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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Gassensor, der für eine Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
einer Brennkraftmaschine genutzt wird.
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Ein
Gassensor ist in einem Abgassystem eines Automotors für eine Steuerung
des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
oder desgleichen eingebaut.
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Ein
herkömmlicher
Gassensor weist eine zylindrische Isolierung mit einem Elementeinsatzloch, ein
Gasmessfühlelement,
das luftdicht in dem Elementeinsatzloch befestigt ist, und ein zylindrisches Gehäuse auf,
das einen Innenraum zum Einsetzen der Isolierung hat. Eine luftseitige
Haube ist an einem nahe liegenden Ende des Gehäuses befestigt, um eine Luftatmosphäre darin
abzugrenzen. Und eine messgasseitige Haube ist seitlich an einem
entfernt liegenden Ende des Gehäuses
befestigt, um eine Messgasatmosphäre darin abzugrenzen.
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Um
das Einsetzen des Gasfühlmesselements 15 zu
ermöglichen,
wie in 13 gezeigt ist, besteht das
Elementeinsatzloch 210 aus einem Abschnitt 211 mit
größerem Durchmesser,
der an dem nahe liegenden Ende des Lochs ausgebildet ist, und aus
einem Abschnitt 212 mit kleinerem Durchmesser, der an dem
entfernt liegenden Ende des Lochs ausgebildet ist. Der Abschnitt 211 mit
größerem Durchmesser
hat einen größeren Innendurchmesser
als der des Abschnitts 212 mit kleinerem Durchmesser.
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Ein
Dichtungsmaterial 219 ist zwischen einer Außenfläche des
Gasmessfühlelements 15 und
einer Innenfläche
des Abschnitts 211 mit größerem Durchmesser des Elementeinsatzlochs 210 eingefügt, um den
Spalt zwischen ihnen fest abzudichten.
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Der
Spalt zwischen dem Gasmessfühlelement 15 und
dem Elementeinsatzloch 210 entspricht einer Grenze zwischen
der Luftatmosphäre
und der Messgasatmosphäre.
Es ist daher notwendig, den Spalt zwischen dem Gasmessfühlelement 15 und dem
Elementeinsatzloch 210 luftdicht abzudichten, um die Luftatmosphäre und die
Messgasatmosphäre sicher
zu trennen.
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Jedoch
ist gemäß dem vorstehend
beschriebenen herkömmlichen
Sensor der Abschnitt 212 mit kleinerem Durchmesser von
dem Gasmessfühlelement 15 durch
einen erheblichen Spalt beabstandet. Das Gasmessfühlelement 15 ist
an seinem nahe liegenden Ende mit dem Dichtungsmaterial 219 in
einer auskragenden Art und Weise gestützt.
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Wenn
demgemäß ein erheblicher
Stoß oder eine
Schwingung von außerhalb
aufgebracht wird, wird das Gasmessfühlelement wie ein Pendel schwingen
und kann mit der Innenfläche
des Abschnitts 212 mit kleinerem Durchmesser zusammenstoßen. Auf
diese Weise wird das Gasmessfühlelement
oft einer konzentrierten Belastung ausgesetzt und wird verdreht
oder beschädigt.
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13 zeigt
einen Abschnitt „A", bei dem die verstärkte Belastung
auf das Gasmessfühlelement 15 einwirkt,
und einen Abschnitt „B", bei dem ein Randabschnitt
der Isolierung 21 gegenüber
dem Gasmessfühlelement 15 liegt.
Demgemäß bricht
das Gasmessfühlelement 15 oft
an diesen bestimmten Abschnitten.
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US
Patent Nr. 5 886 248 offenbart einen Gassensor mit einem Dichtungsmaterial,
das in einem Spalt zwischen dem Gasmessfühlelement und der Isolierung
vorgesehen ist, um sich von dem nahe liegende Ende zu seinem entfernt
liegenden Ende zu erstrecken.
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Es
war jedoch, da das Dichtungsmaterial ein harter Stoff ist, schwierig
zu verhindern, dass der Riss oder Bruch des Gasmessfühlelements
verursacht wird, wenn ein erheblicher Stoß von außerhalb aufgebracht wird, obwohl
ein derartiges steifes Dichtungsmaterial gegen das Schwingen des
Gasmessfühlelements
wirksam sein kann.
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Außerdem beschreibt
die Druckschrift
EP
0 932 039 A2 einen Gassensor, bei dem ein Dichtungselement
und ein Dämpfungselement
angrenzend zueinander nahe einem Ende der Isolierung angeordnet
sind. Eine ähnliche
Anordnung ist in der Druckschrift
EP 0 939 314 A2 gezeigt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Um
die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, ist es eine Aufgabe der
Erfindung einen Gassensor vorzusehen, der in der Lage ist, zu verhindern,
dass Risse oder der Bruch des Gasmessfühlelement verursacht werden,
wobei ein Verfahren zum Schützen
eines Gassensors vorgesehen ist.
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Um
die vorstehend genannte Aufgabe auszuführen, sieht die Erfindung einen
Gassensor gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 7
vor.
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Auswirkungen
der Erfindung sind nachstehend erklärt.
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Das
Dämpfungsfüllmittel
der Erfindung ist so weich, dass es den Stoß ausreichend absorbieren kann,
der von außerhalb
aufgebracht wird.
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Auf
diese Weise wird es möglich,
zu verhindern, dass das Gasmessfühlelement
vom Stoß direkt beansprucht
wird, der von außerhalb
des Gassensors übertragen
wird.
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Außerdem schwingt,
da das Gasmessfühlelement
der Erfindung außerdem
an beiden Enden, an seinem nahe liegenden Ende und an seinem entfernt liegenden
Ende, gehalten wird, das Gasmessfühlelement nicht wie ein Pendel,
wenn ein Stoß oder
eine Schwingung aufgenommen wird.
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Demgemäß verhindert
die Erfindung, dass eine konzentrierte Beanspruchung auf einen Abschnitt
einwirkt, der als Schwingmitte des Gasmessfühlelements dient (d.h. ein
Abschnitt unmittelbar unterhalb des Abschnitts, der mit dem Dichtungsmaterial
fest befestigt ist), und sie verhindert auch, dass das Gasmessfühlelement
mit der Innenfläche
der Isolierung zusammenstößt. Die
Erfindung verhindert daher wirksam, dass ein Riss oder Bruch des
Gasmessfühlelements
verursacht wird.
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Wenn
die Festigkeit des Dämpfungsfüllmittels
weniger als 5 N ist, wird der Einsatz des Dämpfungsfüllmittels schwierig. Wenn die
Festigkeit des Dämpfungsfüllmittels
größer als
1000 N ist, wird eine erheblich konzentrierte Beanspruchung reagierend auf
einen äußeren Stoß auf das
Gasmessfühlelement
durch das Dämpfungsfüllmittel einwirken.
Dies kann einen Riss oder Bruch des Gasmessfühlelements verursachen.
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In
Anbetracht, dass der Einsatz des Dämpfungsfüllmittels erleichtert wird,
ist es wünschenswert,
dass die Festigkeit des Dämpfungsmaterials gleich
oder größer als
20 N ist.
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Außerdem kann
das Dämpfungsmaterial z.B.
den Stoß wirksam
absorbieren, der von außerhalb
aufgebracht wird, wenn die Festigkeit des Dämpfungsmaterials gleich oder
kleiner als 400 N ist.
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Außerdem ist
gemäß der Erfindung
der Spalt zwischen der Isolierung und dem nahe liegenden Ende des
Gasmessfühlelements
mit einem dichten und harten Stoff gefüllt, wie zum Beispiel dem Dichtungsmaterial.
Wie vorher beschrieben ist, entspricht der Spalt zwischen dem Gasmessfühlelements
und dem Elementeinsatzloch der Grenze zwischen der Luftatmosphäre und der
Messgasatmosphäre.
Auf diese Weise trennt das Dichtungsmaterial, das zwischen dem Gasmessfühlelement
und dem Elementeinsatzloch eingefügt ist, sicher die Luftatmosphäre und die
Messgasatmosphäre.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, kann die Erfindung einen Gassensor vorsehen,
der in der Lage ist, Risse oder den Bruch des Gasmessfühlelements zu
verhindern.
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Wie
außerdem
nachstehend in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben ist, ist die Erfindung anwendbar auf einen Gassensor,
der ein Messfühlelement
der Bauart mit mehrschichtigen flachen Platten aufnimmt, und auch anwendbar
auf einen Gassensor, der ein Messfühlelement der Bauart mit becherförmigen festen
Elektrolyt aufnimmt.
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Außerdem ist
der Gassensor der Erfindung bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor und bei einem
Sauerstoffsensor anwendbar, der in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine
eingebaut ist, und ist auch bei verschiedenen Sensoren anwendbar,
wie zum Beispiel einem NOx-Sensor, einem CO-Sensor und einem HC-Sensor.
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Das
Dichtungsmaterial ist zum Beispiel Glas, Talk, Speckstein, Zirkon
und Aluminium.
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Das
Dämpfungsfüllmittel
der Erfindung ist zum Beispiel ein hitzebeständiger Stoff, wie zum Beispiel
Zirkon oder keramische Materialien, der einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
wie der der Isolierung des Gasmessfühlelements hat.
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Wenn
speziell das Dämpfungsfüllmittel
der Erfindung in einem Abgassystem verwendet wird, das in einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
beschrieben ist, wird es einer hohen Temperatur des Abgases ausgesetzt.
Auf diese Weise ist es wünschenswert,
dass die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt sind,
um die Beständigkeit
in einem breiten Temperaturbereich von der Raumtemperatur zu derartig
hohen Temperaturen sicher zu stellen.
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Talk,
Mullit, Zirkon, Speckstein können
auch als Dämpfungsfüllmittel
der Erfindung verwendet werden.
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Wenn
ein Gassensor lediglich in einem Abschnitt verwendet wird, in dem
die Hitzebeständigkeit nicht
so wichtig ist, können
auch verschiedene Harzmaterialien, wie zum Beispiel PTFE (d.h. Polytetrafluorethylen),
fluorhaltiger Kautschuk, NBR (d.h. Nitrilbutylrubber), als Dämpfungsfüllmittel
der Erfindung verwendet werden.
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Um
außerdem
das Elementeinsatzloch mit dem Dämpfungsfüllmittel
zu füllen,
kann pulvriges Material schwer in das Elementeinsatzloch gedrückt werden,
um als Dämpfungsfüllmittel
der Erfindung zu dienen.
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Außerdem ist
es möglich,
Schlamm durch Kneten eines pulvrigen Materials mit einem Bindemittel
vorzubereiten, und den Schlamm in das Elementeinsatzloch einzulassen,
und dann den eingelassenen Schlamm zu sintern.
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Außerdem kann
Klebstoff der trocken aushärtenden
Art als Dämpfungsfüllmittel
der Erfindung verwendet werden.
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Außerdem kann
die Wirkung der Erfindung erhalten werden, selbst wenn einige Hohlräume oder hohle
Abschnitte in dem Dämpfungsfüllmittel
vorhanden sind.
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Nachstehend
ist es wünschenswert,
dass ein Füllungsanteil
des Dämpfungsfüllmittel,
das zwischen der Innenfläche
des Elementeinsatzlochs und der Außenfläche des Gasmessfühlelements
vorgesehen ist, in dem Bereich von 10% bis 80% ist.
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Dies
macht es möglich,
die Festigkeit des Dämpfungsfüllmittels
gegen den Stoß zu
verbessern, der von außerhalb
aufgebracht wird.
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Wenn
der Füllungsanteil
des Dämpfungsfüllmittels
weniger als 10% ist, wird die Menge von Dämpfungsfüllmittel zum sicheren Halten
des Gasmessfühlelements
nicht ausreichend sein.
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Wenn
der Füllungsanteil
des Dämpfungsfüllmittels
größer als
80% ist, wird die Wirkung des Absorbierens des Stoßes geschwächt werden
und ein Riss oder Bruch des Gasmessfühlelements kann verursacht
werden.
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Weiterhin
ist es wünschenswert,
dass eine Einlassöffnung
nahe einem Öffnungsrand
des Elementeinsatzlochs an dem entfernt liegenden Ende der Isolierung
vorgesehen ist, um einen Füllungsvorgang
des Dichtungsmaterials oder des Dämpfungsmaterials zu ermöglichen.
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Mit
dieser Anordnung kann das Dichtungsmaterial oder das Dämpfungsmaterial
leicht in das Elementeinsatzloch eingelassen werden.
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Die
Einlassöffnung
ist zum Beispiel eine Vertiefung, die entlang dem Öffnungsrand
(bezogen auf 4B) ausgebildet ist.
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Weiterhin
ist es wünschenswert,
dass das Elementeinsatzloch einen Abschnitt mit größerem Durchmesser
an einem Ende und einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser an dem
entgegengesetzen Ende aufweist, und dass ein Innendurchmesser des Abschnitts
mit größerem Durchmesser
größer ist
als der des Abschnitts mit kleinerem Durchmesser.
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Mit
dieser Anordnung kann die Festigkeit gegen den äußeren Stoß verbessert werden.
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Weiterhin
ist es wünschenswert,
dass das Dichtungsmaterial und/oder das Dämpfungsmaterial so eingesetzt
ist, um zumindest zwei gegenüberliegende Flächen der
Innenfläche
des Elementeinsatzlochs und der Außenfläche des Gasmessfühlelements
zu befestigen.
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Mit
dieser Anordnung kann die Festigkeit gegen den äußeren Stoß verbessert werden.
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In
einer abgewandelten Form setzt sich die Isolierung aus einem Hauptkörper und
einem über
einen Abstandhalter an einem entfernt liegenden Ende des Hauptkörpers angebrachten
getrennten Körper zusammen,
so dass das Elementeinsatzloch sich über sowohl den Hauptkörper als
auch den getrennten Körper
erstreckt. Und das Dämpfungsfüllmittel
ist nur in dem Elementeinsatzloch des getrennten Körpers vorgesehen.
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Das
Dämpfungsfüllmittel
der Erfindung ist so weich, dass es den Stoß ausreichend absorbieren kann,
der von außerhalb
aufgebracht wird.
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Auf
diese Weise wird es möglich
zu verhindern, dass das Gasmessfühlelement
dem Stoß direkt ausgesetzt
ist, der von außerhalb
des Gassensors übertragen
wird.
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Da
außerdem
das Gasmessfühlelement
der Erfindung an beiden Enden, an seinem nahe liegenden Ende und
an seinem entfernt liegenden Ende, gehalten wird, schwingt das Gasmessfühlelement nicht
wie ein Pendel, wenn ein Stoß oder
eine Schwingung empfangen wird.
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Demgemäß verhindert
die Erfindung, dass eine konzentrierte Beanspruchung auf einen Abschnitt
einwirkt, der als Schwingmitte des Gasmessfühlelements dient (d.h. ein
Abschnitt unmittelbar unterhalb des Abschnitts, der mit dem Dichtungsmaterial
fest befestigt ist), und sie verhindert auch, dass das Gasmessfühlelement
mit der Innenfläche
der Isolierung zusammenstößt. Die
Erfindung verhindert daher wirksam, dass ein Riss oder Bruch des
Gasmessfühlelements
verursacht wird.
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Wenn
die Festigkeit des Dämpfungsfüllmittels
weniger als 5 N ist, wird der Einsatz des Dämpfungsfüllmittels schwierig. Wenn die
Festigkeit des Dämpfungsfüllmittels
größer als
1000 N ist, wird eine erheblich konzentrierte Beanspruchung reagierend auf
einen äußeren Stoß durch
das Dämpfungsfüllmittel
auf das Gasmessfühlelement
einwirken. Dies kann einen Riss oder Bruch des Gasmessfühlelements
verursachen.
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Außerdem ist
gemäß der Erfindung
der Spalt zwischen der Isolierung und dem nahe liegenden Ende des
Gasmessfühlelements
mit einem dichten und harten Stoff gefüllt, wie zum Beispiel dem Dichtungsmaterial.
Wie vorher beschrieben ist, entspricht der Spalt zwischen dem Gasmessfühlelements
und dem Elementeinsatzloch der Grenze zwischen der Luftatmosphäre und der
Messgasatmosphäre.
Auf diese Weise trennt das Dichtungsmaterial, das zwischen dem Gasmessfühlelement
und dem Elementeinsatzloch eingefügt ist, sicher die Luftatmosphäre und die
Messgasatmosphäre.
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Da
sich außerdem
die Isolierung aus einem Hauptkörper
und einem über
einen Abstandhalter an einem entfernt liegenden Ende des Hauptkörpers angebrachten
getrennten Körper
zusammensetzt, kann der äußere Stoß durch
den Abstandhalter wirksam absorbiert werden. Dies verbessert die
Festigkeit gegen den äußeren Stoß.
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Da
außerdem
das Dämpfungsmaterial
lediglich an dem getrennten Körper
vorgesehen ist, kann der Füllungsvorgang
des Dämpfungsfüllmittels
einfach ausgeführt
werden.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, kann die Erfindung einen Gassensor vorsehen,
der in der Lage ist, dass Risse oder der Bruch des Gasmessfühlelements
verhindert werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich,
die in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen gelesen werden soll, in denen:
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1 ein
senkrechter Querschnittplan ist, der einen Gassensor gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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2 ein
senkrechter Querschnittplan ist, der ein Dämpfungsfüllmittel, das in einem Elementeinsatzloch
eingesetzt ist, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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3 ein
senkrechter Querschnittplan ist, der ein Dämpfungsfüllmittel, das in einem Elementeinsatzloch
separat eingesetzt ist, gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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4A ein
Perspektivenplan ist, der einen Öffnungsrand
einer Isolierung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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4B ein
Perspektivenplan ist, der einen Öffnungsrand
der Isolierung mit einer Einlassöffnung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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5 ein
Diagramm ist, das ein Verhältnis zwischen
dem Eintritt einer Abweichung und der Fallhöhe jedes getesteten Musters
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung und eines Vergleichsmusters zeigt;
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6 ein
senkrechter Querschnittplan ist, der ein Elementeinsatzloch, dessen
Innendurchmesser sich abgestuft an einem Zwischenabschnitt davon ändert, gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel zeigt;
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7 ein
senkrechter Querschnittsplan ist, der ein Dämpfungsfüllmittel, das an einem nahe
liegenden Ende des Elementeinsatzlochs vorgesehen ist, und ein Dichtungsmaterial,
das an einem entfernt liegenden Ende des Elementeinsatzlochs vorgesehen
ist, gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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8 ein
Diagramm ist, das ein Verhältnis zwischen
einem Füllungsverhältnis des
Dämpfungsfüllmittels
und der Fallhöhe
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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9 ein
senkrechter Querschnittplan ist, der eine Isolierung bestehend aus
einem Hauptkörper
und einem getrennten Körper
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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10 ein
senkrechter Querschnittplan ist, der ein Elementeinsatzloch mit
einem Abschnitt mit kleinerem Durchmesser an seinem nahe liegenden Ende
und mit einem Abschnitt mit größerem Durchmesser
an seinem entfernt liegenden Ende gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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11 ein
querverlaufender Querschnittplan ist, der eine Isolierung und ein
Gasmessfühlelement gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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12A ein senkrechter Querschnittplan ist, der ein
Dämpfungsfüllmittel,
das teilweise aus dem entfernt liegenden Ende des Elementeinsatzlochs herausragt,
gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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12B ein vergrößerter Plan
ist, der Details des Dämpfungsfüllmittels
zeigt, das in 12A gezeigt ist; und
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13 ein
senkrechter Querschnittplan ist, der einen herkömmlichen Gassensor zeigt, der
ein in einer Isolierung eingesetztes Gasmessfühlelement aufweist.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind nachstehend unter Bezug auf die angefügten Zeichnungen
erläutert.
Gleiche Teile sind in den Zeichnungen durchgehend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet. In der folgenden Beschreibung ist
eine vordere Seite des Gassensors, die dem Messgas ausgesetzt ist,
als eine entfernt liegende Endseite bezeichnet und die entgegengesetzte
Seite ist als nahe liegenden Endseite bezeichnet.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Nachstehend
ist ein Gassensor gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezug auf 1 bis 7 erläutert.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, weist ein Gassensor 1 dieses
Ausführungsbeispiels
eine Isolierung 21 mit einem Elementeinsatzloch 210,
das sich entlang eines nahe liegenden Endes zu seinem entfernt liegenden
Ende erstreckt, ein Gasmessfühlelement 15,
das luftdicht in dem Elementeinsatzloch 210 der Isolierung 21 befestigt
ist, und ein zylindrisches Gehäuse 10 mit
einem Innenraum zum Einsetzen der Isolierung 21 auf, wobei
eine luftseitige Haube 12 an einem nahe liegenden Ende
des Gehäuses 10 befestigt
ist, um eine Luftatmosphäre 142 darin abzugrenzen,
und wobei eine messgasseitige Haube 13 an einem entfernt
liegenden Ende des Gehäuses 10 befestigt
ist, um eine Messgasatmosphäre 141 darin
abzugrenzen.
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Wie
in 2 gezeigt ist, besteht das Elementeinsatzloch 210 aus
einem Abschnitt 211 mit einem größerem Durchmesser, der an seinem
nahe liegenden Ende ausgebildet ist, und aus einem Abschnitt 212 mit
kleinerem Durchmesser, der an seinem entfernt liegenden Ende ausgebildet
ist. Der Abschnitt 211 mit dem größerem Durchmesser hat einen
größeren Innendurchmesser
als der des Abschnitts 212 mit kleinerem Durchmesser. Ein
Dichtungsmaterial 219 ist an der nahe liegenden Endseite des
Elementeinsatzlochs 210 zum Abdichten eines Spalts zwischen
einer Innenfläche 213 des
Elementeinsatzlochs 210 (d.h. des Abschnitts 211 mit größerem Durchmesser)
und einer Außenfläche 150 des
Gasmessfühlelements 15 vorgesehen.
Und ein Dämpfungsfüllmittel 218 mit
einer Festigkeit von 5 N bis 1000 N ist an der entfernt liegenden
Endseite des Elementeinsatzlochs 210 zum Abdichten eines Spalts
zwischen einer Innenfläche 214 des
Elementeinsatzlochs 210 (d.h. des Abschnitts 212 mit kleinerem
Durchmesser) und der Außenfläche 150 des
Gasmessfühlelements 15 vorgesehen.
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Nachstehend
ist dieses Ausführungsbeispiel ausführlich im
Detail beschrieben.
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Der
Gassensor 1 dieses Ausführungsbeispiels
ist in einem Abgassystem einer Fahrzeugbrennkraftmaschine eingebaut
und wird für
eine Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
der Brennkraftmaschine verwendet.
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Wie
in 1 gezeigt ist, besteht bei dem Gassensor die an
dem entfernt liegenden Ende des Gehäuses 10 befestigte
messgasseitige Haube 13 aus einer Außenhaube 131 und einer
Innenhaube 132, die zusammenwirkend eine Doppelschicht-Konstruktion
bilden. Sowohl die Außenhaube 131 als auch
die Innenhaube 132 sind mit Löchern 130 vorgesehen,
durch die das Messgas in die messgasseitige Haube 13 eingebracht
wird, um die Messgasatmosphäre 141 auszubilden.
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Die
luftseitige Haube 12 ist an dem nahe liegenden Ende des
Gehäuses 10 vorgesehen.
Eine Außenhaube 121 überlappt
sich mit einer Außenfläche der
luftseitigen Haube 12 an seinem nahe liegenden Ende über einen
wasserabweisenden Filter 122. Die sich überlappenden Abschnitte der
luftseitigen Haube 12 und der Außenhaube 121 sind
mit Löchern 120 zum
Einbringen von Luft über
den wasserabweisenden Filter 122 in die luftseitige Haube 12 vorgesehen.
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Die
luftseitige Haube 12 hat einen Abschnitt mit kleinerem
Durchmesser an ihrem nahe liegenden Ende und einen Abschnitt mit
größerem Durchmesser
an ihrem entfernt liegenden Ende, wobei die Abschnitte einstückig und
durchgehend über
einen abgestuften Abschnitt 129 ausgebildet sind.
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Die
Luft, die durch die Löcher 120 zum
Lufteinführen
in die luftseitige Haube 12 eingebracht wird, bildet die
Luftatmosphäre 142 aus.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, ist das Gehäuse 10 in
einer zylindrischen Form konfiguriert und hat zwei Vorsprünge 101 und 102,
die in radialer Richtung von ihrer Innenfläche einwärts vorragen.
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Der
Vorsprung 101, der an der entfernt liegenden Endseite positioniert
ist, hat eine Aufnahmefläche 103,
die einen konischen Abschnitt stützt,
der an einer Außenfläche der
Isolierung 21 vorgesehen ist.
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Der
konische Abschnitt ist an der Aufnahmefläche 103 über eine
ringförmige
metallische Dichtung 11 gestützt. Der Innenraum des Gassensors 1 ist
luftdicht in die Luftatmosphäre 142 und
die Messgasatmosphäre 141 an
dem Abschnitt geteilt, bei dem die metallische Dichtung 11 angeordnet
ist.
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Eine
luftseitige Isolierung 22 ist an einem nahe liegenden Ende
der Isolierung 21 angeordnet. Eine ringförmige Tellerfeder 220 ist
zwischen der luftseitigen Isolierung 22 und dem gestuften
Abschnitt 129 der luftseitigen Haube 12 angeordnet.
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Eine
Menge von vier Leitungen 16 sind in einem Innenraum der
luftseitigen Isolierung 22 angeordnet, um mit dem Gasmessfühlelement 15 elektrisch
leitend verbunden zu sein.
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Das
Messgasfühlelement 15,
das zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentration verwendet wird, ist von
einer mehrschichtigen Bauart, die mit einem eingebauten Erhitzer
ausgestattet ist. Obwohl in der Zeichnung nicht gezeigt ist, hat
das Gasmessfühlelement 15 zwei
Sensorelektroden zum Herausnehmen eines Sensorausgangssignals, zwei
Energieelektroden zum Zuführen
von elektrischer Energie an den Erhitzer, und eine Gesamtanzahl
von vier Elektrodenanschlüssen,
die von dem Sensorkörper
herausgenommen sind.
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Die
vier Leitungen 16 sind so angeordnet, um jeweils in Kontakt
mit diesen vier Elektrodenanschlüssen
gebracht zu werden.
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Ein
nahe liegendes Ende jeder Leitung 16 ist mit einer Leitung 18 über eine
Steckverbindung 17 an einer Außenseite der seitlichen Luftisolierung 22 angeschlossen.
Die Leitung 18 erstreckt sich aus dem Gassensor 1 durch
ein elastisches Isolierelement 23, das an einer nahe liegenden
Endseite der luftseitigen Haube 12 angeordnet ist.
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Wie
in 2 gezeigt ist, ist das Messgasfühlelement 15 in
das Elementeinsatzloch 210 der Isolierung 21 eingesetzt.
Eine nahe liegenden Endseite des Messgaselements 15 ist
an dem Abschnitt 211 mit größerem Durchmesser der Isolierung 21 durch das
Dichtungsmaterial 219 fest befestigt, das aus kristallisiertem
Glas hergestellt ist. Eine entfernt liegende Endseite des Gasmessfühlelements 15 ist über das
Dämpfungsfüllmittel 218 durch
den Abschnitt 212 mit kleinerem Durchmesser 212 nachgiebig
gehalten.
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Das
Dämpfungsfüllmittel 218 ist
aus Aluminium hergestellt, das eine Festigkeit von 50 N bis 100 N
hat (bezugnehmend auf ein nachstehend beschriebenes Verfahren zum
Füllen
des Dämpfungsfüllmittels).
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Wie
in 2 gezeigt ist, erstreckt sich das Dämpfungsfüllmittel 218 von
einem entfernt liegenden Ende der Isolierung ungefähr zu einer
Mitte des Abschnitts 212 mit kleinerem Durchmesser, um
den Spalt zwischen dem Messgasfühlelement 15 und dem
Abschnitt 212 mit kleinerem Durchmesser des Elementeinsatzlochs 210 luftdicht
abzudichten.
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Außerdem ist
es zulässig,
dass Hohlräume
in dem Dämpfungsfüllmittel 218 separat
bestehen können,
wie in 3 gezeigt ist.
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Wie
in 4A gezeigt ist, ist ein Öffnungsrand 216 des
Elementeinsatzlochs 210 an einer entfernt liegenden Endfläche 215 der
Isolierung 21 ausgebildet. Das Dämpfungsfüllmittel 218 wird
von dem Öffnungsrand 216 in
das Elementeinsatzloch 210 eingesetzt, um das Einsatzloch 210 zu
füllen.
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Wie
in 4B gezeigt ist, ist es wünschenswert, eine Einlassöffnung 217 nahe
dem Öffnungsrand 216 vorzusehen,
um einen Füllvorgang
des Dämpfungsfüllmittels 218 zu
erleichtern.
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Die
Einlassöffnung 217 ist
eine halbkreisförmige
Vertiefung, die über
den Öffnungsrand 216 in das
Elementeinsatzloch 210 übergeht.
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Nachstehend
ist das Verfahren zum Füllen des
Dämpfungsfüllmittels 218 in
das Elementeinsatzloch 210 erklärt.
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Das
Messgasfühlelement 15 wird
erst in die Isolierung 21 eingesetzt. Danach wird das Dichtungsmaterial 219 in
den Abschnitt 211 mit größerem Durchmesser des Elementeinsatzlochs 210 gefüllt, um
das nahe liegende Ende des Messgasfühlelements 15 zu befestigen.
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Danach
wird Schlamm aus Aluminiumoxid in das Elementeinsatzloch 210 aus
dem Öffnungsrand 216 eingelassen.
Dieser Schlamm wird durch Kneten von Aluminiumoxidpulver mit Aluminiumoxidsol
ausgebildet, das als ein Bindemittel dient.
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Anschließend wird
der Schlamm gemeinsam mit der Isolierung 21 und dem Gasmessfühlelement 15 erhitzt,
um das Bindemittel zu verdampfen, wodurch die Aluminiumoxidkörner fest
gebunden werden, um das Dämpfungsfüllmittel 218 auszubilden.
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Um
die Wirkung des Bereitstellens des Dämpfungsfüllmittels 218 in dem
Gassensor gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
zu kontrollieren, wurde ein Beurteilungsversuch durchgeführt.
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Mit
Bezug auf das Dämpfungsfüllmittel 218 für den Gassensor
gemäß der Erfindung
wurde ein Gassensormuster 1 SC-AL betreffend und ein Gassensormuster
2 SC-574 betreffend vorbereitet. Außerdem wurde zusätzlich als
Vergleich ein Vergleichs – Gassensormuster
C1 (bezogen auf 13) vorbereitet, das mit keinem
Dämpfungsfüllmittel
ausgestattet ist.
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Das
Gassensormuster 1 SC-AL betreffend wurde durch Füllen von γ-Aluminiumoxidpulver mit einem
Partikeldurchmesser von 4 μm
und einer Porosität
von 45% in dem Elementeinsatzloch 210 ausgebildet, um das
Dämpfungsfüllmittel 218 gemäß dem vorstehend
beschriebenen Verfahren auszubilden.
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Das
Gassensormuster 2 SC-574 betreffend wurde durch Füllen von γ-Aluminiumoxidpulver
mit einem Partikeldurchmesser von 15 μm und einer Porosität von 60%
in dem Elementeinsatzloch 210 ausgebildet, um das Dämpfungsfüllmittel 218 gemäß dem vorstehend
beschriebenen Verfahren auszubilden.
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Zahlreiche
Gassensormuster 1 und 2 und das Vergleichsmuster C1 wurden vorbereitet,
um einen Fallversuch durchzuführen.
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Der
ausgeführte
Fallversuch umfasst einen Schritt, bei dem jedes Muster aus einer
vorbestimmten Höhe
fällt,
einen Schritt, bei dem ein eingebauter Erhitzer eines Gasmessfühlelements
jedes getesteten Musters eingeschaltet wird, und einen Schritt,
bei dem kontrolliert wird, ob der Erhitzer normal funktioniert oder
nicht.
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5 zeigt
das Ergebnis des Fallversuchs.
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Das
Ergebnis von 5 macht deutlich, dass das Vergleichsmuster
C1 die Funktionsstörung des
Erhitzers erreicht hat, selbst wenn es von einer relativ geringen
Höhe von
50 cm gefallen ist. Es wird geglaubt, dass das Gasmessfühlelement
aufgrund des Stoßes
des Fallversuchs gebrochen ist oder beschädigt wurde und dass demgemäß die Verdrahtung
des Erhitzers ebenfalls gebrochen ist.
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Im
Gegensatz dazu hat das Muster 1, das das Dämpfungsfüllmittel 218 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung aufnimmt, keine Funktionsstörung verursacht, sofern die
Fallhöhe
niedriger als 1,5 m war.
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Außerdem hat
das Muster 2 dieses Ausführungsbeispiels
keine Funktionsstörung
verursacht, selbst wenn es von der Höhe von 3 m fallen gelassen wurde.
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Aus
dem Vorhergehenden ist es bestätigt, dass
das Dämpfungsfüllmittel 218 gemäß dieser
Erfindung vor einem Verursachen eines Risses oder Bruchs des Gasmessfühlelements
wirksam schützt, wenn
der Gassensor gefallen ist. Außerdem
ist es bestätigt,
dass das Dämpfungsfüllmittel 218 mit
einem größeren Partikeldurchmesser
und höherer
Porosität
bessere Eigenschaften zeigt.
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Außerdem wurden
die Gassensormuster 1 und 2 einem zusätzlichen Versuch unterworfen,
um zu kontrollieren, ob das Gasmessfühlelement 15 sich bewegt
oder nicht, wenn eine Last auf das nahe liegenden Ende des Gasmessfühlelements
in einem Zustand aufgebracht wird, in dem das Gasmessfühlelement 15 in
die Isolierung 21 eingesetzt ist, wie in 2 gezeigt
ist. Die Last, die auf das nahe liegende Ende des Gasmessfühlelements 15 aufgebracht wird,
ist durch einen Pfeil F in 2 gezeigt.
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Zum
Vergleich mit den Mustern 1 und 2 ist ein weiteres Vergleichsmuster
C2 vorbereitet, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Dämpfungsfüllmittel 218 durch
das gleiche Material wie das Dichtungsmaterial 219 ersetzt
ist.
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Gemäß dem Versuchergebnis
hat sich das Gasmessfühlelement
des Musters 1 bewegt, wenn die aufgebrachte Last 200 N überstieg,
und das Gasmessfühlelement
des Musters 2 hat sich bewegt, wenn die aufgebrachte Last 400 N überstieg.
Im Gegensatz dazu bewegte sich das Gasmessfühlelement des vergleichbaren
Musters C2 nicht, bis die aufgebrachte Last 1500 N erreicht hat.
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Indessen
wurde das vergleichbare Muster C2 einem Fallversuch unterworfen,
gemäß dem Schwierigkeiten
bei der Energiezufuhr an dem Erhitzer aufgetreten sind. Als Ergebnis
ist es bestätigt, dass
das Verwenden von steifen oder harten Dichtungsmaterial nicht wirksam
zu verhindern ist, dass das Gasmessfühlelement beschädigt wird.
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Das
Dämpfungsfüllmittel 218 dieses
Ausführungsbeispiels
ist so weich, dass es den Stoß ausreichend
absorbieren kann, der von außerhalb
aufgebracht wird. Auf diese Weise wird es möglich zu verhindern, dass der
Stoß direkt
auf das Gasmessfühlelement 15 übertragen
wird.
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Da
außerdem
das Gasmessfühlelement 15 dieses
Ausführungsbeispiels
sowohl an seinem nahe liegenden Ende und seinem entfernt liegenden
Ende gehalten ist, schwingt das Gasmessfühlelement 15 nicht
wie ein Pendel, wenn ein Stoß oder
eine Schwingung aufgenommen wird.
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Demgemäß verhindert
die Erfindung, dass eine verstärkte
Beanspruchung auf einen Abschnitt einwirkt, der als Schwingmitte
des Gasmessfühlelements
dient (d.h. ein Abschnitt unmittelbar unterhalb des Abschnitts,
der mit dem Dichtungsmaterial fest befestigt ist), und sie verhindert
auch, dass das Gasmessfühlelement
mit der Innenfläche
der Isolierung zusammenstößt. Die
Erfindung verhindert daher wirksam, dass ein Riss oder Bruch des
Gasmessfühlelements
verursacht wird.
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Außerdem ist
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Spalt zwischen der Isolierung 21 und dem nahe liegenden
Ende des Gasmessfühlelements 15 mit
einem dichten und harten Stoff gefüllt, wie zum Beispiel dem Dichtungsmaterial 219.
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Das
Dämpfungsfüllmittel 218 diese
Ausführungsbeispiels
wird aus Aluminiumoxid hergestellt und hat daher eine so große Porosität, dass
es nicht als eine luftdichte Dichtung dienen kann.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, korrespondiert sowohl der Spalt
zwischen der Innenfläche
des Gehäuses 10 und
der Außenfläche der
Isolierung 21 als auch der Spalt zwischen dem Gasmessfühlelement 15 und
dem Elementeinsatzlochs 210 zu einer Grenze zwischen der
Luftatmosphäre
und der Messgasatmosphäre.
Auf diese Weise trennt das Abdichtungsmaterial 219, das
zwischen dem Gasmessfühlelement 15 und
dem Elementeinsatzloch 210 eingefügt ist, sicher die Luftatmosphäre und die
Messgasatmosphäre.
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Wie
aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, sieht dieses
Ausführungsbeispiel
einen Gassensors vor, der keine Risse und Brüche des Gasmessfühlelements
verursacht.
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Gemäß dem Gassensor
dieses Ausführungsbeispiels
erstreckt sich der Abschnitt 212 mit kleinerem Durchmesser
des Elementeinsatzlochs 210 mit einem konstanten Durchmesser geradewegs in
die axiale Richtung. Wie in 6 gezeigt
ist, ist es auch wünschenswert,
den Abschnitt 212 mit kleinerem Durchmesser in einer abgestuften
Bohrung zu gestalten, die einen größeren Durchmesser an ihrem entfernt
liegenden Ende hat.
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Diese
Anordnung beschert eine Wirkung, die das Einsetzen des Dämpfungsfüllmittels 218 zusätzlich mit
den vorstehend beschriebenen Wirkungen ermöglicht.
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Außerdem kann,
wie in 7 gezeigt ist, der Gassensor 1 dieses
Ausführungsbeispiels
auf eine derartige Weise abgewandelt sein, dass der Abschnitt 212 mit
kleinerem Durchmesser des Elementeinsatzlochs mit dem Dichtungsmaterial 219 gefüllt ist
und der Abschnitt 213 mit größerem Durchmesser mit dem Dämpfungsfüllmittel 218 gefüllt ist.
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Zahlreiche
Gassensoren in Bezug auf die Muster 2 des ersten Ausführungsbeispiels
wurden vorbereitet, obwohl sich das Füllungsverhältnis des Dämpfungsfüllmittels 218 bezüglich dem
Elementeinsatzloch 210 bei jedem Gassensor unterschied.
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Jeder
Gassensor wurde dem Fallversuch unterzogen.
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8 zeigt
die höchste
Position, die bei jedem Muster bei dem Fallversuch als eine Grenze
erreicht wurde, bei der keine Beschädigung bei dem getesteten Muster
verursacht wird.
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Wie
aus 8 bekannt ist, zeigte das Muster die außerordentlichste
Eigenschaft, dessen Füllungsanteil
des Dämpfungsfüllmittels
50% ist.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Wie
in 9 gezeigt ist, ist ein zweites Ausführungsbeispiel
dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung 21 aus einem
Hauptkörper 28 und
einem getrennten Körper 29 besteht.
Das Elementeinsatzloch 210 erstreckt sich über sowohl
den Hauptkörper 28 als
auch den getrennten Körper 29.
Der getrennte Körper 29 ist
an einem entfernt liegenden Ende des Hauptkörpers 28 über einen
Abstandhalter 290 befestigt. Der Abschnitt 212 mit
kleinerem Durchmesser des Elementeinsatzlochs erstreckt sich von
dem Hauptkörper 28 zu
dem getrennten Körper 29.
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Das
Dämpfungsfüllmittel 218 ist
nur in dem Abschnitt 212 mit kleinerem Durchmesser des
getrennten Körpers 29 vorgesehen.
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Die
restliche Anordnung ist gleich der des ersten Ausführungsbeispiels.
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Der
Gassensor gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiels
hat eine Isolierung 21, die den getrennten Körper 29 aufweist,
der über
dem Abstandhalter 290 an dem Hauptkörper 28 befestigt
ist. Auf diese Weise kann ein Stoß, der von außerhalb
aufgebracht wird, durch den Abstandhalter 290 absorbiert werden.
Aus diese Weise kann die Festigkeit gegen den äußeren Stoß weiter erhöht werden.
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Da
außerdem
das Dämpfungsfüllmittel 218 nur
in dem getrennten Körper 29 vorgesehen
ist, kann der Füllungsvorgang
des Dämpfungsfüllmittels einfach
ausgeführt
werden. Die Details der verbleibenden Anordnung sind gleich mit
denen, die in dem ersten Ausführungsbeispiel
offenbart sind.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Wie
in 10 gezeigt ist, ist ein drittes Ausführungsbeispiel
dadurch gekennzeichnet, dass das Elementeinsatzloch 210 aus
einem an seinem entfernt liegenden Ende ausgebildeten Abschnitt 211 mit größerem Durchmesser
und aus einem an seinem nahe liegenden Ende ausgebildeten Abschnitt 212 mit
kleinerem Durchmesser besteht. Der Abschnitt 211 mit größerem Durchmesser
hat einen größeren Innendurchmesser
als der des Abschnitts 212 mit kleinerem Durchmesser. Der
Spalt zwischen der Innenfläche
des Abschnitts 211 mit größerem Durchmesser und dem Gasmessfühlelement 15 ist
mit dem Dämpfungsfüllmittel 218 gefüllt. Der
Spalt zwischen der Innenfläche
des Abschnitts 212 mit kleinerem Durchmesser und dem Gasmessfühlelement 15 ist mit
dem Dichtungsmaterial 219 gefüllt.
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Die
restliche Anordnung ist gleich der des ersten Ausführungsbeispiels.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
sieht einen Gassensor vor, der gegen den äußeren Stoß stabil ist. Die Details der
verbleibenden Anordnung sind gleich mit denen, die in dem ersten
Ausführungsbeispiel
offenbart sind.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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11 zeigt
das Gasmessfühlelement 15, das
an einer Fläche
des Elementeinsatzlochs 210 befestigt ist.
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Wie
in 11 gezeigt ist, hat das Gasmessfühlelement 15 einen
rechteckigen Querschnitt. Das Elementeinsatzloch 210 hat ähnlich dem
des Gasmessfühlelements 15 einen
rechteckigen Querschnitt.
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Der
Spalt zwischen dem Elementeinsatzloch 210 und dem Gasmessfühlelement 15 ist
mit dem Dämpfungsfüllmittel
oder dem (nicht gezeigten) Dichtungsmaterial so gefüllt, dass
zwei gegenüberliegende
Flächen
einander befestigt sein können.
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Jede
Kombination von Flächen
a–a', b–b', c–c' und d–d' sind in diesem Fall
zwei gegenüberliegenden
Flächen.
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Es
ist insbesondere wünschenswert,
die längeren
Seiten a–a' und c–c' fest zu befestigen.
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Die
restliche Anordnung ist gleich der des ersten Ausführungsbeispiels.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
sieht einen Gassensor vor, der gegen den äußeren Stoß stabil ist. Die Details der
verbleibenden Anordnung sind gleich denen, die in dem ersten Ausführungsbeispiel
offenbart sind.
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Fünftes Ausführungsbeispiel
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Wie
in 12A gezeigt ist, weist ein fünftes Ausführungsbeispiel das Gasmessfühlelement 15 auf,
das über
das in dem Abschnitt 211 mit größerem Durchmesser gefüllte Dichtungsmaterial 219 und
das in dem Abschnitt 212 mit kleinerem Durchmesser gefüllte Dämpfungsfüllmittel 218 mit
dem Elementeinsatzloch 210 befestigt ist. Und wie in 12B gezeigt ist, ragt das Dämpfungsfüllmittel 218 über die entfernt
liegende Endfläche 215 teilweise
aus dem Elementeinsatzloch 210 heraus.
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Die
restliche Anordnung ist gleich der des ersten Ausführungsbeispiels.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
sieht einen Gassensor vor, der gegen den äußeren Stoß stabil ist. Die Details der
verbleibenden Anordnung sind gleich denen, die in dem ersten Ausführungsbeispiel
offenbart sind.
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Diese
Erfindung kann in etlichen Bauarten ausgeführt werden, ohne dass ihre
wesentlichen Kennzeichen davon abweichen. Die vorliegenden beschriebenen
Ausführungsbeispiele
sind daher vorgesehen, um nur erläuternd und nicht einschränkend zu
sein, da der Abwendungsbereich der Erfindung eher durch die angehängten Ansprüche als
durch die diesen vorangehende Beschreibung definiert ist.