invention possible.
In besonders vorteilhafter Weise wird Steatit, d. h. das
Brennprodukt des Specksteins mit der ungefähren chemi
schen Formel 3MgO . 4SiO2 . H2O in einer Mischung mit
dem hexagonalen Allotropen von BN verwendet. Damit
wird eine besonders hohe Temperaturstabilität gewährlei
stet. Durch die Verwendung von Bornitrid, dessen hexago
nales Allotropes eine sehr feinkörnige und, ähnlich seinem
Isosteren Graphit, eine gut verformbare Verbindung ist wird
die Dichtigkeit entscheidend verbessert.In a particularly advantageous manner, steatite, ie the fuel product of the soapstone with the approximate chemical formula 3MgO. 4SiO 2 . H 2 O used in a mixture with the hexagonal allotrope of BN. This ensures a particularly high temperature stability. The use of boron nitride, the hexagonal allotropes of which is a very fine-grained and, similar to its isosteric graphite, a readily deformable compound, improves the tightness significantly.
In besonders bevorzugter Ausführung beträgt der BN-An
teil im Dichtelement 5 bis 10 Gewichtsprozent. Eine gute
Handhabbarkeit bei der Montage der Dichtung wird er
reicht, wenn der Steatit/BN Dichtkörper im vorgesinterten
Zustand eingesetzt wird und durch das Einwirken einer
Kraft bei der Montage sich derart verformt, daß sich das Ma
terial des oder der Dichtkörper an das Sensorelement und
das Gehäuse anlegt und somit das Sensorelement im Ge
häuse gasdicht gehalten wird.In a particularly preferred embodiment, the BN-An is
part in the sealing element 5 to 10 percent by weight. A good
It becomes manageable when assembling the seal
is sufficient if the steatite / BN sealing body in the presintered
Condition is used and by the action of a
Force deforms during assembly such that the Ma
material of the or the sealing body to the sensor element and
the housing creates and thus the sensor element in Ge
housing is kept gastight.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich
nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung nä
her erläutert. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Gas
sensor mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Fig. 1 shows a cross section through a gas sensor with a sealing arrangement according to the invention.
AusführungsbeispielEmbodiment
Die einzige Figur zeigt einen Gassensor 10, beispiels
weise einen elektrochemischen Sauerstoffsensor, der ein
metallisches Gehäuse 12 besitzt, das ein Gewinde 13 als Be
festigungsmittel für den Einbau in ein nicht dargestelltes
Meßgasrohr aufweist. Das Gehäuse 12 hat eine Längsboh
rung 15 mit einer schulterförmigen Ringfläche 16. Auf der
schulterförmigen Ringfläche 16 befindet sich beispielsweise
ein metallischer Dichtring 18, auf dem ein meßgasseitiges
Keramikformteil 21 aufliegt. Das meßgasseitige Keramik
formteil 21 hat in Richtung der Längsbohrung 15 verlaufend
einen durchgehenden meßgasseifigen Durchbruch 22. Beab
standet vom meßgasseifigen Keramikformteil 21 ist in der
Längsbohrung 15 ferner ein anschlußseitiges Keramikform
teil 23 angeordnet. Das anschlußseitige Keramikformteil 23
hat ebenfalls in Richtung der Längsbohrung 15 verlaufend
einen zentral angeordneten und durchgehenden anschlußsei
tigen Durchbruch 24. Der meßgasseitige Durchbruch 22 des
meßgasseitigen Keramikformteils 21 und der anschlußsei
tige Durchbruch 24 des anschlußseitigen Keramikformteils
23 verlaufend fluchtend zueinander.The single figure shows a gas sensor 10 , for example, an electrochemical oxygen sensor, which has a metallic housing 12 which has a thread 13 as a fastener for installation in a sample gas tube, not shown. The housing 12 has a Längsboh tion 15 with a shoulder-shaped annular surface 16th On the shoulder-shaped ring surface 16 there is, for example, a metallic sealing ring 18 on which a molded gas-side ceramic molded part 21 rests. The measuring gas-side ceramic molding 21 has a continuous measuring gas-permeable opening 22 running in the direction of the longitudinal bore 15 . Beab stands from the measuring gas-compatible ceramic molded part 21 , a connection-side ceramic molded part 23 is also arranged in the longitudinal bore 15 . The terminal-side ceramic molded part 23 has a likewise extending centrally arranged in the direction of the longitudinal bore 15 and through anschlußsei term breakthrough 24th The measuring gas-side opening 22 of the measuring gas-side ceramic molded part 21 and the connection-side opening 24 of the connection-side ceramic molded part 23 are flush with one another.
In den Durchbrüchen 22, 24 befindet sich ein plättchen
förmiges Sensorelement 27 mit einem meßgasseitigen End
abschnitt 28 und einem anschlußseitigen Endabschnitt 29.In the openings 22 , 24 there is a plate-shaped sensor element 27 with a measuring gas-side end section 28 and a connection-side end section 29 .
Der meßgasseitige Endabschnitt 28 des Sensorelements
27 ragt aus dem Gehäuse 11 heraus und ist von einem
Schutzrohr 31 umgeben, das am Gehäuse 11 festgelegt ist.
Das Schutzrohr 31 weist Ein- und Austrittsöffnungen 32 für
das zu messende Gas auf. Der anschlußseitige Endabschnitt
29 besitzt Anschlußkontakte 34, die ebenfalls aus dem Ge
häuse 11 herausragen. Die Anschlußkontakte 34 werden mit
einem nicht dargestellten mit Anschlußkabeln versehenen
Kontaktstecker kontaktiert. Der aus dem Gehäuse 11 heraus
ragende anschlußseitige Endabschnitt 29 ist von einer nicht
dargestellten Umkapselung umgeben, die den Endabschnitt
29 vor Umgebungseinflüssen schützt.The measuring gas-side end section 28 of the sensor element 27 protrudes from the housing 11 and is surrounded by a protective tube 31 which is fixed to the housing 11 . The protective tube 31 has inlet and outlet openings 32 for the gas to be measured. The connection-side end portion 29 has contacts 34 , which also protrude from the housing 11 Ge. The connection contacts 34 are contacted with a contact plug, not shown, provided with connection cables. The connection-side end section 29 protruding out of the housing 11 is surrounded by an encapsulation, not shown, which protects the end section 29 from environmental influences.
Zwischen dem meßgasseitigen Keramikformteil 21 und
dem anschlußseitigen Keramikformteil 23 befindet sich eine
Dichtung 37, bestehend aus einer BN/Steatit-Mischung.
Bornitrid liegt als hexagonales Allotrope vor, und hat bei
spielsweise einen Anteil von 10 Gew-% an dem Dichtele
ment 37. Auf dieses Dichtelement 37 drückt das anschluß
seitige Keramikformteil 23. Die Anpreßkraft des anschluß
seitigen Keramikformteils 23 wird von einer Metallhülse 40
aufgebracht. Die Metallhülse 40 hat beispielsweise gleich
mäßig verteilt mehrere, nach innen weisende Krallen 41, die
in am Gehäuse 12 eingeformten Einkerbungen 42 eingrei
fen. Es ist aber such denkbar, die Metallhülse 40 mit dem
Gehäuse 12 zu verschweißen. Das aus der Bn/Steatitmi
schung bestehende Dichtelement 37 wird vor dem Einbau in
die Längsbohrung 15 des Gehäuses 12 durch Sintern bei ei
ner niedrigen Temperatur von beispielsweise 500°C zu ei
nem Ring vorgeformt. Das so gebildete ringförmige Dicht
element 37 wird entsprechend dem Ausführungsbeispiel in
die das Sensorelement 27 bereits enthaltende Längsbohrung
15 eingesetzt. Über der Dichtung 37 wird dann das an
schlußseitige Keramikformteil 23 angeordnet. Danach wird
auf das anschlußseitige Keramikformteil die Metallhülse 40
aufgesetzt. Anschließend wird beispielsweise mittels eines
Stempels eine Kraft auf die Metallhülse 40 ausgeübt, die
über das anschlußseitige Keramikformteil 23 auf das Dicht
element 37 einwirkt. Dabei wird der vorgefertigte Ring des
Dichtelements 37 derart verformt, daß sich das Material des
Dichtelementes 37 an das Sensorelement 27 und das Ge
häuse 12 anpreßt.Between the measuring gas-side ceramic molding 21 and the connection-side ceramic molding 23 there is a seal 37 consisting of a BN / steatite mixture. Boron nitride is present as a hexagonal allotrope, and has a share of 10% by weight in the sealing element 37 , for example. The connection-side molded ceramic part 23 presses onto this sealing element 37 . The contact pressure of the connection-side ceramic molded part 23 is applied by a metal sleeve 40 . The metal sleeve 40 has, for example, evenly distributed a plurality of inwardly facing claws 41 , which are inserted into notches 42 formed on the housing 12 . But it is also conceivable to weld the metal sleeve 40 to the housing 12 . The sealing element 37 consisting of the Bn / steatite mixture is preformed into a ring before being installed in the longitudinal bore 15 of the housing 12 by sintering at a low temperature of, for example, 500 ° C. The annular sealing element 37 thus formed is inserted according to the exemplary embodiment into the longitudinal bore 15 which already contains the sensor element 27 . About the seal 37 is then arranged on the end-side ceramic molding 23 . Then the metal sleeve 40 is placed on the connection-side ceramic molded part. A force is then exerted on the metal sleeve 40 , for example by means of a stamp, which acts on the sealing element 37 via the ceramic molded part 23 on the connection side. The prefabricated ring of the sealing element 37 is deformed in such a way that the material of the sealing element 37 is pressed against the sensor element 27 and the housing 12 .
Es hat sich gezeigt, daß die Dichtwirkung im wesentli
chen von dem Anteil des hexagonalen BN-Allotropen be
stimmt wird.It has been shown that the sealing effect is essentially
The proportion of the hexagonal BN allotrope
is true.
Wesentlich für die Erzielung einer Gas- und Kraftstoff
dichtheit über einen weiten Temperaturbereich ist, daß auf
das Dichtungselement 37 ständig eine von der Metallhülse
40 ausgehende Kraft einwirkt. Aufgrund des höheren ther
mischen Ausdehnungskoeffizienten von Steatit (8,8 × 10-6
K-1) gegenüber Bornitrid (ca. 4,4 × 10-6 K-1) wird durch die
entsprechende Mischung beider Komponenten erreicht, daß
auch bei höheren Temperaturen die von der Metallhülse 40
ausgehende Anpreßkraft auf das Dichtelement 37 einwirkt.It is essential for achieving gas and fuel tightness over a wide temperature range that the sealing element 37 is constantly acted upon by a force emanating from the metal sleeve 40 . Due to the higher thermal expansion coefficient of steatite (8.8 × 10 -6 K -1 ) compared to boron nitride (approx. 4.4 × 10 -6 K -1 ) is achieved by the appropriate mixture of both components that even at higher temperatures the contact pressure exerted by the metal sleeve 40 acts on the sealing element 37 .
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Dichtelements
37 ist nicht auf die Abdichtung von planaren Sensorelemen
ten in metallischen Gehäusen beschränkt. Es ist durchaus
denkbar, ein derartiges Dichtelement 37 auch zum Abdich
ten von sogenannten Fingersonden einzusetzen. Bei diesem
Anwendungsfall muß dann lediglich die Ausführung des
vorgefertigten Ringes für das Dichtelement 37 der Geome
trie der Längsbohrung und der Auflagefläche zwischen Ge
häuse und fingerförmigem Sensorelement angepaßt werden.The use of the sealing element 37 according to the invention is not limited to the sealing of planar sensor elements in metallic housings. It is quite conceivable to use a sealing element 37 of this type for sealing off so-called finger probes. In this application, only the execution of the prefabricated ring for the sealing element 37 of the geometry of the longitudinal bore and the contact surface between the housing and the finger-shaped sensor element must be adapted.