DE2304359A1

DE2304359A1 - Elektrochemischer messfuehler fuer die bestimmung des sauerstoffgehaltes in abgasen, insbesondere in abgasen von verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2304359A1
Application number: DE2304359A
Authority: DE
Inventors: Otto Beesch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-01-30
Filing date: 1973-01-30
Publication date: 1974-08-08
Also published as: NL7401183A; JPS5422117B2; DE2304359B2; FR2215873A6; JPS49107590A; IT1046552B; US3891529A; GB1404304A

Description

R. 1311
12.1.1973 Zr/Kb

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH₅ 7 Stuttgart 1

Elektrochemischer Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen, insbesondere in Abgasen von Verbrennungsmotoren

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrochemischen Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen, insbesondere in Abgasen von Verbrennungsmotoren, mit einem ionenleitenden, einseitig geschlossenen Pestelektrolyt-Rohr, auf dessen Außen- und Innenfläche sich je eine elektronenleitende Schicht als Elektrode befindet. Die.Innenelektrode auf dem Pestelektrolyt-Rohr ist mit einem Anschlußteil elektrisch leitend verbunden und steht mit der Umgebungsluft durch die Öffnung des Pestelektrolyt-Rohres in Verbindung, die Außenelektrode auf dem Pestelektrolyt-Rohr ist mit einem Gehäuse elektrisch leitend verbunden,, das den Kopf des Pestelektrolyt-Rohres umgibt. Die Abdichtung zwischen Festelektrolyt-Rohr und Gehäuse und/oder die Abdichtung zwischen

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Pestelektrolyt-Rohr und Anschlußteil wird durch elektrisch leitende Dichtungsmassen bewirkt, die durch auf die Dichtungsmassen drückende Metallringe gehalten werden· und bei den an diesen Stellen auftretenden Temperaturen beständig bleiben.

Aufgrund der wechselnden Temperatureinflüsse auf derartige elektrochemische Meßfühler besteht bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei den Bauteilen des Meßfühlers die Gefahr eines Bruches des Pestelektrolyt-Rohres bzw. eines Undichtwerdens zwischen der Abdichtung zwischen Pestelektrolyt-Rohr und Gehäuse. Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, daß das Pestelektrolyt-Rohr mit dem Gehäuse durch eine dünne Hartlötschicht oder einen dünnen elektrisch leitfähigen Glasschmelzfluß verbunden viird, wobei das Gehäuse aus einer teuren Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung hergestellt ist und somit einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der dem des Festelektrolyt-Rohres in etwa entspricht. Gehäuse aus derartigem Material sind jedoch sehr teuer; außerdem ist¹ der damit verbundene· Abdichtvorgang durch Kartlötung oder mittels Glasschmelzfluß fertigungstechnisch umständlich und recht aufwendig.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde einen elektrochemischen Meßfühler zu entwickeln, der billigere Stoffe für das Gehäuse sowie auch eine einfachere Montage erlaubt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die zwischen Pestelektrolyt-Rohr und Gehäuse befindliche Dichtungsmasse auch nach ihrem Zusammenpressen mittels Metallring nachgiebig ist und das Festelektrolyt-Rohr und das Gehäuse elektrisch miteinander verbindet. Als eine solche nachgiebige Dichtungsmasse ist besonders elektrisch leitendes Pulver geeignet; bewährt hat sich dabei insbesondere

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Graphitpulver, aber auch Kupferpulver. Bei Verwendung von Kupferpulver als Dichtungsmasse ist beiderseits der Kupferpulver-Schicht je eine Talkum-Schicht angeordnet, damit die Kupferpulver-Schicht durch Einwirkung der Abgase nicht durch Oxidation angegriffen wird und Undichtheiten zwischen Festelektrolyt-Rohr und Gehäuse erzeugt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden beschrieben und näher erläutert; es zeigen:

Fig. .1 einen Längsschnitt durch einen Meßfühler nach der Erfindung mit Graphitpulver als Dichtungsmasse und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Meßfühler nach der Erfindung mit einer dreischichtigen Dichtungsmasse Talkum-Kupferpulver-Talkum.

Der in Pig. I dargestellte elektrochemische Meßfühler 10, der radial in das Abgasrohr von Verbrennungsmotoren eingebaut wird, enthält als,Hauptteil ein Festelektrolyt-Rohr 11; dieses Festelektrolyt-Rohr 11 ist an seinem einen Ende 12 geschlossen und hat an seinem anderen Ende 13 eine Einsenkung Ik, die sich in einer Längsbohrung 15 fortsetzt. Das Festelektrolyt-Rohr 11 besteht aus stabilisiertem kubischem Zirkondioxid und ist an seiner Außenfläche mit einer Platinschicht als Außenelektrode 16 versehen. Die Längsbohrung 15 und deren Einsenkung Ik sind mit einer Innenelektrode 17 ausgerüstet, die ebenfalls aus Platin besteht und die Form einer Leiterbahn hat; diese innere Platinschicht wird durch Aufpinseln einer Platinsuspension und anschließendes Einbrennen hergestellt.

Das Festelektrolyt-Rohr 11 hat ein zu seinem geschlossenen Ende 12 konisch verlaufenden Abschnitt 18; mit diesem konischen Abschnitt 18 liegt das Festelektrolyt-Rohr 11 linienförmig auf einem Einschnürungsradius 19 der Schulter

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20 eines metallischen Gehäuses 21 auf, das geschlossene Ende 12 des Festelektrolyt-Rohres 11 ragt dabei frei in einen Rohrstutzen 22 des Gehäuses 21, der an seinem vorderen Ende offen ist und seitlich einige eingescherte Öffnungen 23 aufweist.

Das Gehäuse 21, das aus normalem Stahl bestehen kann und im Beispiel als einfaches Einsteckteil für das Abgasrohr ausgebildet ist, hat als Einbauhilfe einen Flansch 2k. Das vorn Flansch 2k zur Schulter 20 des Gehäuses 21 reichende Einsteckteil 25 bildet mit dem Festelektrolyt-Rohr 11 einen Zwischenraum 26, dessen zur Schulter 20 liegender Bereich mit einer aus Graphit bestehenden pulverförmigen Dichtungsmasse 27 gefüllt ist, die durch einen Metallring 28 eingepreßt ist, der durch eine Punktschweißung 29 am Gehäuse 21 befestigt ist und Spiel zum Festelektrolyt-Rohr 11 hat. Der Graphit 27 verbindet die als Außenelektrode dienende Platinschicht des Festelektrolyt-Rohres 11 elektrisch mit dem Gehäuse 21 und dient als nachgiebiges Polster bei Wärmeausdehnungen bzw. -Schrumpfungen von Festelektrolyt-Rohr 11 bzw. Gehäuse 21; der Graphit 27 sorgt ferner für eine gasdichte Verbindung zwischen Festelektrolyt-Rohr 11 und Gehäuse 21. Eine solche gasdichte Verbindung beider Teile ist wichtig, da in die Längsbohrung 15 des Festelektrolyt-Rohres 11 eindringende Abgase zu einer Änderung des Sauerstoff-Partialdruckes an der Innenelektrode 17 aus Platin führen würde und damit Mischpotentiale gemessen würden.

Die Dichtungsmasse 27 ist durch den zugehörigen Metallring 28 mit ■

worden.

28 mit einem Druck von ca. 1000 kg/cm zusammengepreßt

Auf dem zwischen Längsbohrung 15 und Einsenkung Ik gebildeten Absatz 30 liegt der Flansch 31 eines rohrförmigen Anschlußteils 32 auf, das an seinem freien Ende mit einem Steckanschluß 33 für die elektrische Verbindung mit einem Einscherloch 3k für den Zutritt des Luftsauerstoffes versehen ist. Die

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Abdichtung zwischen Anschlußteil 32 und Einsenkung 14 sowie auch die Kontaktierung zwischen dem Anschlußteil 32 und der als Leiterbahn ausgebildeten Innenelektrode 17 erfolgt durch eine elektrisch leitende Glasschmelze;/ die durch einen Metallring 36 zusammengepreßt und begrenzt ist.

In der Fig. 2 ist ein elektrochemischer Meßfühler 4l dargestellt, der sich von dem elektrochemischen Meßfühler 10

et. in Fig. 1 nur dadurch unterscheidet, daß/anstelle der pulverförmigen Dichtungsmasse 27 aus Graphit eine dreischichtige pulverförmige Dichtungsmasse 45, 46, 47 aufweist; dabei besteht die mittlere Schicht 46 aus Kupferpulver, die oben und unten durch eine Talkumschicht 45 ₃ ^7 eingeschlossen ist. Die Talkumschichten HS₃ 47 verhindern die Oxidation des Kupferpulvers 46 und damit eine Beeinflussung der zur Kontaktierung dienenden, nachgiebigen Kupferpulverschicht 46. Anstelle einer Talkumschicht 45 kann auch eine Graphit-Schicht verwendet werden.

Anstelle eines beschriebenen, aus Blech hergestellten Gehäuses 21 mit Einsteckteil 25 kann auch ein mit einem Einschraubgewinde versehenes Gehäuse aus Stahl benutzt werden.

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Claims

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Ansprüche Elektrochemischer Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen, insbesondere in Abgasen von Verbrennungsmotoren, mit einem ionenleitenden, einseitig geschlossenen Pestelektrolyt-Rohr, auf dessen Außen- und Innenfläche sich je eine elektronenleitende Schicht als Elektrode befindet, von denen die Innenelektrode mit einem Anschlußteil elektrisch leitend verbunden ist und mit der Umgebungsluft durch die Öffnung des Pestelektrolyt-Rohres in Verbindung steht·, und von denen die Außenelektrode mit einem Gehäuse elektrisch leitend verbunden ist, das den Kopf des Pestelektrolyt-Rohres umgibt, und daß die Abdichtung zwischen Festelektrolyt-Rohr und Gehäuse und/oder die Abdichtung zwischen Festelektrolyt-Rohr und Anschlußteil durch elektrisch leitende Dichtungsmassen bewirkt wird, die durch auf die Dichtungsmassen drückende Metallringe gehalten werden und bei den an diesen Stellen auftretenden Temperaturen beständig bleiben, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Pestelektrolyt-Rohr (11) und Gehäuse (21) befindliche Dichtungsmassen (27» ¹J5 - 47) auch nach ihrem Zusammenpressen mittels Metallring (28) nachgiebig ist und das Festelektrolyt-Rohr (11) und das Gehäuse (21) elektrisch miteinander verbindet.
2. Elektrochemischer Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Dichtungsmasse (27, 45 - 47) Pulver ist. 409832/0477

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3. Elektrochemischer Meßfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmige Dichtungsmasse (27) Graphit ist.
4. Elektrochemischer Meßfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmige Dichtungsmasse (¹Io) Kupfer-Pulver ist.
5. Elektrochemischer Meßfühler nach Anspruch k_s dadurch gekennzeichnet, daß das zur Dichtungsmasse (46) gehörende Kupfer-Pulver beiderseits von einer Talkum-Schicht bedeckt ist.
6. Elektrochemischer Meßfühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmige Dichtungsmasse (i|5) Graphit ist.

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