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Sonde für die Anzeige der Sauerstoff-Fugazität
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in Verbrennungsgasen von insbesondere Brennkraftmaschinen Die Erfindung
betrifft eine Sonde zum Erfassen und Anzeigen der Sauerstoff-Fugazität in Verbrennungsgasen,
insbesondere in den Abgasen von Brennkraftmaschinen. Die Sonde enthält einen Fühler
auf der Basis eines festen Elektrolyts in Form einer flachen Scheibe oder eines
flachen Vielkantprismas, der die Sauerstoff-Fugazität bei einer im ganzen Fühlerraum
ausgeglichenen Temperatur erfaßt.
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Bei in der Entwicklung befindlichen Sonden mit einem festen Elektrolyt
zum Erfassen der Sauerstoff-Fugazität in Verbrennungsgasen ist der feste Elektrolyt
gewöhnlich in Form eines einseitig geschlossenen eprouvettenartigen Rohres angefertigt.
Dieses Rohr wird mittels eines leitenden keramischen Kitts in einer Hülse befestigt,
die gleichzeitig den Masseanschluß bildet. Die rohrförmigen Elektrolyte pflegen
verschiedenartig geformt zu sein und die Elektroden der Fühler sind an der Außen-
und Innenfläche des festen Elektrolyts vorgesehen und bis in den Oberteil der
Fühlersonde
herausgeführt. Diese Anordnung weist jedoch Nachteile auf, denn bei einem Wärmegefälle
von der Spitze des Elektrolyts bis zur Armatur der Sonde liefert der Fühler nicht
gleiche Werte der elektromotorischen Spannung.
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Dieser Nachteil kann durch eine teilweise überdeckung des Elektrolyts,
der an der Führungshülse anliegt, mit einer gasdichten Schicht beseitigt werden.
Hierzu ist der den festen Elektrolyt bildende Fühler im Sondenkörper befestigt und
wird gemeinsam mit ihm in den Strom der Verbrennungsgase geschoben. Diese greifen
bei langdauernder Anwendung die Oberflächenelektrode des Fühlers an den Stellen
an, wo senkrecht zur Oberfläche mikroskopische Teilchen der Verbrennungsgase auftreffen.
Deshalb wird der Elektrolyt durch eine poröse Kittschicht geschützt, die eine Korrosion
des Fühlers durch die strömenden Gase verhindern soll.
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Bei diesen Sonden ist der Elektrolyt in eine Hülse aus feuerfestem
Stahl eingekittet. An dieser Hülse ist auch der Sondenmantel befestigt, durch den
galvanisch isoliert der Anschluß an der inneren Elektrode befestigt ist. Diese Anordnung
hat den Nachteil, daß die einer Temperatur bis zu 800 0" ausgesetzte Sondenhülse
aus feuerfestem Stahl bestehen muß und dann als unerwünschter Kühler des keramischen
Sondenkörpers wirkt. Der keramische Kitt, der den Fühler mit der Sondenhülse verbindet,
wird in einer relativ großen Menge angewandt, so daß die-mechanische Festigkeit
und Abdichtungsfähigkeit des keramischen Kitts gefährdet wird. In anderen Fällen
wird der Fühler am Sondenkörper mittels einer komplizierten Schraubenverbindung
befestigt, die den angeführten Temperaturen standhalten muß.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Sonde der eingangs genannten
Art die auftretenden Nachteile zu überwinden und insbesondere die Halterung des
Fühlers zu vereinfachen,
und das Angreifen seiner Oberflächen durch
auftreffende Gaspartikel sowie temperaturabhängige Meßfehler zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird bei einer Sonde zur Anzeige der Sauerstoff-Fugazität
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Fühler in Form einer flachen Einlage an
seinem Umfang galvanisch leitend an die innere zylinderförmige Fläche des Sondenmantels,
der den elektrischen Anschluß eines Poles des Fühlers bildet, und ferner an eine
Zwischenringunterlage angekittet ist, die sich im feuerfesten Sondenmantel an Vorsprüngen
abstützt, welche gleichrichtende Einströmöffnungen für die zu analysierenden Verbrennungsgase
aufweisen, und daß ein zweiter Pol des Fühlers mittels eines abgefederten Stiftes
als elektrischer Anschluß in Richtung der Sondenlängsachse aus der Sonde herausgeführt
ist.
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Der zylinderförmige Innenmantel der Sonde trägt den Fühler ungefähr
in der Mitte der Höhe des Teiles, der den zu analysierenden Verbrennungsgasen ausgesetzt
ist.
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Diese Sondenanordnung weist die Vorteile auf, daß die Halterung des
Fühlers in der Sonde auf einfache,zuverlässige und sparsame Art erfolgt, wobei die
mikroskopisch feste Teilchen enthaltenden Verbrennungsgase den Fühler nicht senkrecht
zu seiner Oberfläche anströmen. Der Fühler ist in einem Sondenteil mit nahezu gleicher
Temperatur angeordnet, so daß kein Teil des Fühlers durch eine trennende, gasdichte
Schicht überdeckt werden muß.
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Gegenstand der Erfindung ist somit eine Sonde zur Feststellung der
Sauerstoff-Fugazität in Verbrennungsgasen, besonders in den Abgasen von Brennkraftmaschinen,
die
einen Fühler auf der Basis eines festen Elektrolyts in Form einer flachen Scheibe
oder eines flachen Vielkantprismas enthält, der die Sauerstoff-Fugazität bei einer
im ganzen Raum des Fühlers ausgeglichenen Temperatur erfaßt. Der feste, den Fühler
bildende Elektrolyt ist im Sondenkörper befestigt und wird gemeinsam mit diesem
in den Strom der Verbrennungsgase geschoben. Der Fühler ist an seinem Umfang galvanisch
leitend an die innere Zylinderfläche des Sondenmantels angekittet, der den elektrischen
Anschluß des einen Fühlerpols bildet. Der zweite Fühlerpol wird mittels eines abgefederten
Stiftes in Richtung der Sondenlängsachse herausgeführt. Der zylindrische Innenmantel
der Sonde trägt den Fühler ungefähr in seiner halben Höhe. Dieser Teil ist der Wirkung
der zu analysierenden Verbrennungsgase ausgesetzt, wobei der Fühler auf einer Zwischenunterlage
ruht, die innerhalb des feuerfesten Sondenmantels auf Vorsprüngen aufsitzt, die
gleichrichtende Eingänge der zu analysierenden Verbrennungsgase bilden.
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Der Fühler ist in einem Raum mit gleichmäßiger Temperatur angeordnet,
so daß kein Teil des Elektrolyts durch eine trennende, gasdichte Schicht überdeckt
werden muß.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sonde wird anhand der
Schnittzeichnung im einzelnen beschrieben.
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Ein Fühler 1 in Form einer flachen Einlage ist mit einem galvanisch
leitenden Kitt 5 an seinem Umfang an die zylindrische Innenfläche eines Sondenmantels
6 angekittet, der den elektrischen Anschluß eines Pols des Fühlers 1 bildet. Der
Fühler 1 ist gleichzeitig an einen Zwischenring 4 angekittet, der innerhalb des
feuerfesten Sondenmantels 6 gegen durch Einpressen geformte Vorsprünge 7 abgestützt
ist, die gleichrichtende Einströmöffnungen
für die zu analysierenden
Verbrennungsgase bilden. Der zweite Pol 3 des Fühlers 1 ist durch die Herausführung
9 mittels eines abgefederten Stiftes 8 in Achsenlängsrichtung der Sonde herausgeführt.
Der abgefederte Stift 8 wird in der gleichachsigen Lage durch eine Vertiefung 2
im Pol 3 des Fühlers gehalten. Der zweite Pol 3 steht mit der Außenluft in Verbindung,
die durch öffnungen 14 in einer Buchse 11 in den Innenraum der Sonde einströmen
kann.
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Der Sondenmantel 6 ist an einer Hülse 12 befestigt, die auch die Buchse
11 hält. Der Teil der Sonde von der Hülse 12 in Richtung zu den Vorsprüngen 7 im
Sondenmantel 6 ist in dem Raum der zu analysierenden Verbrennungsgase angeordnet.
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Die in der Zeichnung dargestellte Ausführung umfaßt nicht alle Ausführungsarten
der Erfindung. Die Form des Sondenmantels kann verschiedene Hilfsvorsprünge, Herauspressungen,
Vertiefungen und Abschrägungen für einen leichteren Fühlereinbau in die Sonde und
ebenso für den Einbau in den Raum der Verbrennungsgase aufweisen, in dem die Analyse
vorgenommen werden soll.
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Die vorgeschlagene Sonde kann in verschiedenen technischen Fachgebieten
Anwendung finden, wo die Sauerstoff-Fugazität von Verbrennungsgasen festgestellt
werden soll, insbesondere für Regulier- und Optimalisierungszwecke bei Verbrennungsprozessen
im Hinblick auf die Qualität der Verbrennungsgase.