KR20150123255A - 측정 챔버와 관련한 고밀봉성을 형성하기 위한 배기가스 센서용 특수 시일 기하구조 - Google Patents

측정 챔버와 관련한 고밀봉성을 형성하기 위한 배기가스 센서용 특수 시일 기하구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 측정 가스 챔버(112) 내의 측정 가스의 하나 이상의 특성을 검출하기 위한 센서 시스템(110)에 관한 것이다. 센서 시스템(110)은 측정 가스의 특성을 검출하기 위한 프로브(114)를 포함한다. 프로브(114)는 하나 이상의 센서 부재(116)와 이 센서 부재(116)를 에워싸는 하나 이상의 하우징(118)을 포함한다. 하우징(118)은, 이 하우징(118) 내의 센서 부재(116)가 측정 가스를 공급받을 수 있는 방식으로 형성된다. 또한, 센서 시스템(110)은 측정 가스 챔버(112)의 벽부(128)와 연결될 수 있는 수용 부재(126)를 포함한다. 프로브(114)는 삽입 축(130)을 따라서 수용 부재(126) 내로 삽입되어 이 수용 부재(126) 내에 고정될 수 있다. 프로브(114)는 하나 이상의 시일(140)을 통해 측정 가스 챔버(112)로부터 밀봉될 수 있다. 시일(140)은 하나 이상의 선형 시일을 포함한다.

Description

측정 챔버와 관련한 고밀봉성을 형성하기 위한 배기가스 센서용 특수 시일 기하구조{SPECIAL SEAL GEOMETRY FOR EXHAUST GAS SENSORS FOR PRODUCING HIGH LEAK TIGHTNESS WITH RESPECT TO THE MEASUREMENT CHAMBER}
본 발명은 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 하나 이상의 특성을 검출하기 위한 센서 시스템에 관한 것이다.
종래 기술로부터, 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 하나 이상의 특성을 검출하기 위한 다양한 센서 시스템들이 공지되어 있다. 원칙적으로, 본 발명의 범위에서, 가스 특성이란 측정 가스의 임의의 물리적, 및/또는 화학적 특성을 의미하며, 측정 가스의 하나 또는 복수의 특성이 검출될 수 있다. 상기 센서 시스템에 의해, 측정 가스의 하나 이상의 특성의 정성 및/또는 정량 검출이 수행될 수 있으며, 예컨대 측정 가스의 하나 이상의 가스 성분의 검출, 특히 공기-연료 혼합기 내의 가스 성분의 검출, 및/또는 측정 가스 내의 입자 농도, 특히 카본 블랙 농도의 검출이 수행될 수 있다. 그러나 대안으로서 또는 추가로, 측정 가스의 또 다른 특성들도 검출될 수 있다.
가스 특성의 검출을 위한 센서 시스템은 예컨대 Konrad Reif(콘라트 라이프)(출판인)의 "자동차에서의 센서(Sensoren im Kraftfahrzeug)" 2판(2012년) 160 ~ 165쪽에서처럼 람다 프로브로서 형성될 수 있고, 여기서는 2점 람다 프로브로서뿐만 아니라 광대역 람다 프로브로서, 특히 평면 광대역 람다 프로브로서의 구성이 기술되어 있다. 람다 프로브에 의해, 연소실 내의 가스 혼합기의 가스 비율이 측정될 수 있으며, 예컨대 공연비를 나타내는 공기비(λ)가 측정될 수 있다. 2점 람다 프로브에 의해, 공연비의 측정은 화학양론적 혼합기(λ=1)의 경우 좁은 범위에서만 가능하다. 이와 반대로, 광대역 람다 프로브에 의해서는, λ의 넓은 범위에 걸친 측정이 수행될 수 있다. 이런 기술된 람다 프로브들은 센서 부재를 포함하며, 대개 바람직하게는 지르코늄 이산화물 및 이트륨 산화물로 이루어진 세라믹 고체 전해질, 또는 바람직하게는 지르코늄 이산화물로 이루어진 고체 층들을 포함한다. 손상의 방지를 위해 센서 부재는 보호 튜브에 의해 둘러싸인다.
원칙적으로 센서 시스템들에서, 예컨대 람다 프로브에서, 또는 예컨대 람다 프로브와 동일한 기하학적 구성을 가질 수 있는 입자 센서에서, 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 특성의 측정을 위해, 센서 시스템의 다양한 구조 부재들 사이에 시일들이 필요하다. 예컨대 US 6,453,726에서는 부분적으로 하우징과 상부 차폐부에 의해 둘러싸이는 센서 부재를 포함하는 가스 센서가 기술되어 있다. 센서 부재의 보호를 위해, U자형 시일이 상부 차폐부와 하우징 사이에 배치된다. 그 밖에, US 7,222,408에서는 기밀 밀봉 방식으로 하우징 내에 배치되는 센서 부재를 포함하는 가스 센서가 기술되어 있다. 하우징의 주름부(ruff)에 의해 가스 센서의 내부에서 측정 가스 챔버 및 기준 가스 챔버의 가스 밀봉이 가능해진다.
종래 기술에 따라서, 측정 가스 챔버 내의 하나 이상의 가스 특성을 검출하기 위한 프로브는 수용 부재를 통해 측정 가스 챔버의 벽부 내로 삽입된다. 측정 가스 챔버로부터 측정 가스의 유출 방지를 위해, 프로브와 측정 가스 챔버 사이에 시일이 배치된다. 예컨대 시일은 DE 60 2005 002 375 T2에서와 같이 형성될 수 있다. DE 60 2005 002 375 T2에서는, 바깥쪽을 향해 개방된 U자의 횡단면을 갖는 원형 링으로 프로브와 배기 매니폴드 사이의 연결부의 밀봉성을 보장하는 것이 제안된다.
그 밖에, DE 10 2012 205 618 A1에는, 금속 소재의 관형 슬리브와 관형 부착 부재를 포함하는 센서가 제안되어 있다. 슬리브는 플랜지를 포함하고, 이 플랜지는 부착 부재의 전방에 제공되고 방사 방향에서 안쪽에 위치하는 부착 부재의 면을 넘어 바깥쪽을 향해 돌출된다. 플랜지의 모서리는 부착 부재의 경사면과 접촉한다.
그 밖에, DE 100 22 958 A1에서는 금속 하우징을 포함하는 가스 센서가 기술되며, 이 가스 센서는 중공 나사에 의해 측정 가스를 포함하는 측정 개구부 내에 고정된다. 측정 개구부로 향해 있는 하우징의 면 상에는 원뿔형으로 형성된 면이 제공되며, 이 면으로 가스 센서는 원뿔형으로 형성된 상대 표면 상에 안착된다. 원뿔형으로 형성된 면들은 하우징의 종축에 대해 동일한 각도를 갖는다. 그러나 예컨대 프로브와 측정 가스 챔버 사이에 실링 링을 이용하는 DE 60 2005 002 375 T2와 DE 100 22 958 A1에 기술된 것처럼 종래 기술에 따르는 상기 평면 시일은 바람직하지 못한데, 그 이유는 평면 시일이 큰 밀봉면을 갖기 때문이다. 따라서 적은 밀봉 효과만이 가능해질 수 있다.
또한, 종래 기술에 따른 추가 실링 링을 포함하는 상기 시일도 바람직하지 못한데, 그 이유는 예컨대 내연기관의 배기가스관에서 실링 링을 이용한 프로브의 조립이 복잡하고 어려울 수 있고 그 외에 조립 동안 실링 링의 손상이 발생할 수 있기 때문이다. 실링 링을 포함하지 않는 평면 시일의 경우에는, 상호 간에 안착되는 면들의 높은 평행도 및 높은 평활도가 보장되어야만 한다. 그 결과, 제조를 위한 높은 비용과 손상에 대한 높은 민감도가 발생할 수 있다.
그러므로 프로브와 측정 가스 챔버 사이에서 고밀봉성을 가지면서 시일의 경제적인 제조 및 그 내구성을 가능하게 하는 센서 시스템이 바람직하다.
따라서 본 발명의 과제는, 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 하나 이상의 특성을 검출하기 위한 공지된 센서 시스템들의 단점들을 적어도 실질적으로 방지하는, 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 하나 이상의 특성을 검출하기 위한 센서 시스템을 제공하는 것이다. 특히 본 발명의 과제는 측정 가스 챔버의 밀봉이 달성되도록 하는 것이다.
측정 가스의 하나 이상의 특성은, 앞서 설명한 것처럼, 원칙적으로 측정 가스의 임의의 물리적 및/또는 화학적 특성일 수 있다. 예컨대 측정 가스의 특성은 측정 가스 내 하나 이상의 가스 성분의 비율, 특히 산소 비율 및/또는 NOx 비율과; 측정 가스의 입자 부하와; 측정 가스의 온도와; 측정 가스의 압력으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. 따라서 하나 이상의 특성은 예컨대 ㎏/㎥ 단위로 표시되는, 예컨대 부피 단위당 입자 질량이거나, 또는 예컨대 입자/㎥ 단위로 표시되는 부피 단위당 입자 개수일 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 다른 특성들도 검출될 수 있다.
측정 가스는 원칙적으로 임의의 가스 또는 가스 혼합기일 수 있으며, 예컨대 배기가스, 공기, 공기-연료 혼합기, 또는 또 다른 가스일 수도 있다. 본 발명은 특히 자동차 공학의 분야에 사용될 수 있으며, 그럼으로써 측정 가스 챔버는 내연기관의 배기가스관일 수 있다. 그러므로 측정 가스는 특히 공기-연료 혼합기일 수 있다.
센서 시스템은 측정 가스의 하나 이상의 특성을 검출하기 위한 프로브를 포함한다. 프로브란 원칙적으로 하나 이상의 특성을 정성 또는 정량 검출하도록 구성된 임의의 장치, 또는 장치들의 조합을 의미할 수 있다. 예컨대 프로브는, 하나 이상의 검출할 특성과 상관 관계가 있는 하나 이상의 측정 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 특히 프로브는 람다 프로브와 입자 센서로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. 그러나 예컨대 온도 센서, 및/또는 압력 센서, 및/또는 측정 가스 내의 하나 이상의 가스 성분을 검출하기 위한, 예컨대 측정 가스 내의 산소 및/또는 질소 산화물의 비율을 검출하기 위한 NOx 센서로서 프로브의 다른 구성도 원칙적으로 가능하다.
프로브는 하나 이상의 센서 부재와 이 센서 부재를 에워싸는 하나 이상의 프로브 하우징을 포함한다. 센서 부재란, 원칙적으로 하나 이상의 특성을 정성 또는 정량 검출하도록 구성된 임의의 측정 부재, 또는 그 측정 부재들의 조합, 예컨대 센서 칩을 의미할 수 있다. 예컨대 센서 부재는 센서 칩 및/또는 전자 측정 회로를 포함할 수 있다. 센서 부재는 특히 하나 이상의 검출할 특성과 상관 관계가 있는 하나 이상의 측정 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 센서 부재는 특히 세라믹 센서 부재일 수 있다. 특히 센서 부재는 하나 이상의 세라믹 몸체와 이 세라믹 몸체와 연결된 2개 이상의 전극을 포함하는 세라믹 센서 부재일 수 있다. 세라믹 몸체는 하나 이상의 세라믹 고체 전해질을 포함할 수 있다. 특히 센서 부재의 측정 원리는 특정 고체들의 전해질 특성을 기반으로 한다. 특히 고체로서는 예컨대 지르코늄 이산화물(ZrO2), 특히 이트륨 안정화 지르코늄 이산화물(YSZ) 또는 스칸듐 도핑된 지르코늄 이산화물(ScSZ)과 같은 세라믹 전해질들이 적합하다. 대안으로서 또는 추가로, 센서 부재는 예컨대 측정 표면, 특히 세라믹 측정 표면 상에 예컨대 2개 이상의 전극을 포함할 수 있으며, 예컨대 측정 가스의 입자 부하에 의해 영향을 받을 수 있는, 2개 이상의 전극 사이의 전기 저항을 검출하도록 구성될 수 있다. 그 밖에, 상기 센서 부재는 일반적으로 적합한 기능 온도를 보장하기 위해 가열 부재도 포함할 수 있다. 그러나 또 다른 구성들도 원칙적으로 가능하다.
프로브 하우징이란, 본 발명의 범위에서 원칙적으로 프로브를 완전하게, 또는 부분적으로 둘러싸는 구조 부재, 예컨대 프로브, 특히 센서 부재를 둘러싸면서 열적 및 기계적 영향들로부터 보호하는 슬리브를 의미할 수 있다. 프로브 하우징은 특히 하나 이상의 내부 챔버를 포함할 수 있고, 이 내부 챔버 내에 하나 이상의 센서 부재가 배치된다. 프로브 하우징은, 기계적 영향들에 대해 프로브를 완전히 또는 부분적으로 보호하는 기계적 강성 재료로, 예컨대 하나 이상의 금속 재료로 특히 완전히 또는 부분적으로 제조될 수 있다.
프로브 하우징은, 이 프로브 하우징 내의 센서 부재가 측정 가스를 공급받을 수 있는 방식으로 형성된다. 예컨대 프로브 하우징은 개구부를 포함할 수 있고, 이 개구부를 통해 측정 가스가 프로브 내로 유입될 수 있다. 예컨대 프로브 하우징은 하나 이상의 보호 튜브를 포함할 수 있다. 보호 튜브란, 열적 및 기계적 영향들로부터 센서 부재를 보호하는, 예컨대 금속 소재의 튜브를 의미한다. 보호 튜브는 하나 이상의 내부 챔버와 적어도 이 내부 챔버 내에 수용되는 센서 부재를 포함할 수 있다. 보호 튜브는 특히 환형 갭을 갖는 이중 벽 보호 튜브일 수 있다. 예컨대 측정 가스는 환형 갭을 통과하여 내부 챔버 내로 유입될 수 있다. 특히 보호 튜브는 삽입 축에 대해, 특히 하기에서 훨씬 더 상세하게 기술되는 삽입 축에 대해 기울어져 측정 가스 챔버 내로 향할 수 있다. "기울어져"라는 표현은, 보호 튜브가 삽입 축에 대해 소정의 각도로 배치될 수 있음을 의미할 수 있다. 보호 튜브는 예컨대 하나 이상의 유입 개구부와 하나 이상의 유출 개구부를 포함할 수 있으며, 예컨대 환형 갭과 연결되는 하나 이상의 유입 개구부와, 내부 챔버와 연결되는 하나 이상의 유출 개구부를 포함할 수 있다. 예컨대 프로브 하우징은, 유출 개구부가 측정 가스 챔버, 예컨대 유동 튜브 내에 유입 개구부보다 더 깊게 배치되는 방식으로 형성된다. 이런 방식으로, 예컨대 압력 차이를 통해 유입 개구부로부터 내부 챔버를 통해 유출 개구부 쪽으로 측정 가스의 유동이 보장될 수 있다. 그러나 또 다른 구성들도 원칙적으로 가능하다.
그 밖에도, 센서 시스템은 측정 가스 챔버의 벽부와 연결될 수 있는 수용 부재도 포함한다. 수용 부재란, 프로브를 측정 가스 챔버 내로 삽입하도록 구성되는 구조 부재를 의미한다. 상기 벽부는 예컨대 측정 가스 챔버의 유동 튜브의 튜브 벽부, 또는 다른 유형의 튜브 벽부일 수 있다. 수용 부재는 벽부와 예컨대 영구적으로 연결될 수 있거나, 또는 벽부와 가역 방식으로도 연결될 수 있다. 수용 부재는 프로브를 완전히 에워쌀 수 있다. 바람직하게 수용 부재는 프로브를 환형으로 에워쌀 수 있다.
프로브는 삽입 축을 따라서 수용 부재 내로 삽입되어 이 수용 부재 내에 고정될 수 있다. 이 경우, 삽입 축은 수용 부재 내로 프로브의 삽입 방향에 의해 규정될 수 있다. 예컨대 삽입 축은 유동 튜브의 튜브 축에 대해 실질적으로 수직으로 연장될 수 있으며, 예컨대 수직선으로부터 20°이하만큼, 특히 10°이하만큼의 차이로 연장될 수 있다. 특히 프로브는 수용 부재와 분리 가능하게 연결될 수 있다.
수용 부재는 특히 용접 소켓(welded socket)으로서 형성될 수 있다. 예컨대 용접 소켓은 측정 가스 챔버 내의 보어 내로 삽입된 다음 용접될 수 있고, 및/또는 다른 방식으로, 바람직하게는 재료 결합 방식으로 연결될 수 있다. 그 밖에, 수용 부재는 강, 특히 내식성 강으로 제조될 수 있다. 예컨대 프로브는 압력 끼워맞춤 방식으로, 특히 나사 결합을 통해, 특히 분리 가능한 나사 결합을 통해, 및/또는 형상 끼워맞춤 방식으로, 예컨대 결착(jamming)을 통해, 특히 분리 가능한 결착을 통해 수용 부재 내에 고정될 수 있다.
그 밖에, 센서 시스템은, 수용 부재 내에 압력 끼워맞춤 방식으로 프로브를 고정하도록 구성되는 하나 이상의 고정 부재를 포함할 수 있다.
예컨대 고정 부재는, 수용 부재에 대해 프로브를 가압하고, 및/또는 그 반대로 가압하도록 구성될 수 있다. 하우징 및/또는 수용 부재는 고정 과정 동안, 예컨대 나사 결합 동안 강성으로, 그리고 변형 없이 유지될 수 있거나, 또는 고정 과정 동안 완전히 또는 부분적으로 예컨대 탄성 또는 소성 변형될 수 있다.
고정 부재란, 수용 부재 내에 프로브를 고정할 수 있는 구조 부재를 의미한다. 고정 부재는 특히 하나 이상의 나사부(thread)를 포함할 수 있다. 특히 나사부는 하우징 측 나사부와 수용 부재 측 나사부를 포함할 수 있다. 하우징 측 나사부는 유니언 볼트(union bolt)를 포함할 수 있다. 고정 부재는 예컨대 하나 이상의 유니언 볼트 및/또는 하나 이상의 유니언 너트(union nut)를 구비하여 구현될 수 있다. 나사부들은 압력 끼워맞춤 방식 고정을 위해 상호 간에 나사 조임 될 수 있다. 그러나 다른 구성들도 원칙적으로 가능하다. 고정 부재는 예컨대 완전히 또는 부분적으로 금속 재료로, 예컨대 하나 이상의 강, 바람직하게는 특수강으로 형성될 수 있다. 따라서, 고정 부재, 특히 유니언 볼트 및/또는 유니언 너트는 특히 재료 번호 1.4104를 갖는 재료(특히 특수강)와; 재료 번호 1.4105를 갖는 재료(특히 특수강)와; 재료 번호 1.4301을 갖는 재료(특히 특수강)와; 재료 번호 1.4303을 갖는 재료(특히 특수강)와; 재료 번호 1.4305를 갖는 재료(특히 특수강)와; 재료 번호 1.4016을 갖는 재료(특히 특수강)로 구성되는 군에서 선택되는 재료로 제조될 수 있다.
프로브가 수용 부재 내로 삽입된 경우, 수용 부재는, 하우징이 부분적으로 측정 가스 챔버 안쪽으로 돌출되고 부분적으로는 측정 가스 챔버의 외부에 배치되는 방식으로, 프로브의 하우징을 에워쌀 수 있다. 부분적으로 측정 가스 챔버 안쪽으로 돌출된다는 것은, 하우징의 하부 부분, 특히 이중 벽 보호 튜브가 측정 가스 챔버 내에 배치될 수 있는 한편, 하우징의 상부 부분은 측정 가스 챔버의 외부에 배치된다는 것을 의미한다. 특히 하우징은 수용 부재를 통과하여 측정 가스 챔버 안쪽으로 돌출될 수 있다.
프로브는 하나 이상의 시일에 의해 측정 가스 챔버로부터 밀봉될 수 있다. 시일이란, 질량 이동, 특히 측정 가스 챔버로부터 측정 가스의 유출을 방지하도록 구성된 장치를 의미한다. 시일은 특히 매체 밀봉 방식으로, 예컨대 측정 가스에 대해, 및/또는 또 다른 유체 매체에 대해 밀봉 방식으로 형성될 수 있다. 시일은 특히 압력 밀봉 방식으로, 예컨대 2bar 또는 그 이상의 압력까지, 예컨대 최대 10bar, 100bar, 1kbar 또는 그 이상의 압력까지 압력 밀봉 방식으로 형성될 수 있다.
그에 따라, 측정 가스 챔버로부터 프로브의 밀봉이란, 일반적으로 하우징과 수용 부재 사이, 및/또는 하우징과 측정 가스 챔버의 벽부 사이의 중간 공간을 통해 측정 가스 챔버로부터 물질들의 유출, 특히 측정 가스의 유출을 방지하는 시일의 구성을 의미할 수 있다. "밀봉 가능한"이란 표현에는, 밀봉의 가능성뿐만 아니라, 프로브가 측정 가스 챔버로부터 밀봉되는 경우도 포함된다.
특히 시일은 프로브가 수용 부재 내로 삽입된 경우 측정 가스 챔버와 고정 부재 사이에 배치될 수 있다. 특히 시일은 수용 부재와 하우징 사이에 형성될 수 있다. 특히 시일은 수용 부재와 하우징 사이에 직접 형성될 수 있으며, 그럼으로써 시일을 통해 수용 부재와 하우징 사이의 갭이 직접 밀봉된다.
하나 이상의 시일은 하나 이상의 선형 시일을 포함한다. 선형 시일이란, 시일을 형성하는 면들이 선형으로 접촉되는 것을 의미할 수 있다. 이 경우, 선형은 바람직하게는 측정할 수 없는 작은 선 폭(line width)을 갖는다. 프로브를 고정할 때, 프로브는 수용 부재에 대해 가압될 수 있고, 프로브는 압력 끼워맞춤 방식으로 수용 부재 내에 고정될 수 있다. 이 경우 작용하는 가압력에 의해, 탄성 및 소성 변형이 발생할 수 있고, 선의 폭은 변동될 수 있다. 가압력이 작용할 때, 선형 시일의 선 폭은 예컨대 1㎜ 미만(< 1㎜), 특히 500마이크로미터 미만(< 500㎛)의 범위일 수 있다. 그러나 다른 선 폭도 가능한데, 그 이유는 선 폭이 하기에서 더 상세하게 설명되는 것처럼 다수의 경계 조건에 따라 결정될 수 있기 때문이다.
예컨대 하우징은 수용 부재 상에 안착될 수 있거나, 또는 그 반대로 안착될 수 있으며, 하우징이 수용 부재 상에 안착되거나, 또는 수용 부재가 하우징 상에 안착되는 영역에는 선형 시일로서 형성되는 실링 부재가 형성될 수 있다.
프로브는 하나의 또는 복수의 시일에 의해 측정 가스 챔버로부터 밀봉될 수 있다. 복수의 시일이 제공된다면, 상기 시일들 중 하나 이상의 시일은 선형 시일로서 형성된다. 게다가 또한, 선형 시일들로서 또는 비선형 시일들로서도 형성될 수 있는 하나 또는 복수의 추가 시일도 제공될 수 있다. 복수의 시일이 제공된다면, 바람직하게는 적어도 측정 가스 챔버에 직접 인접하는 시일이 선형 시일로서 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 예컨대 측정 가스가 측정 가스 챔버로부터 외부 챔버 내로의 경로에서 먼저 선형 시일을 통과해야만, 후속하여 선택적으로 하나 또는 복수의 추가 시일을 통과하도록 수행될 수 있다.
시일은 특히 2개 이상의 선형 시일을 포함할 수 있다. 특히 센서 시스템은, 하우징이 2개의 선형 시일 사이에 유연하게 고정될 수 있고, 및/또는 두 선형 시일은 하우징이 센서 시스템의 축을 중심으로 하는 경동 운동(tilting motion)과 관련해서 유연하게 고정될 수 있도록 형성되는 방식으로 형성될 수 있다.
시일, 특히 선형 시일은 특히 수용 부재 및 하우징에 의해 형성될 수 있으며, 그럼으로써 바람직하게 수용 부재 및 하우징 자체가 선형 시일을 형성한다.
하기에서 더 상세하게 설명되는 것처럼, 특히 하나 이상의 고정 부재에 의 해 하우징은 수용 부재에 대해 가압될 수 있고, 및/또는 수용 부재는 고정 부재에 의해 하우징에 대해 가압될 수 있다. 고정 부재는 특히 하나 이상의 너트 및/또는 하나 이상의 볼트, 예컨대 하나 이상의 유니언 너트 및/또는 하나 이상의 유니언 볼트를 포함할 수 있다.
선형 시일의 선 폭은, 앞서 설명한 것처럼, 수용 부재 내에 프로브를 고정하는 경계 조건들에 따라서 결정될 수 있다. 특히 선 폭은 고정 볼트의 조임 토크 및/또는 밀봉면들의 기하구조에 따라서 결정될 수 있다. 가압력이 없을 때, 선 폭은 바람직하게는 제조 공차의 범위에서 감지할 수 없을 정도로 작으며, 예컨대 1㎜ 미만(< 1㎜)이거나, 또는 500마이크로미터 미만(< 500㎛)이다. 이와 반대로 가압력이 가해질 때, 탄성 및/또는 소성 변형이 발생할 수 있고, 그런 다음 상기 변형은 밀봉면의 기하구조를 변하게 할 수 있다. 그런 다음 상기 변화는 밀봉면의 확대로 인해 우선 최대로 달성 가능한 밀봉 압력을 감소시킬 수 있기는 하다. 그러나 다른 한편으로 탄성 및/또는 소성 변형은 작은 제조 변동 및 불균일성을 보상하도록 보조할 수 있다.
원칙적으로 선형 시일들의 적용은 종래 기술의 또 다른 분야들에서도 공지되었다. 선형 시일은 예컨대 DE 10 234 615로부터 금속 간 선형 시일을 포함하는 튜브들의 플래어 피팅 조인트 어셈블리(flare fitting joint assembly)의 경우에서 공지되어 있고, US 737 3827로부터는 고압 센서의 경우에서 공지되어 있다. DE 3 441 918에서는 원뿔형 반경을 갖는 선형 시일이 차량 운전실 공기 필터를 위한 판형 필터 인서트의 경우에서 개시되어 있다. 그 밖에, 원뿔형-원뿔형 시일 기하구조는 예컨대 DE 234 90 89에서 원자력 발전 설비를 위한 글랜드 시일이 없는 솔레노이드 밸브의 경우에서, DE 4 242 290에서는 고압 유체 필터링 시스템의 경우에서, US 41 69 967에서는 전기 라인들의 절연의 경우에서, 그리고 DE 2 901 507에서는 폴리머 재료를 포함하는 밸브의 경우에서 개시되어 있다. 예컨대 DE 3 641 548로부터는 절단 에지 시일(cutting edge sealing)이 예컨대 컨테이너 및 튜브의 폐쇄 장치의 경우에서 공지되어 있다. 제안되는 선형 시일의 구성의 경우, 추가의 본 발명에 따른 특징들을 갖는, 종래 기술에 따르는 선형 시일들의 구성이 참조될 수 있다. 그러나 선형 실링 부재의 다른 구성도 원칙적으로 가능하다.
하우징은 특히 하나 이상의 지지 부재를 포함할 수 있다. 지지 부재는 다른 구조 부재 상에 안착되도록 구성되는 구조 부재를 의미한다. 지지 부재는 프로브를 바람직하게 에워쌀 수 있으며, 예컨대 환형으로, 특히 환형 견부의 형태로 에워쌀 수 있다.
지지 부재는 특히 완전히 또는 부분적으로 스프링 부재로서 형성될 수 있다. 이 경우, 스프링 부재란, 일반적으로 적어도 부분적으로 탄성을 갖는 부재를 의미한다. 특히 지지 부재는 적어도 부분적으로 디스크 스프링으로서 형성될 수 있다. 특히 지지 부재는 적어도 부분적으로 환형 견부로서 형성될 수 있으며, 이 환형 견부는 스프링 부재, 특히 디스크 스프링을 형성한다.
하우징 및/또는 지지 부재는 예컨대 완전히 또는 부분적으로 금속 재료, 예컨대 하나 이상의 강, 바람직하게는 특수강으로 형성될 수 있다. 하우징 및/또는 지지 부재는 특히 상호 간에 무관하게, 그리고 각각 완전히 또는 부분적으로, 재료 번호 1.4104를 갖는 재료(특히 특수강)와; 재료 번호 1.4105를 갖는 재료(특히 특수강)와; 재료 번호 1.4301을 갖는 재료(특히 특수강)와; 재료 번호 1.4303을 갖는 재료(특히 특수강)와; 재료 번호 1.4305를 갖는 재료(특히 특수강)와; 재료 번호 1.4016을 갖는 재료(특히 특수강)로 구성되는 군에서 선택되는 재료로 제조될 수 있다.
지지 부재는, 원뿔면과, 반경부를 갖는 면으로 구성되는 군에서 선택되는 특히 하나 이상의 부재, 특히 표면 부재를 포함할 수 있다. 원뿔면이란, 소정의 각도만큼 챔퍼링된 면, 특히 챔퍼부를 의미한다. 반경부를 갖는 면이란, 임의로 라운딩된 면을 의미할 수 있다. 지지 부재는 원칙적으로 프로브의 제조 공정 후에 이음 결합을 통해, 예컨대 용접 또는 납땜을 통해 또는 다른 공정들을 통해 프로브 상에 제공될 수 있는 별도의 구조 부재일 수 있다. 대안으로서, 지지 부재는 프로브의 제조 공정 동안 이미, 예컨대 딥드로잉 공정 동안 이음 결합될 수 있다. 원뿔면, 특히 챔퍼부와, 반경부를 갖는 면은 예컨대 밀링 가공 또는 평삭 가공을 통해 지지 부재 상에 제조될 수 있다.
그 밖에, 수용 부재는 하나 이상의 실링 부재를 포함할 수 있다. 실링 부재란, 원칙적으로 프로브의 지지 부재가 안착될 수 있는 수용 부재의 구조 부재를 의미한다. 실링 부재는, 원뿔면과, 반경부를 갖는 면, 특히 라운딩된 면으로 구성되는 군에서 선택되는 부재, 특히 표면 부재를 포함할 수 있다. 실링 부재의 원뿔면이란, 소정의 각도만큼 챔퍼링된 면을 의미한다. 실링 부재는 원칙적으로 수용 부재의 제조 공정 후에 이음 결합 공정을 통해, 예컨대 용접 또는 납땜을 통해, 또는 다른 공정들을 통해 수용 부재 상에 제공될 수 있는 별도의 구조 부재일 수 있다. 대안으로서, 실링 부재는 수용 부재의 제조 공정 동안 이미, 예컨대 딥드로잉 공정 동안 이음 결합될 수 있다. 원뿔면과, 반경부를 갖는 면은 예컨대 밀링 가공 또는 평삭 가공을 통해 수용 부재 상에 제조될 수 있다.
지지 부재와 실링 부재는 시일 또는 시일의 부품, 특히 선형 시일을 형성할 수 있다. 선형 시일은 특히 시일을 형성하는 구조 부재들, 예컨대 지지 부재와 실링 부재가 선형으로 접촉되는 시일일 수 있다. 프로브가 수용 부재 내로 삽입된 경우, 지지 부재는 실링 부재 상에 안착될 수 있다. 선형 시일은, 질량 이동, 특히 측정 가스 챔버로부터 측정 가스의 유출을 방지하도록 구성될 수 있다. 선형 시일은 원뿔형-원뿔형 시일과 원뿔형-반경부 형태의 시일로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
원뿔형-원뿔형 시일의 경우, 예컨대 지지 부재와 실링 부재가 각각 원뿔면을 포함할 수 있다. 원뿔형-반경부 형태의 시일의 경우에는, 예컨대 지지 부재와 실링 부재 중에서 선택되는 하나의 부재가 원뿔면을 포함할 수 있고, 다른 부재는 반경부, 예컨대 임의로 라운딩된 면을 포함할 수 있다.
한 바람직한 실시예에서, 지지 부재와 실링 부재는 원뿔형-원뿔형 시일을 포함할 수 있고, 지지 부재 및 실링 부재는 각각 서로 상이한 원뿔각을 갖는 원뿔면들을 포함할 수 있다. 원뿔각이란, 원뿔면이 형성될 수 있는, 특히 챔퍼링될 수 있는, 특히 수평 축에 대한 각도를 의미한다. 프로브가 수용 부재 내로 삽입된 경우, 지지 부재의 원뿔면은 실링 부재의 원뿔면에 대해 경사질 수 있다. 바람직하게 수용 부재의 원뿔면은 실링 부재의 원뿔면에 대해 10°만큼, 특히 바람직하게는 20°만큼 경사질 수 있다. 예컨대 지지 부재의 원뿔면은 실링 부재의 원뿔면과는 다른 원뿔각으로 제조될 수 있었다. 특히 지지 부재의 원뿔면은 실링 부재의 원뿔면과는 다른 각도로 챔퍼링될 수 있다. 바람직하게 지지 부재의 원뿔면의 원뿔각은 실링 부재의 원뿔면의 원뿔각보다 더 작을 수 있다. 원뿔면들 상호 간의 경사각은 원칙적으로 변할 수 있고 예컨대 고객 요구에 부합하게 형성될 수 있다.
예컨대 경사각은 편평 각(flat angle)일 수 있으며, 예컨대 45° 미만의 각도(< 45°), 특히 30° 미만의 각도(< 30°), 또는 20° 또는 그 미만의 각도(≤ 20°)일 수 있다. 그러나 원칙적으로 경사각은 기본적으로 임의로 변할 수 있다. 그러나 각도가 클 때, 예컨대 60°를 상회하는 각도(> 60°)일 때, 많은 경우에 부재들 상호 간의 포지셔닝이 어려워지는 기술적 도전 사항이 발생한다. 급경사의 측면들로 인해, 예컨대 자기 센터링(self-centering)은 어려워질 수 있고, 선형 시일의 위치도 좀 더 덜 분명하게 규정될 수 있다. 특히 원뿔면들의 제조 변동의 경우, 언급한 도전 사항들이 주어질 수 있다. 그러므로 앞서 언급한 45° 미만의 편평 각이 원칙적으로 선호되며, 예컨대 20°의 각도가 선호된다. 원칙적으로 달성하고자 하는 밀봉 효과는 경사각의 설정 및/또는 구조 부재들의 기하학적 설계에 의해 변할 수 있고 매칭될 수 있다.
특히 지지 부재는 프로브가 수용 부재 내로 삽입된 경우 실링 부재의 챔퍼링된 표면 상에 선형으로 안착될 수 있고, 그에 따라 실링 부재와 함께 선형 시일을 형성할 수 있다. 선형 안착이란, 지지 부재 및 실링 부재의 면들이 선형으로 접촉되는 것을 의미할 수 있다.
추가의 바람직한 실시예에서, 지지 부재와 실링 부재는 원뿔형-반경부 형태의 시일을 포함할 수 있다. 지지 부재와 실링 부재 중에서 선택되는 하나의 부재는 원뿔면을 포함할 수 있고, 다른 부재는 반경부를 포함할 수 있다. 특히 프로브의 지지 부재는 반경부 형태의 면을 포함할 수 있으며, 그리고 프로브가 수용 부재 내로 삽입된 경우 실링 부재의 챔퍼링된 면 상에 선형으로 안착되며, 그에 따라 선형 시일을 형성할 수 있다.
지지 부재와 실링 부재는 자기 센터링 방식으로 형성될 수 있다. 자기 센터링형 구성은, 실링 부재 상에 지지 부재의 선형 안착과 조합되어, 지지 부재와 실링 부재로 구성되는 군에서 선택되는 각각 하나의 부재 및/또는 2개의 부재의 원뿔 형태에 의해 달성될 수 있다.
한 추가 실시예에서, 시일은 2개 이상의 선형 시일을 포함할 수 있다. 지지 부재는 축 방향으로 선형 시일들 사이에 매립될 수 있다. 예컨대 지지 부재는 선형 시일들 사이에서 센서 시스템의 축, 예컨대 삽입 축에 대해 소정의 각도로, 특히 축에 대해 소정의 경사각으로 고정될 수 있다.
선형 시일들은 제 1 선형 시일과 제 2 선형 시일을 포함할 수 있다. 제 1 선형 시일은 수용 부재 및 하우징, 특히 지지 부재에 의해 형성될 수 있다. 제 1 선형 시일의 구성에 대해서는 수용 부재와 하우징 사이의 앞서 기술한 선형 시일이 참조될 수 있다.
제 2 선형 시일은, 하우징, 특히 지지 부재와, 수용 부재 내에 하우징의 고정을 위한 고정 부재, 특히 유니언 볼트 및/또는 유니언 너트에 의해 형성될 수 있다. 특히 프로브가 수용 부재 내로 삽입된 경우, 지지 부재와 고정 부재는 선형으로 접촉될 수 있다. 제 2 선형 시일은 특히 각각 원뿔형-원뿔형 시일과 원뿔형-반경부 형태의 시일로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
지지 부재 및 고정 부재의 원뿔형-원뿔형 시일의 경우, 예컨대 지지 부재 및 고정 부재, 특히 유니언 볼트 및/또는 유니언 너트는 각각 원뿔면을 포함할 수 있다. 지지 부재 및 고정 부재의 원뿔면들은 특히 서로 상이한 원뿔각을 갖는 원뿔면들일 수 있다. 원뿔면들 상호 간의 경사각은 원칙적으로 변할 수 있고 예컨대 고객 요구에 부합하게 형성될 수 있다.
원뿔형-반경부 형태의 시일의 경우, 예컨대 지지 부재와 고정 부재 중에서 선택되는 하나의 부재가 원뿔면을 포함할 수 있고, 다른 부재는 반경부, 예컨대 임의로 라운딩된 면을 포함할 수 있다. 예컨대 프로브의 지지 부재는 반경부 형태의 면을 포함할 수 있으며, 그리고 프로브가 수용 부재 내로 삽입된 경우 고정 부재의 원뿔면에 선형으로 접촉하여 선형 시일을 형성할 수 있다. 예컨대 고정 부재는 반경부 형태의 면을 포함할 수 있으며, 그리고 프로브가 수용 부재 내로 삽입된 경우 지지 부재의 원뿔면과 선형으로 접촉하여 선형 시일을 형성할 수 있다.
원뿔형-원뿔형 시일 및 원뿔형-반경부 형태의 시일의 구성에 대해서는 지지 부재 및 실링 부재의 원뿔형-원뿔형 시일 및 그 원뿔형-반경부 형태의 시일의 설명이 참조될 수 있다.
지지 부재와 고정 부재는 자기 센터링 방식으로 형성될 수 있다. 자기 센터링형 구성은, 지지 부재와 고정 부재의 선형 접촉과 조합되어, 지지 부재와 고정 부재로 구성되는 군에서 선택되는 각각 하나의 부재 및/또는 2개의 부재의 원뿔 형태에 의해 달성될 수 있다.
특히 하기 실시예들이 제안될 수 있다.
i) 제 1 선형 시일은 원뿔형-원뿔형 시일로서, 그리고 제 2 선형 시일은 원뿔형-원뿔형 시일로서 형성될 수 있다.
ii) 제 1 선형 시일은 원뿔형-원뿔형 시일로서, 그리고 제 2 선형 시일은 원뿔형-반경부 형태의 시일로서 형성될 수 있다.
iii) 제 1 선형 시일은 원뿔형-반경부 형태의 시일로서, 그리고 제 2 선형 시일은 원뿔형-원뿔형 시일로서 형성될 수 있다.
iv) 제 1 선형 시일은 원뿔형-반경부 형태의 시일로서, 그리고 제 2 선형 시일은 원뿔형-반경부 형태의 시일로서 형성될 수 있다.
그러나 다른 구성들도 원칙적으로 가능하다.
본 발명에 따른 센서 시스템을 통해, 프로브와 내연기관의 배기가스관 사이에서 시일이 달성될 수 있다. 선형 시일의 밀봉 원리를 통해, 작은 밀봉면으로 인해 높은 밀봉 압력이 달성될 수 있으며, 밀봉 압력은 면적당 힘으로서 정의된다. 높은 밀봉 압력은 종래 기술로부터 형성된 시일들에 비해, 온도 변동 및 진동 가속도에 대해, 특히 진동에 대해 수용 부재 및 프로브의 연결의 분리에 대한 높은 강성을 일으킨다. 종래 기술에 따라서 평판 시일, 특히 실링 링을 구비하여 형성되는 시일들에 대한 추가 장점은, 구조 부재가 더 적게 필요하다는 것이다. 그 결과, 상기 구조 부재의 어렵고 복잡한 장착이 방지될 수 있고 비용은 절감될 수 있다.
2개의 선형 시일 사이에 하우징을 유연하게 고정하는 것을 통해, 프로브의 측정 민감도 및 진단 성능은 종래 기술에 비해 개선될 수 있고, 제조 변동에 대한 높은 공차도 가능해질 수 있다. 그 밖에, 2개의 선형 시일을 포함하는 시일의 구성에 의해 고밀봉성이 달성될 수 있다. 또한, 디스크 스프링으로서 지지 부재의 구성이 바람직한데, 그 이유는 프로브의 내진동성이 개선되기 때문이다.
추가 세부 사항들 및 특징들은 도면들에 개략적으로 도시되어 있는 바람직한 실시예들의 하기 설명에 제시된다.
도 1은 본 발명에 따른 센서 시스템의 일 실시예이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 선형 시일의 실시예들이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 시일의 추가 실시예이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 시일의 추가 실시예이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 지지 부재를 포함하는 본 발명에 따른 시일의 일 실시예이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 지지 부재를 포함하는 본 발명에 따른 시일의 한 실시예이다.
도 1에는, 측정 가스 챔버(112) 내의 측정 가스의 하나 이상의 가스 특성을 검출하기 위한 본 발명에 따른 센서 시스템(110)의 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 센서 시스템(110)은 측정 가스 챔버(112) 내의 측정 가스의 특성을 검출하기 위한 프로브(114)를 포함한다. 프로브(114)는 특히 자동차의 배기가스관 내에서 공기-연료 혼합기 내의 가스 성분을 검출하기 위해 사용되는 특히 람다 프로브로서 형성될 수 있다. 따라서 측정 가스 챔버(112)는 특히 유동 튜브일 수 있다. 프로브(114)는, 예컨대 Konrad Reif(콘라트 라이프)(출판인)의 "자동차에서의 센서(Sensoren im Kraftfahrzeug)" 1판(2012년) 160 ~ 165쪽에서 형성될 수 있는 것과 같은 센서 부재(116)를 포함할 수 있다. 그러나 센서 부재(116)의 다른 구성들도 원칙적으로 가능하며, 예컨대 센서 부재(116)는 온도 센서 부재 또는 압력 센서 부재 또는 입자 센서 부재로서도 형성될 수 있다. 프로브(114)는, 열적 및 기계적 영향들로부터 센서 부재를 보호하기 위해 센서 부재(116)를 둘러싸는 보호 튜브(120)를 구비한 하우징(118)을 포함할 수 있다. 보호 튜브(120)는 내부 보호 튜브(122)와 외부 보호 튜브(124)를 포함하는 이중 벽 보호 튜브로서 형성될 수 있다.
센서 시스템(110)은 측정 가스 챔버(112)의 벽부(128)와 연결될 수 있는 수용 부재(126)를 포함한다. 이 경우, 연결부는 영구적일 수 있으며, 예컨대 용접 결합을 통해 제공될 수 있다. 바람직하게는 연결부는 가역적 연결부(reversible connection)로서, 예컨대 나사 연결부를 통해 형성될 수 있고, 프로브(114)는 수용 부재(126)와 분리 가능하게 연결된다. 이 경우, 수용 부재(126)는 예컨대 내식성 강으로 이루어진 예컨대 용접 소켓으로서 형성될 수 있다. 용접 소켓은 측정 가스 챔버(112)의 벽부(128)와 용접될 수 있다. 프로브(114)는 삽입 축(130)을 따라서 외부 영역(132)으로부터 수용 부재(126)를 통과하여 측정 가스 챔버(112) 내로 삽입될 수 있다. 프로브(114)가 삽입된 경우, 수용 부재(126)는 프로브(114)를 완전하게 에워쌀 수 있다. 특히 프로브(114)는 수용 부재(126)에 의해 환형으로 에워싸일 수 있다. 프로브(114)의 하우징(118)은, 수용 부재(126) 내로 삽입된 상태에서, 부분적으로 측정 가스 챔버(112) 안쪽으로 돌출될 수 있고 부분적으로는 측정 가스 챔버(112)의 외부에 배치될 수 있다. 특히 하우징(118)은 수용 부재(126)를 통과하여 측정 가스 챔버(112) 안쪽으로 돌출될 수 있다. 예컨대 이중 벽 보호 튜브(120)의 일부분, 예컨대 50%, 바람직하게는 이중 벽 보호 튜브(120)의 80%, 특히 바람직하게는 90%가 측정 가스 챔버(112) 안쪽으로 돌출될 수 있다.
그 밖에, 센서 시스템(110)은, 수용 부재(126) 상에 프로브(114)를 고정하기 위해, 하나 이상의 고정 부재(134)를 포함할 수 있다. 프로브(114)는 고정 부재(134)에 의해 수용 부재(126)에 대해 가압되어 압력 끼워맞춤 방식으로 고정될 수 있다. 고정 부재(134)는, 하우징 측 나사부와 수용 부재 측 나사부를 구비할 수 있는 하나 이상의 나사부(136)를 포함할 수 있다. 하우징 측 나사부는 유니언 볼트를 포함할 수 있다. 예컨대 프로브(114)는 유니언 볼트 및/또는 하나 이상의 유니언 너트로 압력 끼워맞춤 방식으로 나사 조임을 통해 고정될 수 있다. 도 1에는, 프로브(114)가 유니언 볼트로 용접 소켓 내에 고정될 수 있는 실시예가 도시되어 있다.
그 밖에도, 이중 벽 보호 튜브(120)는 내부 챔버(138)를 포함할 수 있다. 내부 챔버(138) 내에는 센서 부재(116)가 수용될 수 있다. 프로브(114)가 수용 부재(126) 내로 삽입된 경우, 측정 가스는 내부 챔버(138) 내로 유입될 수 있다. 이를 위해, 이중 벽 보호 튜브(120)는 환형 갭을 포함할 수 있으며, 그럼으로써 측정 가스는 환형 갭을 통해 내부 챔버(138) 내로 유입될 수 있다.
프로브(114)는 시일(140)에 의해 측정 가스 챔버(112)로부터 밀봉될 수 있다. 시일(140)은 선형 시일로서 형성된다. 프로브(114)가 수용 부재(126) 내로 삽입된 경우, 시일(140), 특히 제 1 선형 시일(146)은 측정 가스 챔버(112)와 고정 부재(134) 사이에 배치될 수 있으며, 그리고 측정 가스 챔버(112)로부터 측정 가스의 유출을 방지할 수 있다. 하우징(118)은 지지 부재(142)를 포함할 수 있다. 지지 부재(142)는 환형으로 형성될 수 있고 환형 견부의 형태로 프로브(114)를 에워쌀 수 있다. 그 밖에, 수용 부재(126)는 실링 부재(144)를 포함할 수 있다. 선형 시일(140), 특히 제 1 선형 시일(146)은 실링 부재(144) 및 지지 부재(142)에 의해 형성될 수 있다. 프로브(114)가 수용 부재(126) 내로 삽입된 경우, 지지 부재(142)는 실링 부재(144) 상에 안착될 수 있고, 특히 지지 부재(142)의 면과 실링 부재(144)의 면이 접촉된다. 특히 면들은 선형으로 접촉된다. 지지 부재(142) 및 실링 부재(144)의 접촉되는 면들의 기하학적 구성은 바람직하게는 원뿔형-원뿔형으로 형성되고, 즉 두 면이 원뿔형으로, 특히 챔퍼링된 면으로서 형성될 수 있거나, 또는 원뿔형-반경부 형태로 형성될 수 있으며, 즉 실링 부재(144)의 면은 예컨대 원뿔형으로 형성되고 지지 부재(142)의 면은 반경부를 갖는 라운딩된 면으로서 형성된다. 원뿔형-반경부 형태로 형성된 시일(140), 특히 제 1 선형 시일(146)은 지지 부재(142)의 표면의 원뿔형 형성 및 실링 부재(144)의 라운딩되어 형성된 면에 의해서도 달성될 수 있다.
도 2a에는, 본 발명에 따른 선형 시일(140), 특히 제 1 선형 시일(146)의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에서, 선형 시일(146), 특히 제 1 선형 시일(146)은 원뿔형-원뿔형 시일로서 형성된다. 실링 부재(144)와 지지 부재(142)는 각각 원뿔면을 포함할 수 있다. 실링 부재(144)의 원뿔면은 지지 부재(142)의 원뿔면과는 다른 각도로, 특히 다른 원뿔각으로 제조될 수 있었다. 예컨대 실링 부재(144)의 원뿔면이 제조된 각도는 지지 부재(142)의 원뿔면의 각도보다 더 클 수 있다. 특히 실링 부재(144)의 원뿔면은 지지 부재(142)의 원뿔면에 대해 10°만큼, 바람직하게는 15°만큼, 특히 바람직하게는 20°만큼 경사질 수 있다. 원뿔면들 상호 간의 상기 경사각은 원칙적으로 변할 수 있으며 예컨대 고객 요구에 부합하게 형성될 수 있다. 실링 부재(144) 및 지지 부재(142)의 원뿔면들은, 상호 간에 안착될 때 선형 시일(140), 특히 제 1 선형 시일(146)을 형성하는 방식으로 접촉된다. 원뿔면들이 선형으로 상호 간에 안착되는 것과 함께 실링 부재(144)의 원뿔 형태는 수용 부재(126) 내에서 프로브의 자기 센터링을 달성할 수 있다.
도 2b에는, 본 발명에 따른 선형 시일(140), 특히 제 1 선형 시일(146)의 추가의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 실링 부재(144)는 원뿔면을 포함하고, 지지 부재(142)는 반경부, 특히 라운딩된 면을 포함할 수 있다. 실링 부재(144)가 반경부를 포함하고 지지 부재(142)는 원뿔면을 포함하는 실시예도 원칙적으로 가능하다. 실링 부재(144)의 원뿔면 및 지지 부재(142)의 라운딩된 표면은, 상호 간에 안착될 때, 측정 가스 챔버(112)로부터 프로브(114)를 밀봉하도록 구성되는 선형 시일(140), 특히 제 1 선형 시일(146)을 형성하는 방식으로 접촉된다.
도 3a에는, 본 발명에 따른 선형 시일(140)의 추가 실시예가 도시되어 있다. 절개 부분(A)의 확대도는 도 3b에 도시되어 있다. 본 실시예에서, 시일(140)은 제 1 선형 시일(146)과 제 2 선형 시일(148)을 포함할 수 있다. 제 1 선형 시일(146)은 수용 부재(126) 및 하우징(118), 특히 지지 부재(142)에 의해 형성될 수 있다. 실링 부재(144)는 원뿔면을 포함할 수 있고 지지 부재(142)는 반경부, 특히 라운딩된 면을 포함할 수 있다. 실링 부재(144)의 원뿔면과 지지 부재(142)의 라운딩된 면은, 상호 간에 안착될 때 제 1 선형 시일(146)을 형성하는 방식으로 접촉된다. 제 2 선형 시일(148)은 하우징(118), 특히 지지 부재(142)와, 수용 부재 내에 하우징(118)을 고정하기 위한 고정 부재(134)에 의해 형성될 수 있다. 고정 부재(134)는 특히 유니언 볼트 및/또는 유니언 너트로서 형성될 수 있다. 고정 부재(134)는 원뿔면을 포함하고, 지지 부재(142)는 반경부, 특히 라운딩된 면을 포함할 수 있다. 고정 부재(134)의 원뿔면과 지지 부재(142)의 라운딩된 면은, 상호 간에 안착될 때 제 2 선형 시일(148)을 형성하는 방식으로 접촉된다.
지지 부재(142)는 축 방향으로 선형 시일들 사이에 매립될 수 있다. 하우징(118)은 유연하게 제 1 선형 시일(146)과 제 2 선형 시일(148) 사이에서 고정될 수 있고, 및/또는 제 1 선형 시일(146) 및 제 2 선형 시일(148)은 센서 시스템(110)의 축을 중심으로 하는 경동 운동과 관련해서, 특히 삽입 축(130)에 대한 소정의 각도(α)의 경동 운동과 관련해서 하우징(118)을 유연하게 고정할 수 있다. 따라서 지지 부재(142), 특히 프로브(114)는 제 1 선형 시일(146)과 제 2 선형 시일(148) 사이에서 축 방향으로 정렬될 수 있다.
도 4a에는, 시일(140)이 제 1 선형 시일(146)과 제 2 선형 시일(148)을 포함할 수 있는, 시일(140)의 한 추가 실시예가 도시되어 있다. 절개 부분(A)의 확대도는 도 4b에 도시되어 있다. 제 1 선형 시일(146)은 실링 부재(144)의 원뿔면과 지지 부재(142)의 라운딩된 면, 특히 그 반경부에 의해 형성될 수 있다. 제 2 선형 시일(148)은 고정 부재(134)의 라운딩된 면, 특히 반경부와 지지 부재(142)의 원뿔면에 의해 형성될 수 있다.
도 5 및 도 6에는, 시일(140)이 제 1 선형 시일(146)과 제 2 선형 시일(148)을 포함할 수 있고, 지지 부재(142)는 적어도 부분적으로 스프링 부재로서, 특히 디스크 스프링으로서 형성될 수 있는, 실시예가 도시되어 있다. 제 1 선형 시일(146)은 실링 부재(144)의 원뿔면과 지지 부재(142)의 라운딩된 면, 특히 그 반경부에 의해 형성될 수 있다. 제 2 선형 시일(148)은 고정 부재(134)의 라운딩된 면, 특히 그 반경부와 지지 부재(142)의 원뿔면에 의해 형성될 수 있다. 각각의 절개 부분(A)의 확대도는 도 5b 및 도 6b에 도시되어 있다. 예컨대 진동이 있을 때, 지지 부재(142)는 제 1 선형 시일(146)과 제 2 선형 시일(148) 사이에서 이동될 수 있고, 그에 따라 밀봉성을 보장할 수 있다. 도 5b 및 도 6b에는, 실링 부재(144)와 고정 부재(134) 사이에서 서로 상이한 위치에 위치하는 지지 부재(142)가 도시되어 있다.
110 센서 시스템
112 측정 가스 챔버
114 프로브
116 센서 부재
118 하우징
120 보호 튜브
126 수용 부재
128 벽부
130 삽입 축
134 고정 부재
136 나사부
138 내부 챔버
140 시일
142 지지 부재
144 실링 부재
146 제 1 선형 시일
148 제 2 선형 시일

Claims (15)

  1. 측정 가스 챔버(112) 내의 측정 가스의 하나 이상의 특성을 검출하기 위한 센서 시스템(110)으로서, 측정 가스의 특성을 검출하기 위한 프로브(114)를 포함하는 센서 시스템에 있어서, 상기 프로브(114)는 하나 이상의 센서 부재(116), 및 상기 센서 부재(116)를 에워싸는 하나 이상의 하우징(118)을 포함하고, 상기 하우징(118)은, 상기 하우징(118) 내의 상기 센서 부재(116)가 측정 가스를 공급받을 수 있는 방식으로 형성되고, 상기 센서 시스템(110)은 또한 상기 측정 가스 챔버(112)의 벽부(128)와 연결될 수 있는 수용 부재(126)를 포함하고, 상기 프로브(114)는 삽입 축(130)을 따라서 상기 수용 부재(126) 내로 삽입되어 상기 수용 부재(126) 내에서 고정될 수 있고, 상기 프로브(114)는 하나 이상의 시일(140)에 의해 상기 측정 가스 챔버(112)로부터 밀봉될 수 있으며, 상기 시일(140)은 하나 이상의 선형 시일을 포함하는, 센서 시스템(110).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 선형 시일은 상기 수용 부재(126) 및 상기 하우징(118)에 의해 형성되는, 센서 시스템(110).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하우징(118)은 지지 부재(142)를 포함하고, 상기 수용 부재(126)는 실링 부재(144)를 포함하고, 상기 지지 부재(142) 및 상기 실링 부재(144)는 상기 시일(140)을 형성하며, 상기 프로브(114)가 상기 수용 부재(126) 내로 삽입된 경우 상기 지지 부재(142)는 상기 실링 부재(144) 상에 안착되는, 센서 시스템(110).
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 지지 부재(142)는 환형으로, 특히 환형 견부의 형태로 상기 프로브(114)를 에워싸는, 센서 시스템(110).
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 지지 부재(142) 및 상기 실링 부재(144)는 자기 센터링 방식으로 형성되는, 센서 시스템(110).
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 부재(142)는 적어도 부분적으로 스프링 부재로서, 특히 디스크 스프링으로서 형성되는, 센서 시스템(110).
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시일(140)은 2개 이상의 선형 시일을 포함하는, 센서 시스템(110).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선형 시일(140)은,
    - 상기 지지 부재(142) 및 상기 실링 부재(144)가 각각 서로 상이한 원뿔각을 갖는 원뿔면들을 포함하는, 원뿔형-원뿔형 시일과;
    - 상기 지지 부재(142)와 상기 실링 부재(144) 중에서 선택되는 하나의 부재가 원뿔면을 포함하고, 다른 부재는 반경부를 포함하는, 원뿔형-반경부 형태의 시일로
    구성되는 군에서 선택되는, 센서 시스템(110).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로브(114)는 상기 수용 부재(126)와 분리 가능하게 연결될 수 있는, 센서 시스템(110).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 시스템(110)은 또한 하나 이상의 고정 부재(134)를 포함하며, 상기 고정 부재(134)는 상기 수용 부재(126) 내에 압력 끼워맞춤 방식으로 상기 프로브(114)를 고정하도록 구성되는, 센서 시스템(110).
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 고정 부재(134)는 하나 이상의 나사부(136)를 포함하고, 상기 나사부(136)는 하우징 측 나사부와 수용 부재 측 나사부를 포함하는, 센서 시스템(110).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용 부재(126)는 용접 소켓으로서 형성되는, 센서 시스템(110).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징(118)은 하나 이상의 보호 튜브(120)를 포함하고, 상기 보호 튜브(120)는 하나 이상의 내부 챔버(138)와 상기 내부 챔버(138) 내에 수용되는 적어도 상기 센서 부재(116)를 포함하며, 상기 보호 튜브(120)는, 측정 가스가 상기 내부 챔버(138) 내로 유입될 수 있는 방식으로 형성되는, 센서 시스템(110).
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 보호 튜브(120)는 이중 벽 보호 튜브이고, 상기 이중 벽 보호 튜브는 환형 갭을 포함하고, 측정 가스는 상기 환형 갭을 통과하여 상기 내부 챔버(138) 내로 유입될 수 있는, 센서 시스템(110).
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 보호 튜브(120)는 삽입 축(130)에 대해 기울어져 측정 가스 챔버(112) 내로 향하는, 센서 시스템(110).
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