JP2001504236A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、内燃機関の排ガスの有害物質量及び／又は酸素含有量の測定のためのガスセンサ、殊にラムダ・ゾンデであって、少なくとも１つのセンサエレメントを受容するケーシングを設けてあり、この場合、センサエレメントが接続側の区分及び測定ガス側の区分を有しており、さらに結合エレメントを設けてあり、結合エレメントが、導電性の複数の接触面を有する前記センサエレメントを接続側の区分で、導電性の複数の接続導体に結合している形式のものに関する。本発明の構成では、結合エレメント（２９）がセラミックの材料から一体的に成形されたばねエレメント（４１）によって形成されている（図１）。

Description

【発明の詳細な説明】 ガスセンサ 技術背景 本発明は、内燃機関の排ガスの有害物質量及び／又は酸素含有量の測定のため の、請求項１の上位概念に記載の形式のガスセンサ、殊にラムダ・ゾンデに関す る。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第４２０４８５０Ａ１号公報により公知のガス センサはケーシングを有しており、ケーシングがセンサエレメントの受容のため に用いられる。センサエレメントは接続側の区分及び測定ガス側の区分を有して いる。結合エレメントを用いて、導電性の複数の接触面を有するセンサエレメン トが接続側の区分で、導電性の複数の接続導体に結合される。結合エレメントは 、１つのスリーブによってまとめられた２つの部分片から成っており、該部分片 間にセンサエレメント及び接続導体が移動不能に保持される。接続導体とセンサ エレメントとの結合のために複数の構成部分を必要であることによって、ガスケ ーシングの組立、特に接続導体とセンサエレメントとの結合が煩雑である。さら に複数構造の結合エレメントの製造コストは高い。 発明の利点 主請求項に記載の特徴を有する本発明に基づくガスセンサにおいては、結合エ レメントがセラミックの材料から一体成形されたばねエレメントによって形成さ れている。ばねエレメントを一体的に形成したことによって、ばねエレメントが 極めて簡単かつ経済的に、例えば押し出し加工(Extrudierverfahren)で、従って もっぱら１回の作業工程で製造可能である。センサエレメントと接続導体とが、 簡単に組立可能なばねエレメントを用いて互いに伝力接続的に結合される。この ために接続部分が、有利にはリング状のばねエレメントの貫通開口内に装入され 、若しくは差し通され、次いでセンサエレメントがばねエレメントの被せ嵌めに よって固定され、かつ保持される。選択的に、センサエレメントを貫通開口内に 差し込み、若しくは場合によってはプレス(Pressen)によって装入することも可 能である。該両方の変化例においては組立が簡単かつ迅速に行われる。ばねエレ メントを用いて、接続導体と、センサエレメントと、ばねエレメントとの間の半 径方向に作用する大きな接触力が実現される。センサエレメントはばねエレメン トの小さな質量によって動的(dynamisch)にわずかにしか負荷されず、即ち、振 動に際して小さな変位(Auslenkung)しか生じない。 ガスセンサの有利な実施例では、ばねエレメントの貫通開口に少なくとも１つ のスリットが設けられている。これによって、セラミックの材料から成るばねエ レメントの大きなばね行程が実現可能である。センサエレメント上へのばねエレ メントの被せ嵌め若しくはばねエレメントの貫通開口内へのセンサエレメントの 差し込みに際して、ばねエレメントが拡開される。これによって、接続導体が伝 力接続的な結合に基づきほとんどずれず、貫通開口内で所定に位置を確実に維持 している。ばねエレメントを組立の前、即ち、接続導体とセンサエレメントとの 結合の前に、まず機械的に拡開して、次いで伝力接続的な結合をセンサエレメン ト上へのばねエレメントの被せ嵌め及び／又はばねエレメント内へのセンサエレ メントの差し込みによって行うことも可能である。これによって、センサエレメ ントと接続導体との少なくともほぼ、おおよそ力のいらない結合(kraeftfreies Verbindung)が可能である。力のいらない結合は、センサエレメント上へのばね エレメントの被せ嵌め及び／又はばねエレメント内へのセンサエレメントの差し 込みを意味している。 さらにガスセンサの有利な実施例では、貫通開口が、ばねエレメントの少なく ともほぼ長手方向に延びる、有利には湾曲状(kurvenfoermig)の、複数の凹所を 備えている。導電性の接続導体はセンサエレメントによって凹所内に押し込まれ て、該凹所内に締め付けた状態で保持される。従って、ばねエレメントの組立の 後に接続導体は凹所内に動かないように確実に保持され、その結果、組立の後の 接続導体の相互の接触が、少 なくともばねエレメントの領域で、実質的に排除されている。凹所の数が２つと ８つとの間にあり、特に有利な実施例では全体で４つの凹所が貫通開口に設けら れている。 別の実施例ではばねエレメントが、導電性のそれぞれ少なくとも１つの接触面 を備えた複数の接続部分を取り囲んでおり、該接続部分に接続導体がばねエレメ ントの組立前若しくは後で取り付けられる。取り付け(Anbringen)は、素材接続 結合(Stoffschlussverbindung)、例えば溶接結合、並びに伝力接続結合(Kraftsc hlussverbindung)、例えば押しつぶし結合(Quetschverbindung)と理解されたい 。組立の前にばねエレメントに接続導体を装備することによって、ガスセンサの 組立時間が短くされる。 有利な実施例では、接続部分が貫通開口内にはめ込まれる。接続部分は有利に は、組立られた状態ではばねエレメントと接続部分との間の形状接続(Formschlu ss)を保証するように、形成されている。別の実施例では接続部分がばねエレメ ント内に形成されており、即ち、接続部分がばねエレメントの製造時にセラミッ クの材料内に敷設されて、これによって埋め込まれる。該両方の変化例において 、接続導体の拡開(Aufspreizen)が可能である。ばねエレメントの領域内での接 続導体の絶縁は、ばねエレメントによって行われる。 有利な別の構成が残りの従属項に記載してある。 次ぎに本発明を図面に基づき詳細に説明する。 図面： 図１は、本発明に基づくガスセンサの実施例の概略縦断面図、 図２及び図３は結合エレメントの各実施例の平面図、及び 図４は結合エレメントの第３の実施例の縦断面図である。 実施例の説明 図１には、内燃機関(Brennkraftmaschine)の排ガス内の有害物質量及び／又は 酸素含有量の測定のためのガスセンサ(Gassensor)１、例えばラムダ・ゾンデ(La mbda-Sonde)の第１の実施例の縦断面が示してあり、ガスセンサは保護ケーシン グ３を有しており、保護ケーシングがスリーブ状の２つのケーシング部分５，７ によって形成されている。両方のケーシング部分は溶接によって互いに結合され ており、この場合、溶接箇所９のみが図１に示してある。別の実施例では、保護 ケーシング３は一体的に構成されており、即ち、ケーシング部分５，７がガスセ ンサ１の組立の前に既に１つのユニットを形成している。ケーシング部分７は平 らなセンサエレメント１１を受容しており、センサエレメントが接続側の区分１ ３及び測定ガス側の区分１５を有している。図示の実施例では長方形の横断面を 有するセンサエレメント１は、区分１３の領域に複数の 接触面を備えており、これらのうちのもっぱら接触面１７，１９のみが図１に示 してある。 ガスセンサ１はさらに、金属被覆導管(Metallmantelleitung)とも呼ばれる金 属管(Metallrohr)２１を有しており、金属管が保護ケーシング３の第１のケーシ ング部分５に結合され、ここでは溶接されていて、溶接箇所２３で示してある。 金属管２１も、ガスセンサ１の組立の前に既に第１のケーシング部分５に結合さ れて１つのユニットを形成しいてよい。金属管２１の内部に導電性の複数の接続 導体(Anschlussleiter)を互いに離隔して配置してあり、接続導体は絶縁性の材 料、例えば酸化マグネシウム内に埋め込まれている。金属管は８つまでの接続導 体を受容できる。図示の実施例では全体で４つの接続導体を設けてあり、これら のうちの接続導体２５，２７のみが図１には示してある。金属管２１若しくは接 続導体２５，２７は結合エレメント(Verbindungselement)２９を用いてセンサエ レメント１１に伝力接続的に結合(kraftschluessigverbinden)されている。結合 エレメント２９については図２乃至図４に基づく詳細に説明する。 第２のケーシング部分７の内部に絶縁ブッシュ３１，３３が配置されており、 該絶縁ブッシュ間に多孔性のシールパッキン３５が締め込まれている。絶縁ブッ シュ３１，３３及びシールパッキン３５は、第２のケーシング部分７の、センサ エレメント１１の測定ガス 側の区分１５に向いた側から、該ケーシング部分内に装入されて、矢印３７の方 向に作用する圧力で負荷される。この場合、絶縁ブッシュ３１が第２のケーシン グ部分７の環状のリング肩部３９に当接して、該リング肩部に支えられ、その結 果、絶縁ブッシュ３１，３３及びシールパッキン３５がすえ込まれ(stauchen)、 かつ縦孔内に差し通されたセンサエレメントが締め付けた状態で保持される。次 いで前記構成部分の固定のために、第２のケーシング部分７が外側から押しつぶ され、その結果、該ケーシング部分の内径が小さくされる。 図２は結合エレメント２９の第１の実施例の平面を示しており、該結合エレメ ントはセラミックの材料から一体(einstueckig)に成形されたばねエレメント(Fe derelement)４１によって形成されている。ばねエレメントはリング状に構成さ れて、ここではほぼ長方形の貫通開口(Durchgangsoeffnung)４３を有している。 ばねエレメントのリング状の物体は閉じられており、即ち、リングの壁が切り開 かれていない。貫通開口４３に複数、ここでは全体で４つの凹所(Vertiefung)４ ５を設けたあり、該凹所はほぼばねエレメント４１の長手方向に延びている。従 って凹所４５は、図２の図平面に対してほぼ垂直な平而内に位置している。溝状 の凹所４５は湾曲状(kurvenfoermig)、ここでは半円形の輪郭を有していて、接 続導体２５，２５’，２７，２ ７’の受容のために役立っている。図２から明らかなように、接続導体２５，２ ５’，２７，２７’はそれぞれ１つの凹所４５内に位置しており、若しくはセン サエレメントによって凹所内に押し込まれる。貫通開口４３にはさらに、貫通開 口４３の長手方向に対して横方向に延びるスリット(Schlitz)４７を設けてあり 、スリットがばねエレメント４１のばね行程(Federweg)の拡大のために役立って いる。ばね行程は、外径ほぼ６ｍｍ及び厚さほぼ４．５ｍｍのばねエレメントの 場合に、１／１０ｍｍまで及びそれを越えている。 貫通開口４３の形は変化可能であり、別の実施例において円形であってよい。 有利には貫通開口の形は、少なくともほぼ、センサエレメント１１の形に対応し ており、センサエレメントが例えば正方形の横断面を有していてもよい。 次ぎにばねエレメント４１の機能を、組立過程に基づき詳細に説明する：まず 、接続導体２５，２５’，２７，２７’がばねエレメント４１の貫通開口４３を 通して導かれ、若しくは通して差し込まれて、ばねエレメント４１が金属管２１ まで移動させられ、その結果、ばねエレメント４１の端面４９が金属管２１の端 面５１に接触する。次いでセンサエレメント１１が貫通開口４３に装着(ansetze n)され、かつばねエレメント４１が図１に示す矢印５３の方向にセンサエレメン ト１１上に被せ嵌め(aufschieben)られ、若しくは圧力 嵌め(aufpressen)される。この場合、接続導体２５，２５’，２７，２７’がそ れぞれの凹所４５内に押し込まれて、該凹所内に締め付けて保持される。センサ エレメント１１上へのばねエレメント４１の被せ嵌めによって、接続導体が固定 され、同時にセンサエレメント１１の、図２には示してない接触面と接続導体と の間の接触が行われる。被せ嵌めに際してばねエレメント４１は拡開される。 明らかなように、凹所４５は、接続導体２５，２５’，２７，２７’が凹所内 に完全には受容されないように形成されており、組立に際してセンサエレメント １１が接続導体を凹所内に押し込み、その結果、組立られた状態で接続導体と、 ばねエレメントと、センサエレメントとの間に半径方向に作用する力が生じてい る。 別の実施例においては、センサエレメント１１が貫通開口４３内に装入(einbr ingen)され、即ち、ばねエレメント４１は接続導体とセンサエレメント１１との 結合のために移動させられるのではなく、もっぱら保持されている。もちろん、 接続導体とセンサエレメント１１との結合のためにばねエレメント４１をセンサ エレメント１１上に被せ嵌めると同時に、センサエレメント１１を貫通開口４３ 内に差し込む(einstecken)ことも可能である。 ばねエレメント４１は組立の前に機械的に拡開され てよく、従ってこの場合、センサエレメント１１上へのばねエレメント４１の被 せ嵌めに際して、若しくは貫通開口４３内へのセンサエレメント１１の差し込み に際して、力が実質的にほとんど、少なくとも極めてわずかしか生ぜしめられな くてよい。力のいらない組立によって、貫通開口４３内に配置された接続導体の 相対運動が避けられる。 ガスセンサの図１に示す実施例においては、接続導体はセンサエレメント１１ との結合の後に貫通開口から金属管２１の方向に所定の距離にわたって引き出さ れ得る。これによって、接続導体の引っ張り負荷が避けられる。 図３はばねエレメント４１の別の実施例の平面を示している。同じ構成部分に は同じ符号を付けてあり、従って図１の説明を参照されたい。以下においては相 違点のみ詳細に述べる。ばねエレメント４１の凹所４５内に接続部分(Anschluss teil)５５を配置してあり、接続部分が導電性の接触面５７を有している。接続 部分５５にそれぞれ接続導体２５，２５’，２７，２７’が取り付けられ、例え ば溶接され、若しくは膨らみ部(Verdickung)５９で示してあるように、押しつぶ し結合部(Quetschverbindung)を用いて保持されている。接続部分５５はセラミ ックのばねエレメントの貫通開口４３にはめ込まれ(einlegen)、若しくは製造に 際してばねエレメント内に形成されてよい。接続導体 ２５，２５’，２７，２７’は有利にはセンサエレメント１１との結合の前に接 続部分５５に取り付けられ、その結果、接触面５７及びセンサエレメント１１の 図３には示してない接触面の、例えば接続導体の溶接の際の過度に高い熱に基づ く損傷が避けられる。 別の実施例において、ばねエレメント４１は凹所のない貫通開口４３を有して おり、従って接続部分５５のはめ込みに基づき接続部分とばねエレメント４１と の間の形状接続(Formschluss)が実現される。 図４はばねエレメント４１の第３の実施例及び接続部分５５の第２の実施例の 縦断面図である。接続部分５５はばねエレメント４１の貫通開口４３にはめ込み 可能であり、若しくはばねエレメント内に形成されてよい。接続部分５５は貫通 開口４３全体を通って、かつそれを越えて延びている。 図４から明らかなように、センサエレメント１１と接続導体２５，２５’との 結合は、ここでは貫通開口４３内へのセンサエレメント１１の押し込みによって 行われる。組立られた状態でセンサエレメント１１の一方の接触面６１が、接続 導体２５に結合された接続部分５５の接触面５７に接触し、他方の接触面６３が 接続導体２５’に結合された接続部分５５の接触面５７に接触している。 図３及び図４に基づき述べた実施例においては、接続導体が組立られる状態で 開かれて、相互の接触が避 けられる。 セラミックの材料から一体的に形成されたばねエレメントによって、接続導体 ２５，２５’，２７，２７’が極めて簡単に、従って経済的にセンサエレメント に結合できる。個別の接続導体間相互の絶縁が、非導電性のばねエレメントによ って行われる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 テオドール グラザー ドイツ連邦共和国 Ｄ―70435 シユツツ トガルト ブラッケンハイマー シュトラ ーセ ４ (72)発明者 カール―ハインツ エフェンベルガー ドイツ連邦共和国 Ｄ―73529 シュヴェ ービッシュ グミュント クルト―シュー マッハー―シュトラーセ 95 (72)発明者 クレメンス ジーモン ドイツ連邦共和国 Ｄ―82319 シュタル ンベルク ギゼラシュトラーセ ６ (72)発明者 アントン ハンス ドイツ連邦共和国 Ｄ―70435 シユツツ トガルト シュタインハイマー シュトラ ーセ 17アー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 内燃機関の排ガスの有害物質量及び／又は酸素含有量の測定のためのガス センサ、殊にラムダ・ゾンデであって、少なくとも１つのセンサエレメントを受 容するケーシングを設けてあり、センサエレメントが接続側の区分及び測定ガス 側の区分を有しており、結合エレメントを設けてあり、結合エレメントが、導電 性の複数の接触面を有する前記センサエレメントを接続側の区分で導電性の複数 の接続導体に結合している形式のものにおいて、結合エレメント（２９）がセラ ミックの材料から一体的に成形されたばねエレメント（４１）によって形成され ていることを特徴とする、ガスセンサ。 2. ばねエレメント（４１）がリング状に形成されている請求項１記載のガス センサ。 3. ばねエレメント（４１）の貫通開口（４３）に少なくとも１つのスリット （４７）が設けられている請求項２記載のガスセンサ。 4. 貫通開口（４３）が、ばねエレメント（４１）の少なくともほぼ長手方向 に延びる、有利には湾曲状の、複数の凹所（４５）を備えている請求項１から３ のいずれか１項記載のガスセンサ。 5. 凹所（４５）の数が２つと８つとの間の数、有利には４つである請求項４ 記載のガスセンサ。 6. ばねエレメント（４１）が、導電性のそれぞれ少なくとも１つの接触面を 備えた複数の接続部分（５５）を取り囲んでいる請求項１から５のいずれか１項 記載のガスセンサ。 7. 接続部分（５５）が貫通開口（４３）にはめ込み可能であり若しくは埋め 込み成形されている請求項６記載のガスセンサ。 8. ばねエレメント（４１）の組立られた状態で接続導体（５５）の接触面が センサエレメント（１１）のそれぞれの接触面に接触している請求項１から７の いずれか１項記載のガスセンサ。