EP4111167A1 - Partikelsensorvorrichtung mit einem auswechselbaren transparenten abdeckelement - Google Patents

Partikelsensorvorrichtung mit einem auswechselbaren transparenten abdeckelement

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Publication number
EP4111167A1
EP4111167A1 EP21700519.8A EP21700519A EP4111167A1 EP 4111167 A1 EP4111167 A1 EP 4111167A1 EP 21700519 A EP21700519 A EP 21700519A EP 4111167 A1 EP4111167 A1 EP 4111167A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cover element
sensor device
particle sensor
laser
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21700519.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fabian Purkl
Martin Buchholz
Sebastian Russ
Arne Huber
Moritz Humbert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4111167A1 publication Critical patent/EP4111167A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01N15/1456—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals
    • G01N15/1459—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals the analysis being performed on a sample stream
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    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N2021/0193—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation the sample being taken from a stream or flow to the measurement cell

Definitions

  • the present invention relates to a particle sensor device according to the preamble of claim 1.
  • a particle sensor device is known, for example, from WO18292433 A1.
  • Particle sensor devices are used in passenger car internal combustion engines for on-board diagnostics for the condition of particle filters.
  • a nanosecond high-power laser is used to heat an ensemble of particles, which laser achieves a very high light intensity for a short time (ns). Operation takes place in the collimated (parallel running) part of the beam with a cross section of a few square centimeters or millimeters. This means that thousands of soot particles are heated up at the same time with a single laser pulse, which does not allow counting of individual particles.
  • the high-power laser cannot be miniaturized and is cost-intensive
  • the known particle sensor device has an interior space which is delimited by a housing and a cover element.
  • the cover element covers an opening of the housing and has a transparent area.
  • a laser, a first optical element, a second optical element and a detection device are arranged in the interior, the first optical element being set up and arranged to focus laser radiation incident from the laser through the transparent area into a laser spot and where the second optical element is set up and arranged for this purpose, proceeding from the laser spot To focus temperature radiation through the transparent area into a temperature radiation spot illuminating the detection device.
  • the transparent area represents the optical access to the exhaust gas required for the formation of the laser spot.
  • this optical access must be close enough to the exhaust gas to protect the optical path of the sensor from contamination and damage that can penetrate from the exhaust pipe.
  • this optical access must be sufficiently transparent over the life of the sensor.
  • the temperature radiation of the particles heated in the laser spot must not be attenuated to such an extent that it can no longer be distinguished from the background noise that is caused, for example, by the hot sensor and its surroundings.
  • the heating laser radiation must also not be attenuated to the extent that its intensity is insufficient to heat the particles sufficiently.
  • the optical access must maintain an optical quality that is necessary in order to focus the light on a sufficiently small laser spot.
  • the laser radiation that may be reflected at the optical access (e.g. as a result of pollution) must not achieve a power that exceeds a background radiation level that is still tolerable at the detection device.
  • a transparent area of a cover element which in some forms also takes on the optical function of a lens for focusing the laser light. Over the life of the sensor, soot or ash may be deposited on the transparent area of the optical access. In addition, the surface of the transparent area can be attacked by chemicals transported with the exhaust gas, which leads to an undesirable change in the surface structure and an associated deterioration in transparency.
  • the cover element can be connected to the housing in a gas-tight, non-destructive, releasable manner covering the interior space.
  • the non-destructive releasability allows cleaning and / or replacement of the cover element realizing the optical access.
  • the cleaning or the change can be carried out at regular intervals or when a requirement violation is detected by a self-diagnosis function.
  • Changing or cleaning the cover element is significantly less expensive than replacing a particle sensor device in which an optical access cannot be replaced.
  • the invention also enables the optical access in a workshop to be replaced or cleaned by workshop personnel, which further reduces the effort required for an overhaul at the manufacturer or in specialized workshops.
  • the particle sensor device can be used for on-board monitoring of the state of diesel particle filters and gasoline particle filters. It has a short response time and is ready for use almost immediately after activation. Particularly in gasoline vehicles, the ability to measure the number of particles and the immediate readiness for use of the sensor immediately after the vehicle is started is very important, as a large part of the typically very fine particles (low mass, high number) in gasoline vehicles arise during cold starts.
  • the particle sensor device enables the determination of both the masses (mg / m 3 or mg / ml) and the number concentration (particles / m 3 or particles / ml) of the emitted particles. It is also possible to measure the particle size distribution. However, the invention also relates to the case in which only one of the named measured variables is determined. It is also conceivable to use the particle sensor device according to the invention for other scenarios and areas of application (for example in portable emission monitoring systems, exhaust gas analyzers for inspection, measurement of indoor air quality, emissions from combustion systems (private, industrial)). If soot particles and exhaust gas are mentioned in the present application, this is only done by way of example for the purpose of simplification or illustration. The invention always relates generally to particles / aerosols in a fluid, in particular a measurement gas.
  • a preferred embodiment is characterized in that the housing has a sensor head in which the opening of the housing is arranged and which has a first flange surface which has an edge which surrounds the opening in a closed loop and wherein the cover element by its shape and size is set up to rest on the first flange surface or on an intermediate element lying between the first flange surface and the cover element.
  • the optical access is exposed by loosening a flange with which the housing is connected to a volume carrying measurement gas, for example to an exhaust pipe.
  • the cover element can be removed in the exposed state for replacement or cleaning.
  • the intermediate element can be a seal, for example.
  • the particle sensor device has a mating flange which has a second flange surface which is designed to rest against the cover element or against the intermediate element lying between the first flange surface and the second flange surface.
  • Such a flange connection allows the optical components to be hermetically sealed against the measurement gas / exhaust gas and the environment. This prevents the penetration of solids such as soot particles or moisture that could condense inside the sensor. With a flange connection, a mechanically sufficiently robust connection of the sensor head to the mating flange can also be ensured.
  • the particle sensor device has at least one clamping means with which a clamping force pressing the second flange surface and the first flange surface against one another can be generated.
  • the sensor device has a cylindrical protective tube which is open at two ends and which has a cylinder axis that coincides with a central beam of the laser radiation that generates the laser spot, and which protective tube is a protective tube that runs around the laser spot Has lateral surface.
  • the protective tube (or the protective tube arrangement having an inner and an outer protective tube) branches off a representative part of the exhaust gas and guides this part in a directed flow through the laser spot.
  • the protective tube results in a uniform flow through the laser spot, which improves the reproducibility of the measurements.
  • an end of the protective tube facing the sensor head i.e. proximal
  • an end of the protective tube facing the sensor head is designed by its shape and size to lie against the cover element or an intermediate element located between the cover element and a proximal end of the protective tube.
  • the cover element has a central region which is formed by the transparent region and that the cover element has a peripheral region which surrounds the central region in a closed loop.
  • the central area thus serves as an optical access, and the peripheral area is used for gas-tight fastening of the cover element.
  • the cover element is thus a disk-shaped cover element. It has a circumferential narrow side and two broad sides lying opposite one another and separated from one another by the narrow side. The broad sides do not have any holes, so that the cover element separates the spaces lying on the opposite broad sides in a gas-tight manner when the flange is closed.
  • Another preferred embodiment is characterized in that the first flange surface has an edge protruding from it in the direction of a surface normal to the first flange surface, and that the shape and size of the cover element is designed to be held by the edge in a clamping manner. The peripheral area of the cover element is clamped between the two flange surfaces.
  • the peripheral area has at least one projection directed radially outward when viewed from the cylinder axis, the shape and size of which are complementary to a recess in the protruding edge, so that the projection and recess together form an anti-twist device.
  • the cover element is held by a holder which has an external thread which is screwed into an internal thread of the housing.
  • the fastening of the cover element is separated from the fastening of the housing to a part carrying the sample gas.
  • This has the advantage that the replacement or cleaning of the optical access can also be separated in terms of time and space from the dismantling / assembly of the housing on the part carrying the sample gas.
  • the replacement and / or cleaning of the optical access can thus take place, for example, in a room that is less susceptible to soiling, while the dismantling / assembly can also take place in a workshop environment that is more susceptible to soiling.
  • the socket is cup-shaped
  • the cover element forms a base of the cup-shaped socket
  • the external thread on the opening facing away from the base cup-shaped socket is arranged and the opening of the cup-shaped socket is arranged further from the opening of the housing than the bottom of the cup-shaped socket.
  • the cover element is part of the protective tube.
  • the protective tube can be exchanged in order to replace the cover element. This has the advantage of being easy to use because, unlike the transparent area of the cover element, the protective tube is not touch-sensitive, i.e. not sensitive to the contamination associated with contact.
  • an edge of the cover element is arranged in an annular groove in the protective tube in such a way that the cover element is held in a clamping manner.
  • Another preferred embodiment is characterized in that the cover element is held in a form-fitting manner between two parts of the protective tube which have been mechanically firmly connected to one another after the cover disk has been inserted.
  • a second transparent cover element is arranged in the housing at a distance from the first flange surface, the second transparent cover element having a first side facing the first flange surface and a second side opposite the first side and the interior space in a first interior partial area and separates a second interior sub-area separated from the first interior sub-area in a gas-tight manner.
  • the optical components laser, beam-shaping means, detection device, steel splitter
  • the housing are Replacement and / or cleaning of the first cover element protected from contamination.
  • the second transparent cover element is a plane, parallel cover plate and that a transparent area of the first transparent cover element is a converging lens.
  • Another preferred embodiment is characterized in that the second transparent cover element is a converging lens and that the transparent area of the first transparent cover element is a plane, parallel cover plate.
  • the second transparent cover element is a converging lens and that the transparent area of the first cover element is a converging lens.
  • the second transparent cover element is a plane-parallel cover disk and that the transparent area of the first cover element is a plane-parallel cover disk.
  • Another preferred embodiment is characterized in that it has a first optical element which is set up and arranged to focus laser radiation incident from the laser through the central transparent area into the laser spot.
  • the central transparent area forms the first optical element.
  • the first optical element is a convex lens.
  • FIG. 1 shows a measuring principle based on laser-induced incandescence, which is used in the invention
  • FIG. 2 shows a basic structure of a particle number sensor operating with laser-induced incandescence
  • FIG. 3 shows a possible structure of a particle sensor device
  • FIG. 4 shows a sectional illustration of a sensor head of a particle sensor device according to the invention
  • FIG. 5 shows a detailed illustration of elements of a clamping fastening of a transparent cover element
  • FIG. 6 shows a fastening of the transparent cover element on the sensor head with a thread
  • FIG. 7 shows a modification of the solution shown in FIG. 6
  • FIG. 8 shows an integration of the transparent cover element in a protective tube arrangement
  • FIG. 9 shows a first example of a fastening of the transparent cover element in the protective tube arrangement.
  • FIG. 10 shows a second example of a fastening of the transparent cover element in the protective tube arrangement.
  • FIG. 1 illustrates the measurement principle based on laser-induced incandescence (LII).
  • Laser radiation 10 of high intensity strikes a particle 12.
  • the particle 12 is in particular a soot particle.
  • the intensity of the laser radiation 10 is so high that the energy of the laser radiation 10 absorbed by the particle 12 heats the particle 12 to several thousand degrees Celsius.
  • the particle 12 spontaneously and essentially without a preferred direction emits significant radiation 14 in the form of thermal radiation, also referred to below as III radiation 14.
  • the temperature radiation (Incandescence or glow emission) results from Planck's law of radiation. It serves as a measurement signal and is recorded by a detection device.
  • the spectrum of thermal radiation is relatively broadband and depends on many factors such as the particle temperature and the particle material.
  • the maximum of the spectrum can, for example, be in the red range (at approx. 650 nm wavelength).
  • Part of the III radiation 14 emitted in the form of thermal radiation is also emitted in the opposite direction to the direction of the incident laser radiation 10.
  • FIG. 2 schematically shows a basic structure of a particle sensor device 16.
  • the particle sensor device 16 here has a laser 18, the preferably parallel laser radiation 10 of which is focused on a very small laser spot 22 with at least one first optical element 20 arranged in the beam path of the laser 18.
  • the laser 18 is modulated or switched on and off (duty cycle ⁇ 100%).
  • the laser 18 is a CW laser. This enables the use of inexpensive semiconductor laser elements (laser diodes), which makes the entire particle number sensor 16 cheaper and greatly simplifies the control of the laser 18 and the evaluation of the measurement signal. The use of pulsed lasers is not excluded.
  • the first optical element 20 is preferably a first lens 24, but can also be implemented as a reflector.
  • the intensity of the laser radiation 10 reaches the high values necessary for LII only in the volume of the laser spot 22.
  • the laser 18 can be a laser diode which can be operated as a continuous wave laser or else in a pulsed manner.
  • a continuously operated (CW) laser with lower powers ( ⁇ 50-500mW, sometimes up to 5000mW) is preferably used, which is focused on a very small laser spot with appropriate optical elements (e.g. lenses).
  • the focusing makes it possible, despite the relatively small laser power of the laser diodes, to increase the power density sufficiently to reach the temperatures necessary for the LII. Due to the small size of the laser spot, it can be assumed that only one Particle flies through the laser spot 22 (intrinsic individual particle detection) if a particle concentration of up to about 10 A 13 / m A 3 is used as a basis.
  • the dimensions of the laser spot 22 are in the range of a few pm, in particular in the range of at most 200 pm, so that particles 12 crossing the laser spot 22 are excited to emit evaluable radiation powers.
  • a diameter of the laser spot 22 of, for example, 10 ⁇ m, it can be assumed that there is always at most one particle 12 in the laser spot 22 and that an instantaneous measurement signal from the particle number sensor 16 only originates from this at most one particle 12 (intrinsic single particle detection), if one based on a particle concentration of up to about 10 A 13 / m A 3.
  • the measurement signal is generated by a detection device 26 which is arranged in the particle number sensor 16 in such a way that it detects radiation 14, in particular temperature radiation, which emanates from a particle 12 which flies through the first spot 22.
  • the detection device 26 preferably has at least one first surface 26.1 sensitive to the radiation 14.
  • the detection device 26 can be, for example, a sensitive photodiode or a silicon photomultiplier (SiPM) or multi-pixel photon counter (MPPC).
  • FIG. 3 shows a schematic arrangement of components of a particle sensor device 16 which is suitable for use as a soot particle number sensor in the exhaust gas of a combustion process as measurement gas 32.
  • the particle sensor device 16 has a first part 16.1 which is set up to be exposed to a measurement gas 32, and it has a second part 16.2 which is not to be exposed to the measurement gas 32 and which contains the optical components of the particle sensor device 16. Both parts are separated by a partition 16.3 which is impermeable to the measurement gas 32.
  • the partition 16.3 is, for example, part of an exhaust pipe of an internal combustion engine.
  • an optically transparent cover element 34 is attached, which is transparent both to the laser radiation 10 and to the radiation 14 emanating from the laser spot 22.
  • the first part 16.1 of the particle number sensor 16 has a protective tube arrangement made up of an outer protective tube 28 and an inner protective tube 30.
  • the two protective tubes 28, 30 preferably have a general cylindrical shape or prism shape.
  • the base areas of the cylinder shapes are preferably circular, elliptical or polygonal.
  • the cylinders are preferably arranged coaxially, the axes of the cylinders being oriented transversely to the flow of exhaust gas 32.
  • the inner protective tube 30 protrudes in the direction of the axes of the cylinders beyond the outer protective tube 28 into the flowing exhaust gas 32.
  • the outer protective tube 28 protrudes beyond the inner protective tube 30.
  • the clear width of the outer protective tube 28 is preferably so much larger than the outer diameter of the inner protective tube 30 that a first flow cross section results between the two protective tubes 28, 30.
  • the clear width of the inner protective tube 30 forms a second flow cross section.
  • Such a first part 16.1 of a particle sensor device 16 is part of a preferred exemplary embodiment. However, its features are not features that are essential to the invention. The features essential to the invention are part of the second part 16.2 of the particle sensor device 16.
  • the second part 16.2 of the particle sensor device 16 has a laser 18 with a collecting lens 19, a first optical element 20, a second optical element 23, a beam splitter 25, a filter 27 and the detection device 26.
  • the second optical element 23 can be a lens or a reflector.
  • the first optical element 20 is arranged in a beam path of the laser radiation 10 in such a way that it focuses laser radiation 10 incident from the laser 18 into the laser spot 22, and the second optical element 23 is arranged in such a way that that it focuses radiation 14 emanating from laser spot 22 into a temperature radiation spot 29.
  • the beam splitter 25 reflects incident laser radiation in the direction of the first optical element 20 and is transparent to thermal radiation 14.
  • the detection device 26 has a first surface 26. 1 which is sensitive to radiation 14 and which is arranged in the beam path of the focused temperature radiation 14 in such a way that it is illuminated with the focused temperature radiation 14.
  • the filter 27 is less transparent in the spectral range of the laser radiation 10 than in the rest of the spectral range and thus contributes to the fact that the signal of the detection device is not falsified by the influences of scattered laser radiation 10.
  • the optically transparent cover element 34 is attached between the protective tube arrangement and the optical components (lenses, beam splitter, laser, detection device) and isolates the sensitive optical elements from the possibly hot, chemically aggressive and “dirty” measurement gases 32.
  • the first lens 24 can also take over this isolation and thus combine the function as a converging lens and as a transparent cover element in one optical component.
  • the optional filter is arranged in front of the detection device 26 and blocks the wavelength range in which the laser 18 emits. This reduces the amount of unwanted scattered light (e.g. back reflection of the laser 18 on the optical components) which reaches the detection device 26. If the detection device 26 has only a small active detection area, the use of a third lens in front of it is conceivable, which leads to better capture of the III radiation 14.
  • FIG. 4 shows a part of the particle sensor device 16 which is flanged to the partition wall 16.3 which is impermeable to the measurement gas.
  • the illustration of this part shows structural details of the part of the particle sensor device 16 close to the exhaust gas.
  • the partition 16.3 is, for example, part of an exhaust pipe 17 of an internal combustion engine.
  • FIG. 4 is a sectional illustration in which a central axis 19 of the particle sensor device 16 lies.
  • the illustrated part of the particle sensor device 16 is, for example, rotationally symmetrical with the central axis 19 as the axis of symmetry.
  • the particle sensor device 16 has an interior space 36 which is delimited by a housing 40 and a cover element 34.
  • the cover element 34 covers an opening of the housing 40 and has a central transparent area 34.1.
  • the components of the second part 16.2 of the particle sensor device 16 are arranged in the interior 36.
  • the cover element 34 covers the interior space 36 in a gas-tight manner against measurement gas 32 and can be connected to the housing 40 in a non-destructive, detachable manner.
  • the housing 40 has a sensor head 42 in which the opening of the housing 40 is arranged.
  • a first half 44 of a flange is attached, which has a first flange surface.
  • the first flange surface has a rim that surrounds the opening in a closed loop. Due to its shape and size, the cover element 34 is designed to rest against the first flange surface or against an intermediate element optionally located between the first flange surface and the cover element.
  • the optional intermediate element is, for example, a seal.
  • the particle sensor device 16 has a mating flange 46.
  • the mating flange 46 has a second flange surface which is set up to rest against the cover element 34 or against the intermediate element lying between the first flange surface and the second flange surface.
  • the counter flange 46 is firmly connected to the wall 16.3, e.g. by welding.
  • the particle sensor device 16 has at least one tensioning means 48 which generates a tensioning force pressing the second flange surface and the first flange surface against one another.
  • the tensioning means 48 is, for example, a clamp that is pulled together with one or more screws and generates the tensioning force directed parallel to the central axis 19.
  • the sensor head 42 of the particle sensor device 16 is connected to the exhaust pipe in which the two flange halves are connected to one another and secured. The cover element 34 is thus clamped between the two flange halves at the same time.
  • the particle sensor device 16 has an arrangement of cylindrical protective tubes 28, 30 open at two ends.
  • the protective tubes 28, 30 have a cylinder axis which preferably coincides with the central axis 19. These axes preferably also coincide with a central beam of the laser radiation that generates the laser spot 22.
  • the protective tubes have jacket surfaces running around the laser spot.
  • a proximal end of the protective tubes 28, 30 is preferably located in one plane with the flange connection.
  • the protective tubes 28, 30 branch off a representative part of the measurement gas 32 and guide this measurement gas in a directed flow through a spatial area in which the laser spot 22 is located.
  • cooling fins 49 are arranged on the outside of the housing 40.
  • the thermal decoupling can take place or be reinforced with the aid of an air gap 50.
  • the air gap 50 results as an enlargement of the clear width of the housing 40 lying transversely to the laser beam direction which is directed into the laser spot.
  • An end of the protective tubes 28, 30 facing the sensor head 42 is designed by its shape and size to lie against the cover element 34 or an intermediate element lying between the cover element 34 and a proximal end of the protective tubes 28, 30.
  • a seal is an example of such an intermediate element.
  • the cover element 34 has a central area which is formed by the transparent area 34.1.
  • the cover element 34 has a peripheral area 34.2 which surrounds the central area 34.1 in a closed loop.
  • the first flange surface has an edge 52 protruding from it in the direction of a surface normal to the first flange surface. The shape and size of the cover element 34 allow it to be held in a radially clamping manner by the edge 52.
  • the transparent area of the cover element 34 is designed as a lens and fastened in the peripheral area 34.2.
  • An optionally available inner transparent cover element 51 protects the optical components (laser, lenses, beam splitter, detection device) when the cover element 34 is removed.
  • the peripheral area 34.2 of the cover element 34 is clamped gas-tight between the two surfaces of the flange connection.
  • the cover element 34 can be clamped into a groove in the flange of the sensor, for example via a spring structure. This means that the insert does not fall out during assembly.
  • the housing 40 optionally has an inner transparent cover element 51 which is arranged in the housing 40 at a distance from the first flange surface.
  • the inner transparent cover element 51 has a first side 51.1 facing the first flange surface and a second side 51.2 opposite the first side 51.1 and divides the interior space 36 into a first interior subarea and a second interior subarea separated from the first interior subarea in a gas-tight manner.
  • the inner transparent cover element 51 is, for example, installed in a non-destructive detachable manner and can optionally be used in any of the configurations presented here.
  • the non-replaceable, permanently installed inner transparent cover element 51 prevents the risk that, when the cover element 34 is changed in a workshop, either foreign matter penetrates or the tightness is no longer guaranteed after the change.
  • Such an inner transparent cover element 51 can optionally be used in any configuration of a particle sensor device 16 according to the invention.
  • FIG. 5 shows a detailed illustration of elements of a clamping fastening of a transparent cover element 34.
  • the peripheral region 34.2 has at least one projection 54 which is directed radially outward when viewed from the central axis 19 and whose shape and size are complementary to a recess in the protruding edge 54 of FIG are first half 44 of the flange, so that the projection and recess together form an anti-twist device.
  • the protruding edge 54 can make it easier to change the cover element 34 in that the cover element 34 fastened by means of bracing can be released more easily by exerting a force on the edge 54.
  • FIG. 6 shows an embodiment in which the cover element 34 is held by a mount 56 which has an external thread which is screwed into an internal thread 58 of the housing 40.
  • the protective tube arrangement is firmly connected to the flange on the exhaust pipe.
  • the exchangeable cover element 34 is screwed into the housing via its socket 56 and can be exchanged after opening the clamping device 48.
  • FIG. 7 shows an embodiment which is based on the embodiment according to FIG. 6 and in which the holder 56 is cup-shaped.
  • the cover element 34 forms a base of the cup-shaped socket 56, and the internal thread 58 (and thus also the external thread) is arranged at the opening of the cup-shaped socket facing away from the base.
  • the opening of the cup-shaped socket 56 is arranged further from the opening of the housing 40 or from the first half 44 of the flange than the bottom of the cup-shaped socket 56.
  • the thread is further away from the flange in a rear part of the housing relocated.
  • the temperature resistance requirements for the thread and possible sealing structures are significantly reduced, since the temperature in this part of the housing is already significantly reduced by the cooling and insulation measures (cooling fins, air gap).
  • the position of the cover element can be determined by the arrangement in the bottom of the cup-shaped Shape remain in its mounting position closer to the flange. This is particularly advantageous when the cover element 34 or its transparent area is designed as a lens. In this case, the position-dependent high collection efficiency of the lens is retained.
  • FIG. 8 shows an embodiment in which the cover element 34 is part of the protective tube arrangement made up of protective tubes 28, 30.
  • the protective tube arrangement is placed between the two flange parts and clamped using the clamping device 48.
  • the cover element is preassembled in the protective tube arrangement.
  • the protective tube arrangement is exchanged.
  • the protective tube can be connected to the sensor head via a clamping device prior to assembly, as shown in FIG. 4, in order to facilitate assembly.
  • FIG. 9 shows an embodiment of such an arrangement in which an edge of the cover element 34 is arranged in an annular groove in the inner protective tube 30 such that the cover element 34 is held in a clamping manner in the protective tube 30.
  • the clamping holder is achieved, for example, in that the cover element 34 is held in a form-fitting manner between two parts of the protective tube 30 which have been mechanically firmly connected to one another after the cover element 34 has been inserted.
  • FIG. 10 also shows an embodiment of such an arrangement in which an edge of the cover element 34 is arranged in an annular groove in the inner protective tube 30 in such a way that the cover element 34 is held in a clamping manner in the protective tube 30.
  • the clamping fixture is achieved, for example, in that the cover element 34 is held in a form-fitting manner between two sheet metal parts of the protective tube arrangement, which are connected, for example by means of spot welding, after the cover element 34 has been inserted.

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Abstract

Vorgestellt wird eine Partikelsensorvorrichtung (16) mit einem Innenraum (36), der von einem Gehäuse (40) und einem Abdeckelement (34) begrenzt wird, das eine Öffnung des Gehäuses (40) abdeckt und das einen zentralen transparenten Bereich (34.1) aufweist, wobei in dem Innenraum (36) ein Laser (18) und eine Detektionsvorrichtung (26) angeordnet sind, wobei die Partikelsensorvorrichtung dazu eingerichtet und angeordnet ist, vom Laser (18) her einfallende Laserstrahlung (10) durch den zentralen transparenten Bereich (34.1) hindurch in einen Laserspot (22) zu fokussieren und wobei die Partikelsensorvorrichtung dazu eingerichtet und angeordnet ist, vom Laserspot (22) ausgehende Temperaturstrahlung durch den zentralen transparenten Bereich (34.1) hindurch in einen die Detektionsvorrichtung (26) beleuchtenden Temperaturstrahlungsbereich (29) zu leiten. Die Partikelsensorvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Abdeckelement (34) den Innenraum (36) gasdicht abdeckend und zerstörungsfrei lösbar mit dem Gehäuse (40) verbindbar ist.

Description

Beschreibung
Titel
Partikelsensorvorrichtung mit einem auswechselbaren transparenten
Abdeckelement
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Partikelsensorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Partikelsensorvorrichtung ist zum Beispiel aus der W018292433 A1 bekannt. Partikelsensorvorrichtungen werden bei PKW-Verbrennungsmotoren zur On-Board Diagnostik für den Zustand von Partikelfiltern eingesetzt.
Nach der WO 18292433 A1 wird zur Erhitzung eines Ensembles von Partikeln ein Nanosekunden-Hochleistungslaser verwendet, welcher eine sehr hohe Lichtintensität für eine kurze Zeit (ns) erreicht. Der Betrieb erfolgt im kollimierten (parallellaufenden) Teil des Strahls mit einem Querschnitt von einigen Quadratzentimetern bzw. -millimetern. Somit werden mit einem einzigen Laserpuls tausende von Rußpartikeln gleichzeitig aufgeheizt, was eine Zählung von einzelnen Partikeln nicht erlaubt. Der Hochleistungslaser ist nicht miniaturisierbar und kostenintensiv
Die bekannte Partikelsensorvorrichtung weist einen Innenraum auf, der von einem Gehäuse und einem Abdeckelement begrenzt wird. Das Abdeckelement, deckt eine Öffnung des Gehäuses ab und weist einen transparenten Bereich auf. In dem Innenraum ist ein Laser, ein erstes optisches Element, ein zweites optisches Element und eine Detektionsvorrichtung angeordnet, wobei das erste optische Element dazu eingerichtet und angeordnet ist, vom Laser her einfallende Laserstrahlung durch den transparenten Bereich hindurch in einen Laserspot zu fokussieren und wobei das zweite optische Element dazu eingerichtet und angeordnet ist, vom Laserspot ausgehende Temperaturstrahlung durch den transparenten Bereich hindurch in einen die Detektionsvorrichtung beleuchtenden Temperaturstrahlungsspot zu fokussieren.
Der transparente Bereich stellt den für die Bildung des Laserspots benötigten optischen Zugang zum Abgas dar. Dieser optische Zugang muss zum einen dicht genug gegenüber dem Abgas sein, um den optischen Pfad des Sensors vor Verunreinigungen und Beschädigungen zu schützen, die aus dem Abgasrohr eindringen können. Zum anderen muss dieser optische Zugang über die Lebensdauer des Sensors hinweg hinreichend transparent sein. Dabei sind vor allem drei Anforderungen zu erfüllen:
Die Temperaturstrahlung der im Laserspot erhitzten Partikel darf nicht so weit abgedämpft werden, dass sie nicht mehr von dem Hintergrundrauschen unterschieden werden kann, das zum Beispiel durch den heißen Sensor und seine Umgebung verursacht wird. Die erhitzende Laserstrahlung darf auch nicht in dem Maße abgedämpft werden, dass ihre Intensität nicht ausreicht, um die Partikel hinreichend zu erhitzen. Gleichzeitig muss der optische Zugang eine optische Güte behalten, die notwendig ist, um die Fokussierung des Lichts auf einen hinreichend kleinen Laserspot zu erreichen. Die an dem optischen Zugang möglicherweise (z.B. als Folge einer Verschmutzung) reflektierte Laserstrahlung darf nicht eine Leistung erreichen, die ein an der Detektionsvorrichtung noch tolerierbares Hintergrundstrahlungsniveau übersteigt.
Die Anforderung hinsichtlich der Dichtheit werden z.B. durch einen transparenten Bereich eines Abdeckelementes realisiert, der in machen Ausprägungsformen auch die optische Funktion einer Linse zur Fokussierung des Laserlichts übernimmt. Über die Lebensdauer des Sensors kann es zu Ablagerungen von Ruß oder Aschen auf dem transparenten Bereich des optischen Zugangs kommen. Darüber hinaus kann die Oberfläche des transparenten Bereichs durch mit dem Abgas transportierte Chemikalien angegriffen werden, was zu einer unerwünschten Veränderung der Oberflächenstruktur und einer damit einhergehenden Verschlechterung der Transparenz führt.
Offenbarung der Erfindung Von dem eingangs genannten Stand der Technik unterscheidet sich die vorliegende Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Nach diesen Merkmalen ist das Abdeckelement den Innenraum gasdicht abdeckend und zerstörungsfrei lösbar mit dem Gehäuse verbindbar.
Die zerstörungsfreie Lösbarkeit erlaubt eine Reinigung und/oder ein Auswechseln des den optischen Zugang verwirklichenden Abdeckelements.
Die Reinigung oder das Wechseln kann in regelmäßigen Intervallen oder bei der Detektion einer Anforderungsverletzung durch eine Eigendiagnosefunktion durchgeführt werden. Das Wechseln oder Reinigen des Abdeckelements ist deutlich weniger teuer als ein Austauschen einer Partikelsensorvorrichtung, bei der ein optischer Zugang nicht auswechselbar ist. Die Erfindung ermöglicht außerdem einen Austausch oder eine Reinigung des optischen Zugangs in einer Werkstatt durch Werkstattpersonal, was den Aufwand gegenüber einer Revision beim Hersteller oder in spezialisierten Werkstätten weiter reduziert.
Die erfindungsgemäße Partikelsensorvorrichtung ist zur On Board Überwachung des Zustandes von Dieselpartikelfiltern und Benzinpartikelfiltern einsetzbar. Sie besitzt eine kurze Ansprechzeit und ist quasi sofort nach Aktivierung einsatzbereit. Gerade in Benzinfahrzeugen ist eine Partikelzahl-Messfähigkeit sowie die sofortige Einsatzbereitschaft des Sensors unmittelbar nach dem Start des Fahrzeugs sehr wichtig, da ein Großteil der bei Benzinern typischerweise sehr feinen Partikel (wenig Masse, hohe Anzahl) während des Kaltstarts entstehen.
Die erfindungsgemäße Partikelsensorvorrichtung ermöglicht sowohl die Bestimmung der Massen (mg/m3 bzw. mg/mi) als auch der Anzahlkonzentration (Partikel/m3 oder Partikel/mi) der emittierten Partikel. Auch eine Messung der Partikelgrößenverteilung wird möglich. Die Erfindung bezieht sich aber auch auf den Fall, dass nur eine der genannten Messgrößen ermittelt wird. Ebenso ist eine Verwendung der erfindungsgemäßen Partikelsensorvorrichtung für andere Szenarien und Einsatzbereiche denkbar (z.B. bei Portable Emission Monitoring Systemen, Abgasuntersuchungsgeräten für Inspektion, Messung der Raumluftqualität, Emissionen von Verbrennungsanlagen (privat, industriell)). Wenn in der vorliegenden Anmeldung Rußpartikel und Abgas genannt werden, geschieht dies nur beispielhaft zur Vereinfachung bzw. Veranschaulichung. Die Erfindung bezieht sich immer allgemein auf Partikel/Aerosole in einem Fluid, insbesondere einem Messgas.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das Gehäuse einen Sensorkopf aufweist, in dem die Öffnung des Gehäuses angeordnet ist und der eine erste Flanschfläche aufweist, die einen Rand aufweist, der die Öffnung in einer geschlossenen Schleife umgibt und wobei das Abdeckelement durch seine Form und Größe dazu eingerichtet ist, an der ersten Flanschfläche oder an einem zwischen der ersten Flanschfläche und dem Abdeckelement liegenden Zwischenelement anzuliegen.
Durch diese Ausgestaltung wird der optische Zugang durch Lösen eines Flansches, mit dem das Gehäuse an ein Messgas führendes Volumen, bspw. an ein Abgasrohr angeschlossen ist, freigelegt. Das Abdeckelement kann im freigelegten Zustand zum Auswechseln oder Reinigen entnommen werden. Das Zwischenelement kann zum Beispiel eine Dichtung sein.
Bevorzugt ist auch, dass die Partikelsensorvorrichtung einen Gegenflansch aufweist, der eine zweite Flanschfläche aufweist, die dazu eingerichtet ist, an dem Abdeckelement oder an dem zwischen der ersten Flanschfläche und der zweiten Flanschfläche liegenden Zwischenelement anzuliegen.
Durch eine solche Flanschverbindung kann ein gasdichter Anschluss des Gehäuses an das Messgas führende Volumen realisiert werden, der leicht geöffnet und wieder geschlossen werden kann.
Eine solche Flanschverbindung erlaubt einen hermetisch dichten Abschluss der optischen Komponenten gegenüber dem Messgas/Abgas und der Umgebung. Damit wird ein Eindringen von Feststoffen wie bspw. Rußpartikeln oder von Feuchtigkeit, die im Inneren des Sensors kondensieren könnte, verhindert. Mit einer Flanschverbindung lässt sich auch eine mechanisch ausreichend robuste Verbindung des Sensorkopfes am Gegenflansch gewährleisten.
Weiter ist bevorzugt, dass die Partikelsensorvorrichtung wenigstens ein Spannmittel aufweist, mit dem eine die zweite Flanschfläche und die erste Flanschfläche gegeneinander pressende Spannkraft erzeugbar ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Sensorvorrichtung ein an zwei Enden offenes zylindrisches Schutzrohr aufweist, das eine Zylinderachse aufweist, die mit einem zentralen Strahl der Laserstrahlung, die den Laserspot erzeugt, zusammenfällt, und welches Schutzrohr eine um den Laserspot herum verlaufende Mantelfläche aufweist.
Das Schutzrohr (bzw. die ein inneres und ein äußeres Schutzrohr aufweisende Schutzrohranordnung) zweigt einen repräsentativen Teil des Abgases ab und führt diesen Teil in einer gerichteten Strömung durch den Laserspot. Durch das Schutzrohr ergibt sich eine gleichmäßige Durchströmung des Laserspots, was die Reproduzierbarkeit der Messungen verbessert.
Bevorzugt ist auch, dass ein dem Sensorkopf zugewandtes (d.h. proximales) Ende des Schutzrohrs durch seine Form und Größe dazu eingerichtet ist, an dem Abdeckelement oder einem zwischen dem Abdeckelement und einem proximalen Ende des Schutzrohrs liegenden Zwischenelement anzuliegen.
Durch diese Merkmale ergibt sich eine einfache Konstruktion, da der Flansch nicht nur zur gasdicht klemmenden Befestigung des Abdeckelements verwendet wird, sondern zusätzlich auch noch zur Befestigung des Schutzrohrs verwendet wird.
Weiter ist bevorzugt, dass das Abdeckelement einen zentralen Bereich aufweist, der durch den transparenten Bereich gebildet wird und dass das Abdeckelement einen peripheren Bereich aufweist, der den zentralen Bereich in einer geschlossenen Schleife umgibt. Der zentrale Bereich dient damit als optischer Zugang, und der periphere Bereich dient zur gasdichten Befestigung des Abdeckelements. Das Abdeckelement ist damit ein scheibenförmiges Abdeckelement. Es weist eine umlaufende Schmalseite und zwei einander gegenüberliegende und durch die Schmalseite voneinander getrennte Breitseiten auf. Die Breitseiten weisen keine Löcher auf, so dass das Abdeckelement die auf den einander gegenüberliegenden Breitseiten liegenden Räumen bei geschlossenem Flansch gasdicht voneinander trennt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Flanschfläche einen aus ihr in Richtung einer Flächennormalen der ersten Flanschfläche herausragenden Rand aufweist, und dass das Abdeckelement durch seine Form und Größe dazu eingerichtet ist, von dem Rand klemmend gehalten zu werden. Dabei wird der periphere Bereich des Abdeckelementes zwischen den beiden Flanschflächen eingeklemmt.
Bevorzugt ist auch, dass der periphere Bereich wenigstens einen von der Zylinderachse aus betrachtet radial auswärts gerichteten Vorsprung aufweist, dessen Form und Größe komplementär zu einer Ausnehmung in dem herausragenden Rand sind, so dass Vorsprung und Ausnehmung zusammen eine Verdrehsicherung bilden.
Weiter ist bevorzugt, dass das Abdeckelement von einer Fassung gehalten wird, die ein Außengewinde aufweist, das in ein Innengewinde des Gehäuses eingeschraubt ist.
Durch diese Lösung wird die Befestigung des Abdeckelements von der Befestigung des Gehäuses an einem Messgas führenden Teil getrennt. Das hat den Vorteil, dass die Auswechselung oder Reinigung des optischen Zugangs auch zeitlich und räumlich von der Demontage/Montage des Gehäuses am Messgas führenden Teil getrennt werden kann. Die Auswechselung und/oder Reinigung des optischen Zugangs kann damit zum Beispiel in einem weniger verschmutzungsanfälligen Raum erfolgen, während die Demontage/Montage auch in einer für Verschmutzung anfälligeren Werkstattumgebung erfolgen kann.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Fassung becherförmig ist, das Abdeckelement einen Boden der becherförmigen Fassung bildet, das Außengewinde an der dem Boden abgewandten Öffnung der becherförmigen Fassung angeordnet ist und die Öffnung der becherförmigen Fassung weiter von der Öffnung des Gehäuses angeordnet ist als der Boden der becherförmigen Fassung.
Durch diese Merkmale wird das Außengewinde weiter vom Flansch weg in die Tiefe des Gehäuses verlagert, was die Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit des Gewindes und mögliche Dichtungsmittel wie Dichtringe verringert. Die Verringerung ergibt sich daraus, dass die Temperatur des Gehäuses mit zunehmendem Abstand von dem Messgas führenden Rohr, das bspw. ein heißes Abgasrohr ist, abnimmt. Die Abnahme der Temperatur kann durch Kühlrippen begünstigt werden.
Bevorzugt ist auch, dass das Abdeckelement ein Bestandteil des Schutzrohrs ist. In diesem Fall kann das Schutzrohr getauscht werden, um das Abdeckelement auszuwechseln. Das hat den Vorteil einer einfachen Handhabbarkeit, weil das Schutzrohr, anders als der transparente Bereich des Abdeckelements nicht berührungsempfindlich, d.h. nicht empfindlich in Bezug auf mit der Berührung einhergehende Verschmutzungen ist.
Weiter ist bevorzugt, dass ein Rand des Abdeckelements in einer Ringnut im Schutzrohr so angeordnet ist, dass das Abdeckelement klemmend gehalten wird.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das Abdeckelement zwischen zwei Teilen des Schutzrohrs formschlüssig gehalten wird, die nach einem Einlegen der Abdeckscheibe mechanisch fest miteinander verbunden worden sind.
Bevorzugt ist auch, dass ein zweites transparentes Abdeckelement im Gehäuse in einem Abstand von der ersten Flanschfläche angeordnet ist, wobei das zweite transparente Abdeckelement eine der ersten Flanschfläche zugewandte erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite aufweist und den Innenraum in einen ersten Innenraumteilbereich und einen von dem ersten Innenraumteilbereich gasdicht getrennten zweiten Innenraumteilbereich trennt. Dadurch werden die im Gehäuse angeordneten optischen Komponenten (Laser, strahlformende Mittel, Detektionsvorrichtung, Stahlteiler) bei einer Auswechselung und/oder Reinigung des ersten Abdeckelements vor einer Verschmutzung geschützt.
Weiter ist bevorzugt, dass das zweite transparente Abdeckelement eine plan parallele Abdeckscheibe ist und dass ein transparenter Bereich des ersten transparenten Abdeckelements eine Sammellinse ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das zweite transparente Abdeckelement eine Sammellinse ist und dass der transparente Bereich des ersten transparenten Abdeckelements eine plan parallele Abdeckscheibe ist.
Bevorzugt ist auch, dass das zweite transparente Abdeckelement eine Sammellinse ist und dass der transparente Bereich des ersten Abdeckelements eine Sammellinse ist.
Weiter ist bevorzugt, dass das zweite transparente Abdeckelement eine plan parallele Abdeckscheibe ist und dass der transparente Bereich des ersten Abdeckelements eine plan-parallele Abdeckscheibe ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein erstes optisches Element aufweist, das dazu eingerichtet und angeordnet ist, vom Laser her einfallende Laserstrahlung durch den zentralen transparenten Bereich in den Laserspot zu fokussieren.
Bevorzugt ist auch, dass der zentrale transparente Bereich das erste optische Element bildet.
Weiter ist bevorzugt, dass das erste optische Element eine konvexe Linse ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form: Figur 1 ein auf der Laser Induzierten Inkandeszenz basierendes Messprinzip, das bei der Erfindung verwendet wird;
Figur 2 einen prinzipiellen Aufbau eines mit Laser induzierter Inkandeszenz arbeitenden Partikelzahlsensors;
Figur 3 einen möglichen Aufbau einer Partikelsensorvorrichtung;
Figur 4 eine Schnittdarstellung eines Sensorkopfes einer erfindungsgemäßen Partikelsensorvorrichtung;
Figur 5 eine Detaildarstellung von Elementen einer klemmenden Befestigung eines transparenten Abdeckelements;
Figur 6 eine Befestigung des transparenten Abdeckelements am Sensorkopf mit einem Gewinde; und
Figur 7 eine Abwandlung der in der Figur 6 gezeigten Lösung;
Figur 8 eine Integration des transparenten Abdeckelements in eine Schutzrohranordnung;
Figur 9 ein erstes Beispiel einer Befestigung des transparenten Abdeckelements in der Schutzrohranordnung; und
Figur 10 ein zweites Beispiel einer Befestigung des transparenten Abdeckelements in der Schutzrohranordnung.
Figur 1 veranschaulicht das auf der Laser Induzierten Inkandeszenz (LII) basierende Messprinzip. Laserstrahlung 10 hoher Intensität trifft auf ein Partikel 12. Das Partikel 12 ist insbesondere ein Rußpartikel. Die Intensität der Laserstrahlung 10 ist so hoch, dass die vom Partikel 12 absorbierte Energie der Laserstrahlung 10 das Partikel 12 auf mehrere Tausend Grad Celsius erhitzt. Als Folge der Erhitzung emittiert das Partikel 12 spontan und im Wesentlichen ohne Vorzugsrichtung signifikant Strahlung 14 in Form von Temperaturstrahlung, im Folgenden auch als Lll-Strahlung 14 bezeichnet. Die Temperaturstrahlung (Inkandeszenz bzw. Glühemission) ergibt sich nach dem Planck’schen Strahlungsgesetz. Sie dient als Messsignal und wird einer Detektionsvorrichtung erfasst. Das Spektrum der Temperaturstrahlung ist relativ breitbandig und hängt von vielen Faktoren wie beispielsweise der Partikeltemperatur und dem Partikelmaterial ab. Bei Rußpartikel, die bis auf die Sublimationstemperatur erhitzt wurden, kann das Maximum des Spektrums beispielsweise im roten Bereich (bei ca. 650 nm Wellenlänge) liegen. Ein Teil der in Form von Temperaturstrahlung emittierten Lll-Strahlung 14 wird auch entgegengesetzt zur Richtung der einfallenden Laserstrahlung 10 emittiert.
Figur 2 zeigt schematisch einen prinzipiellen Aufbau einer Partikelsensorvorrichtung 16. Die Partikelsensorvorrichtung 16 weist hier einen Laser 18 auf, dessen bevorzugt parallele Laserstrahlung 10 mit wenigstens einem im Strahlengang des Lasers 18 angeordneten ersten optischen Element 20 auf einen sehr kleinen Laserspot 22 fokussiert wird.
Es ist durchaus möglich, dass der Laser 18 moduliert bzw. an- und ausgeschaltet wird (duty cycle < 100%). Bevorzugt bleibt jedoch, dass der Laser 18 ein CW- Laser ist. Dies ermöglicht den Einsatz von kostengünstigen Halbleiter-Laser- Elementen (Laser-Dioden), was den kompletten Partikelzahlsensor 16 verbilligt und die Ansteuerung des Lasers 18 und die Auswertung des Messsignals stark vereinfacht. Die Verwendung gepulster Laser ist aber nicht ausgeschlossen.
Das erste optische Element 20 ist bevorzugt eine erste Linse 24, kann aber auch als Reflektor realisiert sein. Nur im Volumen des Laserspots 22 erreicht die Intensität der Laserstrahlung 10 die für LII notwendigen hohen Werte. Der Laser 18 kann eine Laserdiode sein, die als continuous wave Laser oder aber auch gepulst betrieben werden kann. Bevorzugt wird ein kontinuierlich betriebener (CW)-Laser bei kleineren Leistungen (~50-500mW, teilweise bis 5000mW) verwendet, welcher mit entsprechenden optischen Elementen (z.B. Linsen) auf einen sehr kleinen Laserspot fokussiert wird. Durch die Fokussierung wird es trotz der relativ kleinen Laserleistung der Laserdioden möglich, die Leistungsdichte genügend zu steigern, um die für die LII notwendigen Temperaturen zu erreichen. Durch die kleine Abmessung des Laserspots kann davon ausgegangen werden, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt immer nur ein Partikel den Laserspot 22 durchfliegt (intrinsische Einzelpartikeldetektion), wenn man eine Partikelkonzentration von bis zu etwa 10A13/mA3 zu Grunde legt.
Die Abmessungen des Laserspots 22 liegen im Bereich einiger pm, insbesondere im Bereich von höchstens 200 pm, sodass den Laserspot 22 durchquerende Partikel 12 zur Emission auswertbarer Strahlungsleistungen angeregt werden. Bei einem Durchmesser des Laserspots 22 von z.B. 10 pm kann davon ausgegangen werden, dass sich stets höchstens ein Partikel 12 in dem Laserspot 22 befindet und dass ein momentanes Messsignal des Partikelzahlsensors 16 nur von diesem höchstens einen Partikel 12 stammt (intrinsische Einzelpartikeldetektion), wenn man eine Partikelkonzentration von bis zu etwa 10A13/mA3 zu Grunde legt. Das Messsignal wird von einer Detektionsvorrichtung 26 erzeugt, die im Partikelzahlsensor 16 so angeordnet ist, dass sie Strahlung 14, insbesondere Temperaturstrahlung, detektiert, die von einem Partikel 12 ausgeht, das den ersten Spot 22 durchfliegt. Die Detektionsvorrichtung 26 weist dazu bevorzugt wenigstens eine für die Strahlung 14 empfindliche erste Fläche 26.1 auf. Die Detektionsvorrichtung 26 kann z.B. eine empfindliche Fotodiode oder ein Silicon photomultiplier (SiPM) bzw. Multi- Pixel-Photon-Counter (MPPC) sein.
Figur 3 zeigt eine schematische Anordnung von Komponenten einer Partikelsensorvorrichtung 16, die sich für den Einsatz als Rußpartikelzahlsensor im Abgas eines Verbrennungsprozesses als Messgas 32 eignet.
Die Partikelsensorvorrichtung 16 weist einen ersten Teil 16.1 auf, der dazu eingerichtet ist, einem Messgas 32 ausgesetzt zu werden, und er weist einen dem Messgas 32 nicht auszusetzenden zweiten Teil 16.2 auf, der die optischen Komponenten der Partikelsensorvorrichtung 16 enthält. Beide Teile sind durch eine für das Messgas 32 undurchlässige Trennwand 16.3 getrennt. Die Trennwand 16.3 ist zum Beispiel ein Teil eines Abgasrohrs eines Verbrennungsmotors. In der Trennwand 16.3 ist im Strahlengang der Laserstrahlung 10 ein optisch transparentes Abdeckelement 34 angebracht, das sowohl für die Laserstrahlung 10 als auch für vom Laserspot 22 ausgehende Strahlung 14 durchlässig ist. Der erste Teil 16.1 des Partikelzahlsensors 16 weist eine Schutzrohranordnung aus einem äußeren Schutzrohr 28 und einem inneren Schutzrohr 30 auf. Die beiden Schutzrohre 28, 30 haben bevorzugt eine allgemeine Zylinderform oder Prismenform. Die Grundflächen der Zylinderformen sind bevorzugt kreisförmig, elliptisch oder vieleckig. Die Zylinder sind bevorzugt koaxial angeordnet, wobei die Achsen der Zylinder quer zur Strömung von Abgas 32 ausgerichtet sind. Das innere Schutzrohr 30 ragt in Richtung der Achsen der Zylinder über das äußere Schutzrohr 28 hinaus in das strömende Abgas 32 hinein. An dem strömenden Abgas 32 abgewandten Ende der beiden Schutzrohre 28, 30 ragt das äußere Schutzrohr 28 über das innere Schutzrohr 30 hinaus. Die lichte Weite des äußeren Schutzrohrs 28 ist bevorzugt so viel größer als der äußere Durchmesser des inneren Schutzrohrs 30, dass sich zwischen den beiden Schutzrohren 28, 30 ein erster Strömungsquerschnitt ergibt. Die lichte Weite des inneren Schutzrohrs 30 bildet einen zweiten Strömungsquerschnitt.
Diese Geometrie hat zur Folge, dass Abgas 32 über den ersten Strömungsquerschnitt in die Anordnung der beiden Schutzrohre 28, 30 eintritt, dann an dem Abgas 32 abgewandten Ende der Schutzrohre 28, 30 seine Richtung ändert, in das innere Schutzrohr 30 eintritt und aus diesem vom vorbeiströmenden Abgas 32 herausgesaugt wird. Dabei ergibt sich im inneren Schutzrohr 30 eine gleichmäßige Messgasströmung. Diese Anordnung von Schutzrohren 28, 30 wird mit der übrigen Partikelsensorvorrichtung quer zur Abgasströmung an, bzw. in einem Abgasrohr befestigt.
Ein solcher erster Teil 16.1 einer Partikelsensorvorrichtung 16 ist ein Bestandteil eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. Seine Merkmale sind aber keine erfindungswesentlichen Merkmale. Die erfindungswesentlichen Merkmale sind Bestandteil des zweiten Teils 16.2 der Partikelsensorvorrichtung 16.
Der zweite Teil 16.2 der Partikelsensorvorrichtung 16 weist einen Laser 18 mit einer Sammellinse 19, ein erstes optisches Element 20, ein zweites optisches Element 23, einen Strahlteiler 25, einen Filter 27 und die Detektionsvorrichtung 26 auf. Das zweite optische Element 23 kann eine Linse oder ein Reflektor sein. Das erste optische Element 20 ist in einem Strahlengang der Laserstrahlung 10 so angeordnet, dass es vom Laser 18 her einfallende Laserstrahlung 10 in den Laserspot 22 fokussiert, und das zweite optische Element 23 ist so angeordnet, dass es vom Laserspot 22 ausgehende Strahlung 14 in einen Temperaturstrahlungsspot 29 fokussiert. Der Strahlteiler 25 reflektiert einfallende Laserstrahlung in Richtung zum ersten optischen Element 20 und ist für Temperaturstrahlung 14 transparent. Die Detektionsvorrichtung 26 weist eine für Strahlung 14 empfindliche erste Fläche 26.1 auf, die so im Strahlengang der fokussierten Temperaturstrahlung 14 angeordnet ist, dass sie mit der fokussierten Temperaturstrahlung 14 beleuchtet wird.
Der Filter 27 ist im Spektralbereich der Laserstrahlung 10 weniger transparent als im übrigen Spektralbereich und trägt damit dazu bei, dass das Signal der Detektionsvorrichtung nicht durch Einflüsse gestreuter Laserstrahlung 10 verfälscht wird.
Das optisch transparente Abdeckelement 34 ist zwischen der Schutzrohranordnung und den optischen Komponenten (Linsen, Strahlteiler, Laser, Detektionsvorrichtung) angebracht und isoliert die empfindlichen optischen Elemente von den ggf. heißen, chemisch aggressiven und „schmutzigen“ Messgasen 32.
Alternativ dazu kann die erste Linse 24 diese Isolation auch übernehmen und so die Funktion als Sammellinse und als transparentes Abdeckelement in einem optischen Bauteil vereinen. Der optionale Filter ist vor der Detektionsvorrichtung 26 angeordnet und sperrt den Wellenlängenbereich, in welchem der Laser 18 emittiert. Damit wird die Menge an ungewolltem Streulicht (z.B. Rückreflektion des Lasers 18 an den optischen Komponenten), welche zur Detektionsvorrichtung 26 gelangt, reduziert. Besitzt die Detektionsvorrichtung 26 nur eine kleine aktive Detektionsfläche, ist der Einsatz einer dritten Linse vor diesem denkbar, was zu einem besseren Einfang der Lll-Strahlung 14 führt.
Figur 4 zeigt einen Teil der Partikelsensorvorrichtung 16, der an die für das Messgas undurchlässige Trennwand 16.3 angeflanscht ist. Die Darstellung dieses Teils zeigt strukturelle Einzelheiten des abgasnahen Teils der Partikelsensorvorrichtung 16. Die Trennwand 16.3 ist zum Beispiel ein Teil eines Abgasrohrs 17 eines Verbrennungsmotors. Die Erfindung ist aber nicht auf die dargestellten Strukturen beschränkt. Figur 4 ist eine Schnittdarstellung, in der eine zentrale Achse 19 der Partikelsensorvorrichtung 16 liegt. Der in der Figur 4 dargestellte Teil der Partikelsensorvorrichtung 16 ist zum Beispiel rotationssymmetrisch mit der zentralen Achse 19 als Symmetrieachse.
Die Partikelsensorvorrichtung 16 weist einen Innenraum 36 auf, der von einem Gehäuse 40 und einem Abdeckelement 34 begrenzt wird. Das Abdeckelement 34 deckt eine Öffnung des Gehäuses 40 ab und weist einen zentralen transparenten Bereich 34.1 auf. In dem Innenraum 36 sind insbesondere die Komponenten des zweiten Teils 16.2 der Partikelsensorvorrichtung 16 angeordnet.
Das Abdeckelement 34 deckt den Innenraum 36 gasdicht gegen Messgas 32 ab und ist zerstörungsfrei lösbar mit dem Gehäuse 40 verbindbar. Das Gehäuse 40 weist einen Sensorkopf 42 auf, in dem die Öffnung des Gehäuses 40 angeordnet ist. Am Ende des Sensorkopfs 42 ist eine erste Hälfte 44 eines Flansches angebracht, die eine erste Flanschfläche aufweist. Die erste Flanschfläche weist einen Rand auf, der die Öffnung in einer geschlossenen Schleife umgibt. Das Abdeckelement 34 ist durch seine Form und Größe dazu eingerichtet, an der ersten Flanschfläche oder an einem optional zwischen der ersten Flanschfläche und dem Abdeckelement liegenden Zwischenelement anzuliegen. Das optionale Zwischenelement ist zum Beispiel eine Dichtung.
Die Partikelsensorvorrichtung 16 weist in der dargestellten Ausgestaltung einen Gegenflansch 46 auf. Der Gegenflansch 46 weist eine zweite Flanschfläche auf, die dazu eingerichtet ist, an dem Abdeckelement 34 oder an dem zwischen der ersten Flanschfläche und der zweiten Flanschfläche liegenden Zwischenelement anzuliegen. Der Gegenflansch 46 ist fest mit der Wand 16.3 verbunden, z.B. durch Anschweißen.
Darüber hinaus weist die Partikelsensorvorrichtung 16 wenigstens ein Spannmittel 48 auf, welches eine die zweite Flanschfläche und die erste Flanschfläche gegeneinander pressende Spannkraft erzeugt. Das Spannmittel 48 ist zum Beispiel eine Schelle, die mit einer oder mehreren Schrauben zusammengezogen und die parallel zur zentralen Achse 19 gerichtete Spannkraft erzeugt. Der Sensorkopf 42 der Partikelsensorvorrichtung 16 wird mit dem Abgasrohr verbunden, in dem die beiden Flanschhälften miteinander verbunden und gesichert werden. Damit wird gleichzeitig das Abdeckelement 34 zwischen beiden Flanschhälften eingeklemmt.
Wie auch schon unter Bezug zur Figur 3 erläutert wurde, weist die Partikelsensorvorrichtung 16 eine Anordnung von an zwei Enden offenen zylindrischen Schutzrohren 28, 30 auf. Die Schutzrohre 28, 30 weisen eine Zylinderachse auf, die bevorzugt mit der zentralen Achse 19 zusammenfällt. Diese Achsen fallen bevorzugt auch mit einem zentralen Strahl der Laserstrahlung zusammen, die den Laserspot 22 erzeugt. Die Schutzrohre weisen um den Laserspot herum verlaufende Mantelflächen auf.
Ein proximales Ende der Schutzrohre 28, 30 befindet sich bevorzugt mit der Flanschverbindung in einer Ebene. Die Schutzrohre 28, 30 zweigen einen repräsentativen Teil des Messgases 32 ab und führen dieses Messgas in einer gerichteten Strömung durch einen Raumbereich, in dem der Laserspot 22 liegt.
Um den Sensorkopf 42 von möglicherweise hohen Temperaturen des Messgases 32, das ein heißes Abgas eines Verbrennungsprozesses sein kann, zu entkoppeln, sind Kühlrippen 49 außen am Gehäuse 40 angeordnet. Alternativ oder ergänzend kann die thermische Entkopplung mit Hilfe eines Luftspalts 50 erfolgen oder verstärkt werden. Der Luftspalt 50 ergibt sich als quer zum Laserstrahlrichtung, der in den Laserspot gerichtet ist, liegende Vergrößerung der lichten Weite des Gehäuses 40.
Ein dem Sensorkopf 42 zugewandtes Ende der Schutzrohre 28, 30 ist durch seine Form und Größe dazu eingerichtet, an dem Abdeckelement 34 oder einem zwischen dem Abdeckelement 34 und einem proximalen Ende der Schutzrohre 28, 30 liegenden Zwischenelement anzuliegen. Eine Dichtung stellt ein Beispiel eines solchen Zwischenelements dar.
Das Abdeckelement 34 weist einen zentralen Bereich auf, der durch den transparenten Bereich 34.1 gebildet wird. Darüber hinaus weist das Abdeckelement 34 einen peripheren Bereich 34.2 auf, der den zentralen Bereich 34.1 in einer geschlossenen Schleife umgibt. Die erste Flanschfläche weist einen aus ihr in Richtung einer Flächennormalen der ersten Flanschfläche herausragenden Rand 52 auf. Das Abdeckelement 34 ist durch seine Form und Größe dazu eingerichtet, von dem Rand 52 radial klemmend gehalten zu werden.
Der transparente Bereich des Abdeckelements 34 ist als Linse ausgeführt und in dem peripheren Bereich 34.2 befestigt. Ein optional vorhandenes inneres transparentes Abdeckelement 51 schützt die optischen Komponenten (Laser, Linsen, Strahlteiler, Detektionsvorrichtung) bei ausgebautem Abdeckelement 34. Die Schutzrohranordnung ist in diesem Fall fest mit dem an der Wand 16.3 befestigten Gegenflansch 46 verbunden. Beim mit Hilfe der Spannvorrichtung 48 erfolgenden Anschließen der Partikelsensorvorrichtung 16 an das Messgas 32 führende Volumen wird der periphere Bereich 34.2 des Abdeckelements 34 zwischen den beiden Oberflächen der Flanschverbindung gasdicht eingeklemmt. Um die Erstmontage und die Montage bei einem Wechsel des Abdeckelements 34 zu erleichtern, kann das Abdeckelement 34 bspw. über eine Federstruktur in eine Nut im Flansch des Sensors geklemmt werden. Somit fällt das Einlegeteil bei der Montage nicht heraus.
Das Gehäuse 40 weist optional ein inneres transparentes Abdeckelement 51 auf das im Gehäuse 40 in einem Abstand von der ersten Flanschfläche angeordnet ist. Das innere transparente Abdeckelement 51 weist eine der ersten Flanschfläche zugewandte erste Seite 51.1 und eine der ersten Seite 51.1 gegenüberliegende zweite Seite 51.2 auf und teilt den Innenraum 36 in einen ersten Innenraumteilbereich und einen von dem ersten Innenraumteilbereich gasdicht getrennten zweiten Innenraumteilbereich. Das innere transparente Abdeckelement 51 ist zum Beispiel nicht zerstörungsfrei lösbar eingebaut und kann fakultativ bei jeder der hier vorgestellten Ausgestaltungen verwendet werden.
Das nicht auswechselbar fest eingebaute innere transparente Abdeckelement 51 beugt der Gefahr vor, dass beim Wechsel des Abdeckelements 34 in einer Werkstatt entweder Fremdstoffe eindringen oder die Dichtheit nach dem Wechsel nicht mehr gewährleistet ist. Ein solches inneres transparentes Abdeckelement 51 kann fakultativ bei jeder Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Partikelsensorvorrichtung 16 verwendet werden.
Figur 5 zeigt eine Detaildarstellung von Elementen einer klemmenden Befestigung eines transparenten Abdeckelements 34. Der periphere Bereich 34.2 weist wenigstens einen von der zentralen Achse 19 aus betrachtet radial auswärts gerichteten Vorsprung 54 auf, dessen Form und Größe komplementär zu einer Ausnehmung in dem herausragenden Rand 54 der ersten Hälfte 44 des Flansches sind, so dass Vorsprung und Ausnehmung zusammen eine Verdrehsicherung bilden. Zusätzlich kann der herausragende Rand 54 den Wechsel des Abdeckelements 34 dadurch erleichtern, dass durch eine Kraftausübung auf den Rand 54 das über Verspannung befestigte Abdeckelementen 34 leichter gelöst werden kann.
Figur 6 zeigt eine Ausgestaltung, bei der das Abdeckelement 34 von einer Fassung 56 gehalten wird, die ein Außengewinde aufweist, das in ein Innengewinde 58 des Gehäuses 40 eingeschraubt ist. Auch hier ist die Schutzrohranordnung mit dem Flansch am Abgasrohr fest verbunden. Das wechselbare Abdeckelement 34 ist über seine Fassung 56 in das Gehäuse eingeschraubt und kann nach dem Öffnen der Spannvorrichtung 48 gewechselt werden.
Figur 7 zeigt eine Ausgestaltung, die auf der Ausgestaltung nach Figur 6 basiert und bei der die Fassung 56 becherförmig ist. Das Abdeckelement 34 bildet einen Boden der becherförmigen Fassung 56, und das Innengewinde 58 (und damit auch das Außengewinde) ist an der dem Boden abgewandten Öffnung der becherförmigen Fassung angeordnet. Die Öffnung der becherförmigen Fassung 56 ist weiter von der Öffnung des Gehäuses 40, bzw. von der ersten Hälfte 44 des Flansches angeordnet als der Boden der becherförmigen Fassung 56. Das Gewinde ist bei dieser Ausgestaltung weiter von dem Flansch entfernt in einen hinteren Teil des Gehäuses verlagert. Als vorteilhafte Folge sind die Temperaturbeständigkeitsanforderungen an das Gewinde und mögliche Dichtstrukturen wie bspw. Dichtringe deutlich entschärft, da in diesem Teil des Gehäuses die Temperatur bereits über die Entwärmungs- und Isolationsmaßnahmen (Kühlrippen, Luftspalt) deutlich reduziert ist. Die Position des Abdeckelements kann durch die Anordnung im Boden der becherförmigen Form auf ihrer dem Flansch näheren Einbaulage bleiben. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Abdeckelement 34, bzw. dessen transparenter Bereich als eine Linse ausgestaltet ist. In diesem Fall bleibt die positionsbedingt hohe Einsammeleffizienz der Linse erhalten.
Figur 8 zeigt eine Ausgestaltung, bei der das Abdeckelement 34 ein Bestandteil der Schutzrohranordnung aus Schutzrohren 28, 30 ist. Die Schutzrohranordnung wird bei der Montage zwischen die beiden Flanschteile gelegt und über die Spannvorrichtung 48 verklemmt. Das Abdeckelement ist dabei in der Schutzrohranordnung vormontiert. Um das Abdeckelement 34 zu wechseln, wird die Schutzrohranordnung ausgetauscht. Auch in dieser Variante kann das Schutzrohr über eine Klemmvorrichtung vor der Montage mit dem Sensorkopf verbunden werden, wie es in Figur 4 gezeigt ist, um eine Montage zu erleichtern.
Figur 9 zeigt eine Ausgestaltung einer solchen Anordnung, bei der ein Rand des Abdeckelements 34 in einer Ringnut im inneren Schutzrohr 30 so angeordnet ist, dass das Abdeckelement 34 im Schutzrohr 30 klemmend gehalten wird. Die klemmende Halterung wird zum Beispiel dadurch erzielt, dass das das Abdeckelement 34 zwischen zwei Teilen des Schutzrohrs 30 formschlüssig gehalten wird, die nach einem Einlegen des Abdeckelements 34 mechanisch fest miteinander verbunden worden sind.
Figur 10 zeigt ebenfalls eine Ausgestaltung einer solchen Anordnung, bei der ein Rand des Abdeckelements 34 in einer Ringnut im inneren Schutzrohr 30 so angeordnet ist, dass das Abdeckelement 34 im Schutzrohr 30 klemmend gehalten wird. Die klemmende Halterung wird zum Beispiel dadurch erzielt, dass das das Abdeckelement 34 zwischen zwei Blechteilen der Schutzrohranordnung formschlüssig gehalten wird, die nach einem Einlegen des Abdeckelements 34 zum Beispiel mittels Punktschweißen verbunden werden.

Claims

Ansprüche
1. Partikelsensorvorrichtung (16) mit einem Innenraum (36), der von einem Gehäuse (40) und einem Abdeckelement (34) begrenzt wird, das eine Öffnung des Gehäuses (40) abdeckt und das einen zentralen transparenten Bereich (34.1) aufweist, wobei in dem Innenraum (36) ein Laser (18) und eine Detektionsvorrichtung (26) angeordnet sind, wobei die Partikelsensorvorrichtung dazu eingerichtet und angeordnet ist, vom Laser (18) her einfallende Laserstrahlung (10) durch den zentralen transparenten Bereich (34.1) hindurch in einen Laserspot (22) zu fokussieren und wobei die Partikelsensorvorrichtung dazu eingerichtet und angeordnet ist, vom Laserspot (22) ausgehende Temperaturstrahlung durch den zentralen transparenten Bereich (34.1) hindurch in einen die Detektionsvorrichtung (26) beleuchtenden Temperaturstrahlungsbereich (29) zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (34) den Innenraum (36) gasdicht abdeckend und zerstörungsfrei lösbar mit dem Gehäuse (40) verbindbar ist.
2. Partikelsensorvorrichtung (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (40) einen Sensorkopf (42) aufweist, in dem die Öffnung des Gehäuses (40) angeordnet ist und der eine erste Flanschfläche aufweist, die einen Rand aufweist, der die Öffnung in einer geschlossenen Schleife umgibt und wobei das Abdeckelement (34) durch seine Form und Größe dazu eingerichtet ist, an der ersten Flanschfläche oder an einem zwischen der ersten Flanschfläche und dem Abdeckelement (34) liegenden Zwischenelement anzuliegen.
3. Partikelsensorvorrichtung (16) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Gegenflansch (46) aufweist, der eine zweite Flanschfläche aufweist, die dazu eingerichtet ist, an dem Abdeckelement (34) oder an dem zwischen der ersten Flanschfläche und der zweiten Flanschfläche liegenden Zwischenelement anzuliegen.
4. Partikelsensorvorrichtung (16) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens ein Spannmittel (48) aufweist, welches eine die zweite Flanschfläche und die erste Flanschfläche gegeneinander pressende Spannkraft erzeugt.
5. Partikelsensorvorrichtung (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein an zwei Enden offenes zylindrisches Schutzrohr (28, 30) aufweist, das eine Zylinderachse aufweist, die mit einem zentralen Strahl der Laserstrahlung, die den Laserspot (22) erzeugt, zusammenfällt, und welches Schutzrohr (28, 30) eine um den Laserspot (22) herum verlaufende Mantelfläche aufweist.
6. Partikelsensorvorrichtung (16) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Sensorkopf (42) zugewandtes Ende des Schutzrohrs (28, 30) durch seine Form und Größe dazu eingerichtet ist, an dem Abdeckelement (34) oder einem zwischen dem Abdeckelement (34) und einem proximalen Ende des Schutzrohrs (28, 30) liegenden Zwischenelement anzuliegen.
7. Partikelsensorvorrichtung (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (34) einen zentralen transparenten Bereich (34.1) aufweist, und dass das Abdeckelement (34) einen peripheren Bereich (34.2) aufweist, der den zentralen transparenten Bereich (34.1) in einer geschlossenen Schleife umgibt.
8. Partikelsensorvorrichtung (16) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Flanschfläche einen aus ihr in Richtung einer Flächennormalen der ersten Flanschfläche herausragenden Rand aufweist, und dass das Abdeckelement (34) durch seine Form und Größe dazu eingerichtet ist, von dem Rand (52) klemmend gehalten zu werden.
9. Partikelsensorvorrichtung (16) nach Anspruch 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der periphere Bereich (34.2) wenigstens einen von der Zylinderachse aus betrachtet radial auswärts gerichteten Vorsprung (54) aufweist, dessen Form und Größe komplementär zu einer Ausnehmung in dem herausragenden Rand (52) sind, so dass Vorsprung (54) und Ausnehmung zusammen eine Verdrehsicherung bilden.
10. Partikelsensorvorrichtung (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (34) von einer Fassung (56) gehalten wird, die ein Außengewinde aufweist, das in ein Innengewinde des Gehäuses (40) eingeschraubt ist.
11. Partikelsensorvorrichtung (16) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassung (56) becherförmig ist, das Abdeckelement (34) einen Boden der becherförmigen Fassung bildet (56), das Außengewinde an der dem Boden abgewandten Öffnung der becherförmigen Fassung (56) angeordnet ist und die Öffnung der becherförmigen Fassung (56) weiter von der Öffnung des Gehäuses (40) angeordnet ist als der Boden der becherförmigen Fassung (56).
12. Partikelsensorvorrichtung (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (34) ein Bestandteil des Schutzrohrs (28, 30) ist.
13. Partikelsensorvorrichtung (16) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rand des Abdeckelements (34) in einer Ringnut im Schutzrohr (28, 30) so angeordnet ist, dass das Abdeckelement (34) klemmend gehalten wird.
14. Partikelsensorvorrichtung (16) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (34) zwischen zwei Teilen des Schutzrohrs (28,
30) formschlüssig gehalten wird, die nach einem Einlegen des Abdeckelements (34) mechanisch fest miteinander verbunden worden sind.
15. Partikelsensorvorrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites transparentes optisches Element (51) im Gehäuse (40) in einem Abstand von der ersten Flanschfläche angeordnet ist, wobei das zweite transparente optische Element (51) eine der ersten Flanschfläche zugewandte erste Seite (51.1) und eine der ersten Seite (51.1) gegenüberliegende zweite Seite (51.2) aufweist und den Innenraum (40) in einen ersten Innenraumteilbereich und einen von dem ersten Innenraumteilbereich gasdicht getrennten zweiten Innenraumteilbereich trennt.
16. Partikelsensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein erstes optisches Element aufweist, das dazu eingerichtet und angeordnet ist, vom Laser (18) her einfallende Laserstrahlung (10) durch den zentralen transparenten Bereich (34.1) in den Laserspot (22) zu fokussieren.
17. Partikelsensorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale transparente Bereich das erste optische Element bildet.
18. Partikelsensor nach einem der Anspruch 1 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element eine konvexe Linse (24) ist.
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