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TECHNISCHER BEREICH DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Gassensorvorrichtung, die ein
in die Vorrichtung eingeführtes
Gas erkennt, und sie betrifft insbesondere eine Gassensorvorrichtung,
die in unterschiedlicher Ausrüstung,
die für
medizinische Behandlung, Gasanalyse und Gasinspektion eingesetzt
wird, wo eine genaue und zuverlässige
Gaserkennung verlangt wird.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Gassensoren,
die ein vorgegebenes Gas, das in sie eingeführt wird, erkennen, umfassen
solche, in denen ein Gehäuse,
das ein Sensorelement aufnimmt, separat zusammengebaut ist zu einer
gedruckten Leiterplatte oder dergleichen, die den Messkreis darstellt.
Zum Beispiel erfordert der Gassensor einen Montageschritt, bei dem
nach Anlöten
des Sensorelements an der gedruckten Leiterplatte das Gehäuse mit
Schrauben oder dergleichen an der gedruckten Leiterplatte befestigt
wird.
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Allerdings
bedingt ein solcher Zusammenbau des Sensorelements und des Gehäuses mit
der gedruckten Leiterplatte oder dergleichen aufwendige, zeitraubende
und ineffiziente Montagevorgänge.
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Ferner
ist es zur Erhöhung
der Genauigkeit des Sensors erforderlich, eine Barriere zwischen dem
Raum, in dem das Sensorelement arbeitet, und der externen Atmosphäre vorzusehen,
und somit ist es notwendig, eine gasdichte oder hermetische Dichtung
zwischen der gedruckten Leiterplatte und dem Gehäuse vorzusehen. Demzufolge
muss das Gehäuse
unter Verwendung eines Dichtungselements wie eines O-Rings an der
gedruckten Leiterplatte angebaut werden, was die Anzahl von Bestandteilen
der Vorrichtung erhöht
und zu einer noch aufwändigeren Montage
führt.
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Darüber hinaus
besteht außerdem
je nach den Einsatzbedingungen der Sensorvorrichtungen eine Gefahr,
dass die hermetische Dichtung zwischen der gedruckten Leiterplatte
und dem Gehäuse zerstört wird,
und dass eine Schwankung des Rauminhalts des Raums, in dem das Sensorelement
arbeitet, auftritt und dies die Empfindlichkeit und die Genauigkeit
des Sensors nachteilig beeinflusst.
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Die
vorliegende Erfindung hat den Zweck, die vorstehend genannten Probleme
zu lösen,
und deshalb besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin,
eine Gassensorvorrichtung bereit zu stellen, die eine reduzierte
Anzahl von Bestandteilen aufweist und demzufolge weniger Zeit für ihren
Zusammenbau und für
den Anbau an einer gedruckten Leiterplatte erfordert.
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Ein
anderer Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Gassensorvorrichtung
bereit zu stellen, die die Ungleichmäßigkeiten hinsichtlich der
Empfindlichkeit und Messgenauigkeit reduzieren kann.
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In
EP 0712745 ist eine Gaserfassungsvorrichtung
für ein
Fahrzeug offenbart, wobei ein Filter in einem Luftkanal angeordnet
ist, der in einem Gehäuse
gebildet ist und sich zwischen einem Lufteinlass und einem Luftauslass
erstreckt. Ein Gassensor ist im Luftkanal zwischen dem Filter und
dem Luftauslass angeordnet.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
ersten Aspekt stellt die Erfindung eine Gassensorvorrichtung zur
Erkennung der Anwesenheit eines in das Gerät eingeführten Gases bereit, wobei das
Gerät folgendes
aufweist: ein Gehäuse
und einen Einlass und einen Auslass, die mit dem Inneren des Gehäuses zwecks
Einführung
des Gases in das Innere und Ausgabe des Gases aus dem Inneren kommunizieren;
ein Sensorelement, das im Inneren zur Erkennung der Anwesenheit
des Gases angeordnet ist; ein Basiselement, das das Sensorelement
im Inneren des Gehäuses
trägt und integriert
mit dem Gehäuse
verbunden ist; und ein Filterelement, das einen zwischen dem Gehäuse und dem
Sensorelement angeordneten Becherteil aufweist, wobei das Filterelement
auf solche Weise mit dem Basiselement integriert verbunden ist,
dass es das Sensorelement umgibt; wobei das Gehäuse einen ein offenes Ende
aufweisenden Kuppelteil und einen am inneren Umfang verlaufenden
Flansch, der an einer inneren Umkreiswand des offenen Endes des
Kuppelteils geformt ist, aufweist, und das Filterelement einen Flanschteil
aufweist, der sich entlang dem Umfang des Basiselements erstreckt,
aufweist, und wobei der Flanschteil des Filterelements zwischen
dem Basiselement und dem inneren, sich entlang dem Umfang des Gehäuses erstreckenden Flansch
eingeklemmt ist.
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Gemäß der Erfindung
ist das Basiselement, das das Sensorelement im Gehäuse trägt, integriert mit
dem Gehäuse
verbunden, zum Beispiel mithilfe einer hermetischen Dichtung. Eine
solche Konstruktion stellt eine vollständige Trennung zwischen der Innenseite
und der Außenseite
des Gehäuses
sicher, und es ist nicht notwendig, das Gehäuse und das Basiselement separat
an einer gedruckten Leiterplatte oder der dergleichen anzubauen.
Darüber
hinaus ist der Raum, in dem das Sensorelement arbeitet, durch das
Gehäuse
und das Basiselement hermetisch abgedichtet, und es kann keine Schwankung
des Rauminhalts des Raumes innerhalb des Gehäuses auftreten, selbst wenn
Unregelmäßigkeiten
in Bezug auf die Bedingungen beim Zusammenbau des Gehäuses und
des Basiselements mit der Leiterplatte auftreten.
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In
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung wird der eine von Einlass oder Auslass von einem sich
vom Gehäuse
nach außen
erstreckenden, zylindrischen Hohlkörper und der andere von Einlass oder
Auslass von mindestens einer Öffnung
im Gehäuse
gebildet.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
ist entweder der Einlass oder der Auslass, der jeweils das Gehäuse aufweist,
mit einer zylindrischen Form ausgeführt und erstreckt sich vom
Gehäuse
aus nach außen. Eine
derartige Konstruktion gestattet zum Beispiel das Anschließen einer
rohrförmigen
Gasleitung an den Einlass oder Auslass, wodurch sichergestellt wird,
dass ein konstanter Gasvolumenstrom erreicht werden kann, um eine
genaue und kontinuierliche Überwachung
zu gewährleisten.
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In
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung wird sowohl der Einlass als auch der Auslass durch
einen zylindrischen Hohlkörper
gebildet.
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Gemäß dieser
zweiten Ausführungsform sind
der Einlass und der Auslass am Gehäuse an zwei Stellen angeordnet.
Der Einlass dient zur Einführung
des Gases in das Innere des Gehäuses,
und der Auslass dient zur Ausgabe des Gases an die Außenseite
des Gehäuses.
Durch eine derartige Konstruktion kann ein Rückkopplungsweg zur Rückleitung
des Gases an dessen Quelle vorgesehen und dadurch ein Gasverlust
vermieden werden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Gassensorvorrichtung
zur Erkennung der Anwesenheit eines in das Gerät eingeführten Gases bereit, wobei das
Gerät folgendes aufweist:
ein Gehäuse
und einen Einlass und einen Auslass, die mit dem Inneren des Gehäuses zwecks Einführung des
Gases in das Innere und Ausgabe des Gases aus dem Inneren kommunizieren;
ein Sensorelement, das im Inneren zur Erkennung der Anwesenheit
des Gases angeordnet ist; und ein Basiselement, das das Sensorelement
im Inneren des Gehäuses
trägt,
wobei das Basiselement integriert mit dem Gehäuse verbunden ist; und ein
Filterelement, das einen zwischen dem Gehäuse und dem Sensorelement angeordneten Becherteil
aufweist, wobei das Filterelement auf solche Weise mit dem Basiselement
integriert verbunden ist, dass es das Sensorelement umgibt; wobei
das Gehäuse
einen ein offenes Ende aufweisenden Kuppelteil aufweist; wobei der
Becherteil ein offenes Ende aufweist; und wobei die Gassensorvorrichtung
ferner mehrere Vorsprünge
aufweist, die von einem inneren oberen Teil des Gehäuses herausragen,
und eine Dichtung zum hermetischen Abdichten des offenen Endes des
Gehäuses
gegen das Basiselement aufweist.
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Gemäß einem
dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Gassensorvorrichtung
zur Erkennung der Anwesenheit eines in das Gerät eingeführten Gases bereit, wobei das
Gerät folgendes
aufweist: ein Gehäuse
und einen Einlass und einen Auslass, die mit dem Inneren des Gehäuses zwecks
Einführung
des Gases in das Innere und Ausgabe des Gases aus dem Inneren kommunizieren;
ein Sensorelement, das im Inneren zur Erkennung der Anwesenheit
des Gases angeordnet ist; ein Basiselement, das das Sensorelement
im Inneren des Gehäuses trägt, wobei
das Basiselement mit dem Gehäuse
integriert verbunden ist; und ein Filterelement, das einen zwischen
dem Gehäuse
und dem Sensorelement angeordneten Becherteil aufweist, wobei das Filterelement
auf solche Weise mit dem Basiselement integriert verbunden ist,
dass es das Sensorelement umgibt; wobei das Basiselement eine Scheibe
mit einem einen größeren Durchmesser
aufweisenden Teil und einem einen kleineren Durchmesser aufweisenden
Teil oberhalb des den größeren Durchmesser
aufweisenden Teils aufweist; der Becherteil ein offenes Ende aufweist,
das aufgebördelt
und mit einem äußeren Wulst
geformt ist; wobei das Gehäuse
einen Kuppelteil mit einem offenen Ende und einem am inneren Umfang
verlaufenden Flansch aufweist; und wobei die Gassensorvorrichtung
eine ringförmige
Nut zur Aufnahme des Wulstes zwischen dem am inneren Umfang verlaufenden
Flansch des Gehäuses
und dem den kleineren Durchmesser aufweisenden Teil des Basiselements
aufweist.
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Die
bei allen drei Aspekten vorhandene Anordnung des Filterelements
im Strömungsweg
des durch den Einlass in das Gerät
eintretenden Gases stellt sicher, dass das vorwärts strömende Gas verteilt wird. Durch
eine solche Bauweise wird ein direktes Aufprallen des Gases auf
das Sensorelement verhindert, wodurch unnötige Schwankungen in Bezug auf
Empfindlichkeit und Genauigkeit, zum Beispiel verursacht durch Kühlen des
Sensorelements, vermieden werden.
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Wenn
das Filterelement zwischen dem Gehäuse und dem Basiselement eingeklemmt
ist, wird dessen Bewegung innerhalb des Gehäuses verhindert, während gleichzeitig
dessen direkte Befestigung entweder am Gehäuse oder am Basiselement, zum
Beispiel durch einen Kleber, vermieden wird.
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Zweckmäßigerweise
wird das Sensorelement mit einer Wärme erzeugenden Komponente ausgestattet.
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Eine
solche Ausstattung befähigt
das Sensorelement, selbst beheizend zu sein. Eine derartige Bauweise
gestattet die Anwendung eines Sensorelements von einem Typ, der
nach einem Erhitzen eine erhöhte
Empfindlichkeit aufweist, oder von einem Typ. der nur nach einem
Erhitzen als Detektor funktioniert, wodurch sich die Anwendbarkeit
der Sensorvorrichtung für
einen breiteren Gasbereich erhöht.
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Vorzugsweise
ist das Sensorelement ein Sauerstoffionenleiter, wodurch es möglich ist,
es zur Überwachung
der Anwesenheit und Konzentration von Sauerstoff in einem sauerstoffhaltigen
Gas einzusetzen. Es kann daher zur Erkennung von CO, CO2,
NOx oder dergleichen ebenso wie von O2 selbst benutzt werden, und es kann in medizinischer
Ausrüstung,
Tauchausrüstung,
Gasanalysatoren, Abgasüberwachungen
und dergleichen eingesetzt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
in schematischer Darstellung einen Querschnitt die Gassensorvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
in perspektivischer Darstellung das äußere Erscheinungsbild der Gassensorvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform.
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3 zeigt
in perspektivischer Darstellung das Sensorelement der Gassensorvorrichtung
der Erfindung.
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4 zeigt
in schematischer Darstellung einen Querschnitt die Gassensorvorrichtung
gemäß einer
ersten Modifikation der ersten Ausführungsform.
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5 zeigt in schematischer Darstellung einen
Querschnitt die Gassensorvorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation
der ersten Ausführungsform,
wobei
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5(A) eine Gesamtansicht und 5(B) einen vergrößerten Ausschnitt von 5(A) zeigen.
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6 zeigt
in schematischer Darstellung einen Querschnitt die Gassensorvorrichtung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Konstruktion der Gassensorvorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform
wird unter Bezugnahme auf 1 bis 3 erläutert. Die
Gassensorvorrichtung 20 ist zur Messung der Konzentration
von Sauerstoff oder dergleichen angeordnet und zum Beispiel als
ein Sauerstoffsensor für
medizinische Ausrüstung
für die
Zufuhr von Sauerstoff zu einem Patienten mit einer Atemwegserkrankung
eingesetzt.
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Wie
in 1 gezeigt, weist die Gassensorvorrichtung 20 ein
Gehäuse 22,
eine Sensorbasis 24, ein Filterelement 26 und
ein Sensorelement 28 auf. Mithilfe des Sensorelements 28 werden
der Druck und die Konzentration von Sauerstoff von der Zusammensetzung
von Gas detektiert, die von einem Gaseinlass-Kanal 21a über das
Filterelement 26 in einen inneren Raum 21c im
Gehäuse 22 eingeführt wird.
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Das
Gehäuse 22 ist
zweckmäßigerweise
aus wärmebeständigem Harz
(zum Beispiel MC Polyamid, d. h. Mono Cast® Polyamid,
bei dem es sich um Polyamidharz enthaltendes 6 Polyamid handelt)
hergestellt, und zusammen mit der Sensorbasis 24 bildet und
formt es eine Messkammer. Das Gehäuse 22 weist Folgendes
auf: einen Kuppelteil 22a, der in einer zylindrischen Kuppelform
geformt ist, eine Einlassdüse 22b,
die auf solche Weise im obersten Punkt des Kuppelteils 22a angeordnet
ist, dass sie von der Kuppel nach außen vorsteht, und einen inneren,
um den Umkreis verlaufenden Flansch 22c, der auf der inneren
Umkreiswand des offenen Endes des Kuppelteils 22a gebildet
ist.
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Die
im obersten Punkt des Kuppelteils 22a geformte Einlassdüse 22b hat
eine zylindrische Form, die sich zum entlegenen Ende hin verjüngt, um den
Anschluss eines (nicht abgebildeten) Gummischlauchs oder dergleichen
zur Einführung
des Sauerstoff enthaltenden Gases in den Gaseinlasskanal 21a zu
erleichtern. Ferner wird durch die Anordnung eines (nicht abgebildeten)
ringförmigen
Wulstes auf der äußeren Umkreisfläche der
Einlassdüse 22b der Gummischlauch
oder dergleichen an einem unvorhergesehenen Trennen gehindert.
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Das
Innere der Einlassdüse 22b,
der Gaseinlasskanal 21a, ist als Durchgangsloch ausgeführt. Außerdem ist
eine Gasauslassöffnung 21d zum
Ausgeben des Gases an die Außenseite
des Gehäuses 22 in
der Umkreiswand des Kuppelteils 22a nahe bei der Position
des inneren Auslassflansches 22c angeordnet, wobei die
Gasauslassöffnung 21d als
Durchgangs loch ausgeführt
ist. Bei dieser Ausführungsform
sind zwei Gasauslassöffnungen 21d in
diametral einander gegenüberliegenden
Positionen angeordnet, wie in 1 dargestellt,
Das Gas, das auf dem Weg durch den Gaseinlasskanal 21a in
die Vorrichtung eingeführt
wird, strömt
vom Oberteil des Filters 26 aus in Richtung zur Sensorbasis 24,
und zwar im Allgemeinen in axialer Richtung, und es strömt danach über die
Sensorbasis 24 im Allgemeinen in radialer Richtung, und
es strömt
schließlich
durch die in der Umkreiswand des Kuppelteils 22a ausgeformten Gasauslassöffnungen 21 aus
dem Gehäuse 22 heraus.
Der kontinuierliche Strom von Gas durch die Sensorvorrichtung 20 gestattet
eine Überwachung des
Sauerstoffes im Gas auf einer kontinuierlichen Basis.
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Die
Strömungsrichtung
des Gases kann entgegengesetzt der durch die Pfeile in 1 dargestellten
sein. Das heißt,
das Gas kann durch die Gasöffnungen 21d eingeführt werden,
um ein einer radialen Richtung über
die Sensorbasis 24 und danach in einer axialen Richtung
durch das Filter 26 und durch die Gasöffnung 21a zur Außenseite
des Gehäuses 22 zu
strömen.
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Die
Sensorbasis 24, die als Träger für das Sensorelement 28 dient,
ist ebenfalls aus wärmebeständigem Harz
(z. B. MC-Polyamid)
hergestellt und als eine Scheibe ausgeführt, die mit einem konvexen Axialquerschnitt
ausgeformt ist und einen Bereich mit einem größeren Durchmesser 24a und
einen Bereich mit einem kleineren Durchmesser 24b aufweist.
Der Außendurchmesser
des Bereichs mit dem größeren Querschnitt 24a ist
geringfügig
geringer als der des offenen Durchmessers des Kuppelteils 22a des
Gehäuses 22,
während
der Außendurchmesser
des Bereichs mit dem kleineren Durchmesser 24b geringfügig größer ist
als der Durchmesser des Filterelements 26, was nachstehend
erläutert
ist. Die Sensorbasis 24 definiert und formt dadurch den
Messraum zusammen mit dem Gehäuse 22 und
trägt gleichzeitig
das Sensorelement 28.
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Wie
in 2 dargestellt, durchstechen die Sensorstifte 27a, 27b und
Heizstifte 27c, 27d sowie ein Positionierstift 27e,
die aus Metall hergestellt sind, die Sensorbasis 24. Von
diesen Stiften tragen vier (Sensorstifte 27a, 27b und
Heizstifte 27c, 27d) das Sensorelement 28,
wie aus 3 hervorgeht. Außerdem,
dient die Sensorbasis 24, wie in 1 dargestellt,
auch zum Festklemmen des Filterelements 26, wobei ein äußerer Flanschbereich 26b des Filterelements 26 zwischen
dem Bereich mit dem größeren Durchmesser 24a der
Sensorbasis 24 und dem inneren Flansch 22c des
Gehäuses 22 eingeklemmt
wird.
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Das
Filterelement 26, das den porösen Körper ausmacht, ist aus Fluorharz
(z. B. Teflon®)
und ist kuppelförmig
ausgeführt.
Das Filterelement 26 weist einen Becherteil 26a auf,
der eine zylindrische Seitenwand hat, und den Außenflanschbereich 26b,
der sich um den gesamten Umkreis des Elements erstreckt. Das Filterelement 26 spielt
eine Rolle, indem es das einströmende
Gas begrenzt, so dass es nicht direkt auf das Sensorelement 28 aufprallt,
und dadurch erhöht
es die Genauigkeit des Gassensors 20, wobei es gleichzeitig
verhindert, dass Fremdstoffe wie kleine Staubpartikel in den Raum
um das Sensorelement 28 eindringen. Das Filterelement 26 hat
vorzugsweise eine Form, die einen festen Abstand zwischen der inneren
Umkreiswand des Gehäuses 22 und
der äußeren Fläche des
Filterelements 26 aufrechterhält.
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Das
durch den Gaseinlasskanal 21a eingeführte Gas wird durch das poröse Filterelement 26 verbreitet,
und Messfehler, die andernfalls durch direktes Aufprallen des Gases
auf das Sensorelement 28 verursacht werden könnten, lassen
sich einschränken.
Demzufolge können
die Messempfindlichkeit und die Messgenauigkeit erhöht werden.
Das Filterelement 26 ist zwar aus Fluorharz, es kann aber auch
z. B. aus einem feinmaschigen Metallnetz gebildet werden.
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Der
Innendurchmesser des offenen Endes des Filterelements 26 ist
annähernd
gleich große
wie der Außendurchmesser
des Bereichs mit dem kleineren Durchmesser 24b der Sensorbasis 24,
und demzufolge kann durch Abdecken des Filterelements 26 mit
dem Bereich mit dem kleineren Durchmesser 24b das Filterelement 26 den
inneren Filterraum 21c definieren und bilden. Wie vorstehend
genannt, wird zum Zeitpunkt des Zusammenbaus der Gassensorvorrichtung 20 der
Flansch 26b zwischen dem Bereich mit dem größeren Durchmesser 24a der
Sensorbasis 24 und dem Flansch 22c des Gehäuses 22 eingeklemmt,
und demzufolge ist das Filterelement 26 sicher im Inneren
des Gehäuses 22 angebracht.
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Wie
in 3 dargestellt, ist das Sensorelement 28 aus
einem mit Keramik beschichteten Substrat hergestellt, das durch
Beschichten einer Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytschicht 28a (im Weiteren
als „Zirkon-Festelektrolytschicht" bezeichnet) hergestellt
wird, wie zum Beispiel Zirkonkeramik, die zum Beispiel in einer
rechteckigen Form, 5 mm × 3
mm, gegossen wird, und einer Isolierschicht 28b wie zum
Beispiel Aluminium. Die Sensorstifte 27a, 27b sind
jeweils elektrisch mithilfe von aus Platindraht hergestellten Leitern 29a, 29b mit
der Zirkon-Festelektrolytschicht 28a verbunden. Darüber hinaus
ist auf der Oberfläche
der Isolierschicht 28b ein Widerstandsmuster aus Metall,
wie z. B. Platindraht, gebildet, und die Heizstifte 27c, 27d sind
jeweils elektrisch mithilfe von aus Platindraht hergestellten Leitern 29c, 29d mit
dem Widerstandsmuster verbunden. Bei einer derartigen Bauweise,
mit Zufuhr elektrischer Energie von den Heizstiften 27c, 27d,
erhitzt das Widerstandsmuster die laminierte Zirkon-Festelektrolytschicht 28a auf
eine vorgegebene Temperatur (zum Beispiel mehrere hundert °C). Die erhitzte Zirkon-Festelektrolytschicht 28a hat
Sensor-Ausgangseigenschaften, die der Dichte von Sauerstoff entsprechen,
und demzufolge gibt der Sensorteil 28 Information über die
Sauerstoffkonzentration an Schaltkreise aus, die an die Sensorstifte 27a, 27b ange schlossen
sind.
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Für den Zusammenbau
werden das Sensorelement 28, die Sensorstifte 27a, 27b,
die Heizstifte 27c, 27d und der Positionierstift 27e erhitzt
und unter Druck in der Harzguss-Sensorbasis 24 angebracht. Danach
werden die Leiter 29a, 29b, 29c, 29d,
die angeschlossen sind an das Keramiksubstrat, auf dem die Zirkon-Festelektrolytschicht 28a und
die Isolierschicht 28b laminiert sind, durch Verkabelung
an die Stifte 27a, 27b, 27c, 27d angeschlossen.
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Danach
wird das Filterelement 26 in dem Harzguss-Gehäuse 22 angeordnet,
und die Filterelement-Gehäuseeinheit
wird über
dem Sensorelement 28 angebracht. Der innere Umkreis des
Filterelements 26 wird in den äußeren Umkreis des Bereichs mit
dem kleineren Durchmesser 24b der Sensorbasis eingepasst,
und dadurch werden eine radiale und axiale Bewegung des Filterelements 26 verhindert. Schließlich werden
die innere Umkreiswand des Gehäuses 22 und
die äußere Umkreiswand
des Bereichs mit dem größeren Durchmesser
der Sensorbasis 24 durch eine Fuge 25 mit einem
Kleber, Heißversiegelung
oder dergleichen hermetisch abgedichtet.
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Wie
aus 4 hervorgeht, unterscheidet sich eine erste Modifikation
der Vorrichtung von der vorstehend beschriebenen darin, dass am
offenen Ende des Gehäuses
kein innerer Umkreisflansch 22c vorhanden ist. Stattdessen
ragen mehrere Vorsprünge 32c am
inneren oberen Teil des Gehäuses 32 heraus,
und am offenen Ende des Filterelements ist kein Flanschbereich vorhanden.
Ein Kuppelteil 32a und eine Einlassdüse 32b des Gehäuses 32 sowie
ein Becherteil 36a des Filterelements entsprechend dem Kuppelteil 22a und
der Einlassdüse 22b des
Gehäuses 22 sowie
dem Becherteil 26a des Filterelements 26 gemäß vorstehender
Beschreibung. In 4 bezeichnet das Bezugszeichen 35 eine
Fuge, die das Gehäuse 32 mithilfe
eines Klebers oder durch Heißversiegelung
hermetisch gegen die Sensorbasis 24 abdichtet.
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Andere
Komponenten, die im Wesentlichen die gleichen sind wie bei der Gassensorvorrichtung 20 sind
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die
Vorsprünge 32c sind
auf dem inneren oberen Teil des Gehäuses 32 gebildet,
das heißt
in der Nähe
der Einführung
des Gaseinlasskanals 21a in das Gehäuse 22. Diese Vorsprünge 32c sind
rund um die Öffnung
des Gaseinlasskanals 21a an vier Stellen mit einer Teilung
von jeweils 90° angeordnet. Die
Höhe der
Vorsprünge 32c entspricht
dem Abstand zwischen der Oberseite des Filterelements 36 und
dem Inneren des Gehäuses 32 nach
dem Zusammenbau der Gassensorvorrichtung 30. Die Vorsprünge 32c liegen
dadurch gegen die Oberseite des Filterelements 36 an und
verhindern eine Axialbewegung des Filterelements 36 im
Gehäuse.
Das Filterelement 36 ist dadurch eingeklemmt zwischen dem Gehäuse 32 und
der Sensorbasis 24 und wird fest in seiner Einbaulage gehalten.
Dementsprechend ist der innere Flansch 22c auf der Umkreiswand
des Gehäuses 22 des
Gassensors 20 nicht erforderlich und nicht vorhanden, und
der äußere Flansch 26b des Filterelements 26 wird
ebenfalls nicht benötigt
und in dieser Ausführungsform
nicht vorhanden. Dies führt zu
dem Ergebnis, dass sich das Gießen
der Formen für
das Filterelement 36 und für das Gehäuse 32 vereinfachen
lässt.
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Bei
einer alternativen Konstruktion sind die Vorsprünge zu einer zylindrischen
Form gebildet. Bei Vorsprüngen,
die diese zylindrische Form haben, wird der Gaseinlasskanal 21a wirksam
erweitert, und somit strömt
das durch die Einlassdüse 32b eingeführte Gas
direkt zur Innenseite des Filters 36. Daraus ergibt sich,
dass ein Austreten von Gas zur Außenseite des Filterelements 36 verhindert
wird.
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Wie
in 5 dargestellt, unterscheidet sich eine
zweite Modifikation der Vorrichtung von der vorstehend beschriebenen
darin, dass das offene Ende 46b des Filter elements 46 aufgebördelt und
mit einem äußeren, sich
um den Umkreis erstreckenden Wulst 46c versehen ist, der
eine äußere, sich
verjüngende
Oberfläche 46d und
eine innere, sich verjüngende
Oberfläche 46e aufweist,
anstatt mit einem Flansch ausgeführt
zu sein. Eine ringförmige
Nut 42d, die auf die Form einer äußeren, sich verjüngenden
Oberfläche 46d des
Wulstes 46c abgestimmt ist, ist auf einem inneren, um den
Umkreis verlaufenden Flansch 42c des Gehäuses 42 angeordnet,
und eine äußere, sich
um den Umkreis erstreckende Oberfläche 44c, die der Form
der inneren, sich verjüngenden Oberfläche 46e des
Wulstes 46c angepasst ist, ist auf dem Bereich mit dem
kleineren Durchmesser 44b der Sensorbasis 44 angeordnet.
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Der
Kuppelteil 42a und die Einlassdüse 42b des Gehäuses 42 sowie
der Becherteil 46a des Filterelements 46 entsprechen
dem Kuppelteil 22a und der Einlassdüse 22b des Gehäuses 22 sowie
dem Becherteil 26a des Filterelements 26 der vorstehend
beschriebenen Gassensorvorrichtung 20. In 5(A) und 5(B) bezeichnet
das Bezugszeichen 45 eine Fuge, die das Gehäuse 42 mithilfe
eines Klebers oder durch Heißversiegelung
hermetisch gegen die Sensorbasis 44 abdichtet. Andere Bestandteile,
die im Wesentlichen die gleichen sind wie bei der Gassensorvorrichtung 20 sind
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Das
Filterelement 46 ist so geformt, dass dessen Durchmesser
zu dessen offenem Ende 46b hin zunimmt. das heißt, das
offene Ende 46b ist aufgebördelt wie ein Rock. Darüber hinaus
ist der ringförmige
Wulst 46c auf der Außenseite
des offenen Endes 45b so geformt, dass er vorsteht. Der
Wulst 46c weist sowohl innere als auch äußere, sich um den Umkreis erstreckende
Oberflächen 46e und 46d auf,
die eine sich verjüngende
Form aufweisen.
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Auf
diese Weise kann das Filterelement 46 mithilfe des Flansches 42e,
der die ringförmige
Nut 42d aufweist, mit dem Gehäuse 42 in Eingriff
gebracht werden. Darüber
hinaus kann beim Zusammenbau der Sensorbasis 44 mit dem
Gehäuse 42 die äußere, sich
um den Umkreis erstreckende Fläche 44c der
Sensorbasis 44 die innere, sich verjüngende Oberfläche 46e des
Filterelements 46 in einer radial nach außen gerichteten
Richtung drücken.
Demzufolge kann das Filterelement 46 zwischen dem Gehäuse 42 und
der Sensorbasis 44 eingeklemmt und gestützt werden, und somit wird
selbst bei Vorliegen eines radialen Gießfehlers, zum Beispiel am offenen Ende 46b des
Filterelements 46, das offene Ende 46b des Filterelements 46 mithilfe
der Sensorbasis 44 in Richtung zum Gehäuse 42 hin gedrückt und ausgeweitet,
so dass das Filterelement 46 fest mit dem Flansch 42c in
Eingriff kommt. Demzufolge ist der Eingriff des Filterelements 46 unabhängig vom Vorhandensein
von Gießfehlern
beim Filter 46 zusätzlich
sichergestellt.
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Aufgrund
einer solchen Konstruktion kann die Abdichtung zwischen dem Inneren
und Äußeren der
Sensorvorrichtung ohne Einsatz von Dichtungsmaterialien wie O-Ringen
sichergestellt werden. Dadurch verringert sich die Anzahl der Bauteile.
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Darüber hinaus
werden das Gehäuse 22 und die
Sensorbasis 24 als einzelne Einheit zusammengebaut, bevor
die Vorrichtung an einer Leiterplatte oder dergleichen angebaut
wird. Demzufolge wird der Zeitaufwand für den Zusammenbau der Leiterplatte
oder dergleichen reduziert.
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Zusätzlich hierzu
kann keine Beschädigung der
hermetischen Abdichtung zwischen dem Gehäuse 22 und dem Sensorelement 24 während des
Anbaus der Gassensorvorrichtung 20 an der Leiterplatte
oder dergleichen eintreffen, und es kommt nicht zu einer volumetrischen
Schwankung beim Messraum. Dadurch werden die Messempfindlichkeit
und die Messgenauigkeit des Sensors verbessert.
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Wie
in 6 dargestellt, weist eine Gassensorvorrichtung 60 gemäß der zweiten
Ausführungsform
ein Gehäuse 62,
eine Sensorbasis 24, ein Filterelement 26 und
ein Sensorelement 28 auf.
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Die
Gassensorvorrichtung 60 unterscheidet sich von der Gassensorvorrichtung 20 gemäß der ersten
Ausführungsform
darin, dass eine Einlassdüse 62b und
eine Auslassdüse 62c des
Gehäuses 62 einander
diametral gegenüber
liegend platziert sind und das Gas, das durch die Auslassdüse 62c ausgetragen
wird, zurück
gewonnen wird. Ein Kuppelteil 62a und ein Flansch 62d des
Gehäuses 62 entsprechen
dem Kuppelteil 22a und dem Flansch 22c des Gehäuses 22 der
Gassensorvorrichtung 20. In 6 bezeichnet
das Bezugszeichen 65 eine Fuge, die das Gehäuse 62 mithilfe
eines Klebers oder durch Heißversiegelung
hermetisch gegen die Sensorbasis 24 abdichtet. Andere Bestandteile,
die im Wesentlichen die gleichen sind wie bei der Gassensorvorrichtung 20 sind
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die
Einlassdüse 62b des
Gehäuses 62 steht in
einer radial nach außen
gerichteten Richtung vom zylindrischen Teil des Kuppelteils 62a vor,
der das Gehäuse 62 bildet.
Im Inneren der Einlassdüse 62b befindet
sich ein Gaseinlasskanal 61a, der Gas von der Außenseite
des Gehäuses 62 in
den Messraum strömen
lässt.
Auf gleiche Weise ist die Auslassdüse 62c, die einer
radial nach außen
gerichteten Richtung vom Kuppelteil 62a vorsteht, diametral
gegenüber
der Einlassdüse 62b liegend
angeordnet. Im Inneren der Auslassdüse 62c befindet sich
ein Gasauslasskanal 61d.
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Durch
Anschließen
eines Schlauches oder dergleichen, der Gas in das entlegene Ende
der Gaseinlassdüse 62b einführt und
Anschließen
eines Schlauches oder dergleichen, der das Gas zurück zur Versorgungsquelle
leitet, am entlegenen Ende der Auslassdüse 62c wird das Gas
auf dem Weg durch den Gaseinlasskanal 21a in den Messraum
geleitet und danach auf dem Weg durch den Gasauslasskanal 21d zurück zur Versorgungsquelle
geleitet. Das heißt,
das Gas wird ohne Abstriche zurück
gewonnen und ohne Verluste zurück
geleitet. Die Gassensorvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet
sich von der Gassensorvorrichtung 20 der ersten Ausführungsform,
die das Gas nach der Einführung
in den Messraum nicht zurück
gewinnt.
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Obwohl
die bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung und deren Bauweise und Arbeitsweise hierin beschrieben
worden sind, ist es für
den Fachmann einsichtig, dass andere Anwendungen und Ausführungsformen
ausgearbeitet werden können. Solche
Anwendungen und Ausführungsformen
und Modifikationen davon gehören
zum Kenntnisbereich des Fachmanns und liegen im Rahmen des Umfangs der
Erfindung wie diese in den Ansprüchen
definiert ist.