WO2006097414A1 - Gas sensor and method for the production thereof - Google Patents

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WO2006097414A1
WO2006097414A1 PCT/EP2006/060497 EP2006060497W WO2006097414A1 WO 2006097414 A1 WO2006097414 A1 WO 2006097414A1 EP 2006060497 W EP2006060497 W EP 2006060497W WO 2006097414 A1 WO2006097414 A1 WO 2006097414A1
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WO
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sensor
cone
conical
housing
base
Prior art date
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PCT/EP2006/060497
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German (de)
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Inventor
Siegfried Nees
Heinrich Hipp
Lothar Diehl
Andreas Schaak
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • GPHYSICS
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    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4078Means for sealing the sensor element in a housing

Definitions

  • the invention relates to a sensor for the determination of gases in gas mixtures and to a method for its production and to its use according to the preamble of the independent claims.
  • Gas sensors for determining gases in exhaust gases of internal combustion engines are usually designed on the basis of a ceramic sensor element, which is fixed in a metallic housing of the sensor and sealed by means of a suitable seal against the corrosive gases occurring in the combustion chamber or in the exhaust system.
  • an electrochemical measuring sensor in which a plate-shaped ceramic sensor element is mounted within a metallic housing.
  • the sensor has a sealing arrangement consisting of two sealing elements comprising a mixture of steatite powder and boron nitride powder, wherein a further sealing element made of boron nitride is provided between the two sealing elements.
  • the sealing arrangement is limited within the housing in each case in the longitudinal direction of the sensor by a respective ceramic molded part. In the manufacture of the sensor, a pressure is exerted on the connection-side molded part, so that the individual sealing elements are pressed together with the sensor element or the housing.
  • the object of the present invention is to provide a sensor for the determination of gases in gas mixtures, which has an effective seal of a sensor element integrated in the sensor.
  • the sensor according to the invention or the method according to the invention for its manufacture with the characterizing features of the independent claims advantageously solves the problem underlying the invention.
  • the sensor shows due to a uniform compression of the powdery sealing elements, especially in the immediate vicinity of the sensor element very good sealing properties.
  • a bevel of the sealing elements delimiting ceramic molded body occurs when pressing the sensor to a material movement of the sealing powder toward the longitudinal axis of the sensor and there to build up an elevated pressure. In this way, gaps between the ceramic molded body and sensor element are effectively filled with sealing material.
  • a the sealing elements facing boundary surface of at least one of the molded body has a substantially conical or frusto-conical recess, wherein the conical surface of the cone or truncated cone forms with its base an angle of 1 to 38 °, in particular from 1 to 10 °.
  • the angle formed by the base of the cone or truncated cone and by its conical surface is selected according to the height of the contact pressure, wherein an enlargement of the angle is provided when the contact pressure is reduced. In this way, an optimal seal can be realized adapted to the respective intended contact pressure.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a sensor according to a first
  • FIG. 2 shows a detail of the sensor shown in FIG. 1 in the embodiment according to a second exemplary embodiment
  • FIG 3 shows a detail of the sensor shown in Figure 1 in the embodiment according to a third embodiment
  • FIG 4 shows a detail of the sensor shown in Figure 1 in the embodiment according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 shows a basic structure of a sensor for the determination of gases in gas mixtures.
  • the sensor 10 for example an electrochemical oxygen sensor, comprises a metallic housing 12, which has a thread 13 as a fastening means for installation in a - A -
  • sample gas tube which is formed for example as exhaust gas leading system has.
  • the housing 12 has a longitudinal bore 15 with a shoulder-shaped annular surface 16.
  • On the shoulder-shaped annular surface 16 is, for example, a metallic sealing ring 18, on which a messgas workedes ceramic molding 21 rests.
  • the messgas workede ceramic molding 21 has a running in the direction of the longitudinal bore 15, centrally disposed and continuous measuring gas side opening 22.
  • Spaced apart from the measuring gas side ceramic molding 21, a connection-side ceramic molding 23 is also arranged in the longitudinal bore 15.
  • the connection-side ceramic molded part 23 has a likewise arranged in the direction of the longitudinal bore 15, centrally arranged and continuous connection-side opening 24.
  • the measuring gas side opening 22 of the measuring gas side ceramic molding 21 and the connection side opening 24 of the connection side ceramic molding 23 are aligned with each other.
  • a plate-shaped sensor element 27 having a measuring gas side end portion 28 and a connection-side end portion 29th
  • the measuring gas side end portion 28 of the sensor element 27 protrudes from the housing 12 and is surrounded by a protective tube 31 which is fixed to the housing 12.
  • the protective tube 31 has inlet and outlet openings 32 for the gas to be measured.
  • the connection-side end portion 28 has connection contacts 34, which also protrude from the housing 12.
  • the connection contacts 34 are contacted with a contact plug, not shown, provided with connecting cables.
  • the protruding from the housing 12 terminal-side end portion 29 is surrounded by an encapsulation, not shown, which protects the connection-side end portion 29 from environmental influences.
  • a sealing arrangement 35 consisting of a first sealing element 36, a second sealing element 37 and a third sealing element 38, between the measuring gas side ceramic shaped part 21 and the connection side ceramic shaped part 23.
  • the first sealing element 36 is seated on the ceramic gas part 21 on the measuring gas side.
  • the second sealing element 37 connects.
  • the third sealing element 38 Above the second sealing element 37 is the third sealing element 38, which is in contact with the connection-side ceramic shaped part 23.
  • a contact pressure is exerted on a metal sleeve 40, which transmits it to the connection-side ceramic molding 23.
  • the metal sleeve 40 has, for example, a plurality of claws 41 pointing backwards, which engage in notches 42 formed on the housing 12. However, it is also conceivable to weld the metal sleeve 40 to the housing 12.
  • the first and third sealing elements 36, 38 are preferably made of a mixture of steatite powder and hexagonal boron nitride powder.
  • the proportion of boron nitride is preferably more than 10 percent by weight.
  • An optimum proportion of boron nitride is between 15 and 30% by weight, preferably 20% by weight, since optimal sliding properties are present in this region.
  • the steatite powder has a particle radius of 200 to 300 ⁇ m, preferably 250 ⁇ m, and the boron nitride powder has a particle radius of 2 to 3 ⁇ m, preferably 2.5 ⁇ m.
  • the second sealing element 37 consists for example of hexagonal boron nitride.
  • seal assembly 35 consists only of a single sealing element having the properties of the first sealing element 36 described in Figure 1. It is furthermore conceivable that the sealing arrangement 35 consists of any combination of two of the three sealing elements 36, 37, 38 shown in FIG.
  • the sealing elements 36, 37, 38 Prior to installation in the longitudinal bore 15 of the housing 12, the sealing elements 36, 37, 38 are preferably precompressed, preformed and preheated at a temperature corresponding to at least the later use temperature of, for example, 630 0 C.
  • the thus formed annular sealing elements 36, 37, 38 are used according to the embodiment in the sensor element 27 already containing longitudinal bore 15.
  • the connection-side ceramic molding 23 is then arranged.
  • the metal sleeve 40 is placed on the connection-side ceramic molding 23. Subsequently, a force is exerted on the metal sleeve 40 by means of a punch, which acts on the connection-side ceramic molding 23 on the sealing elements 36, 37, 38 of the seal assembly 35.
  • the prefabricated rings of the sealing elements 36, 37, 38 are deformed in such a way that the material of the sealing elements 36, 37, 38 presses against the sensor element 27 and against the housing 12. Before and / or after the installation, residual water can be expelled from the sealing elements 36, 37, 38, for example by induction heating.
  • a sufficient sealing of the sensor element 27 within the sensor 10 is essential.
  • the problem is the sealing, in particular in the region of the openings 22, 24 of the ceramic moldings 21, 23, since these openings have production due to a certain tolerance in order to allow a passage of the sensor element 27 through the openings 22, 24. Since a force is exerted in the longitudinal direction of the sensor when pressing the sensor onto the sleeve 40, the material of the sealing elements 36, 37, 38 is often not moved sufficiently in the direction of the sensor element 27 and the sealing effect achieved is in the immediate region of the sensor element 27. inadequate.
  • the conical or frustoconical depression has a relatively small depth.
  • the conical surface of the conical or conical recess 50 with the base of the cone or truncated cone preferably encloses an angle of 1 to 10 °, in particular 2 to 5 °. This is already sufficient to generate a force component in the direction of the sensor element 27 when the contact pressure is exerted, so that a sufficient compression of the powdery sealing material of the sealing element 36 occurs in the immediate vicinity of the sensor element.
  • the conical surface of a cone is understood to mean the cone-shaped boundary surface adjoining its base surface.
  • the angle enclosed by the conical surface of the cone or truncated cone and its base has a higher value of up to approximately 38 °. This results from the fact that at a lower contact pressure, a smaller, acting in the direction of the sensor element 27 force component is assumed. However, in order to keep this force component substantially constant, in turn, a larger angle between the base and the conical surface of the depression 50 descriptive cone or truncated cone is provided.
  • the factor c represents a correction factor for friction components and deformability of the sealing material.
  • the recess 50 describing cone or truncated cone does not necessarily have a round base. Rather, the base can also be formed by an oval surface, wherein the regions of small diameter of the oval coincide in particular with the longitudinal sides of the plate-shaped sensor element to be sealed. But there are also other useful embodiments of the base, for example. In a rectangular design possible.
  • the conical surface of the cone or truncated cone in the region of a longitudinal side of the sensor element 27 includes a smaller angle with its base than in the Area of a narrow side of the sensor element 27th
  • FIG. 2 shows a sensor according to a second exemplary embodiment.
  • the same reference numerals designate the same component components as in FIG. 1.
  • the base of the recess 50 describing cone or truncated cone has a smaller diameter than the ceramic moldings 21, 23. In this way it can be prevented that by forming a recess 50, although a sufficient sealing of the sensor element 27 is achieved, but this At the expense of a sufficient sealing of the ceramic moldings 21, 23 relative to the housing 12 is done.
  • the embodiment illustrated in FIG. 2 ensures that sealing material remains in sufficient quantity in the region of the outer edges of the ceramic shaped parts 21, 23.
  • FIG. 3 shows a sensor according to a third exemplary embodiment.
  • the same reference numerals designate the same component components as in FIGS. 1 and 2.
  • the recess 50 is designed so that it can be described by a cone whose tip is not linearly connected to the base circumference, but is approximated by a hyperbolic curve.
  • the advantage of this embodiment is to be seen in particular in the fact that upon application of a contact pressure to the sleeve 40, in particular in the areas of the sealing element 38 close to the sensor element 27, a particularly high force component in the direction of the sensor element 27 is to be expected. This further improves the sealing effect.
  • FIG. 4 shows a sensor according to a third exemplary embodiment.
  • the same reference numerals designate the same component components as in FIGS. 1 to 3.
  • the embodiment depicted in FIG. 4 corresponds to that shown in FIG. 2, but the ceramic shaped part 23 has a chamfer 52 of the outer edge, which is formed by the boundary surface facing the sealing element 38 and the boundary surface facing the housing 12.
  • a chamfer 52 of the outer edge which is formed by the boundary surface facing the sealing element 38 and the boundary surface facing the housing 12.
  • the outer edge may also have a rounding or bevel.
  • one or both of the ceramic shaped parts 21, 23 may be designed according to one of the embodiments 1 to 4 or combinations thereof.
  • both ceramic mold parts 21, 23 may be configured in the same way or in different ways with regard to their interfaces facing the sealing elements 36, 38.
  • the sensor according to the invention is suitable for receiving a wide variety of electrochemical sensor elements which serve to determine gases such as, for example, oxygen, nitrogen oxides, sulfur oxides, ammonia, carbon black or hydrocarbons.

Abstract

The invention relates to a gas sensor for determining gases in gas mixtures comprising a sensor element (27) which is fixed in a sensor housing (12) and surrounded with a seal joint (35) between a connecting area (29) and an area (28) oriented towards the gas mixture, whereby said seal joint (35) is delimited in the sensor longitudinal direction by a shaped body (21, 23), respectively, provided with a passage (22, 24) for the sensor element (27). In such a manner, the limiting surface oriented to the seal joint (35) of at least one shaped body (21, 23) is provided with a practically conical or truncated recess (50) and the conical surface of the cone or truncated cone and the base surface thereof form an angle ranging from 1 to 38°.

Description

GASSENSOR UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNGGAS SENSOR AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Bestimmung von Gasen in Gasgemischen und ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a sensor for the determination of gases in gas mixtures and to a method for its production and to its use according to the preamble of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Gassensoren zur Bestimmung von Gasen in Abgasen von Verbrennungsmotoren sind üblicherweise auf der Basis eines keramischen Sensorelementes ausgeführt, das in einem metallischen Gehäuse des Sensors fixiert und mittels einer geeigneten Dichtung gegenüber den in Verbrennungsraum oder im Abgastrakt auftretenden korrosiven Gasen abgedichtet ist.Gas sensors for determining gases in exhaust gases of internal combustion engines are usually designed on the basis of a ceramic sensor element, which is fixed in a metallic housing of the sensor and sealed by means of a suitable seal against the corrosive gases occurring in the combustion chamber or in the exhaust system.
So ist aus der DE 100 09 597 Al ein elektrochemischer Messfühler bekannt, bei dem ein plättchenförmiges keramisches Sensorelement innerhalb eines metallischen Gehäuses gehaltert ist. Zur Abdichtung des Sensorelementes weist der Messfühler eine Dichtungsanordnung auf, die aus zwei Dichtelementen besteht, die eine Mischung aus Steatitpulver und Bornitridpulver umfassen, wobei zwischen den beiden Dichtelementen ein weiteres Dichtelement aus Bornitrid vorgesehen ist. Die Dichtungsanordnung ist innerhalb des Gehäuses jeweils in Längsrichtung des Sensors von je einem keramischen Formteil begrenzt. Bei der Herstellung des Sensors wird auf das anschlussseitige Formteil ein Druck ausgeübt, sodass es zu einem Verpressen der einzelnen Dichtelemente mit dem Sensorelement bzw. dem Gehäuse kommt. Eine ausreichende Dichtungswirkung wird jedoch nur erreicht, wenn es gelingt, auch die das Sensorelement enthaltenden Durchbrechungen in den keramischen Formteilen abzudichten. Da diese Durchbrechungen fertigungsbedingt eine relativ große Toleranz aufweisen, ist eine derartige Abdichtung nicht in allen Fällen gewährleistet und es kommt gegebenenfalls zu einem frühen Ausfall des Gassensors.Thus, from DE 100 09 597 Al an electrochemical measuring sensor is known, in which a plate-shaped ceramic sensor element is mounted within a metallic housing. To seal the sensor element, the sensor has a sealing arrangement consisting of two sealing elements comprising a mixture of steatite powder and boron nitride powder, wherein a further sealing element made of boron nitride is provided between the two sealing elements. The sealing arrangement is limited within the housing in each case in the longitudinal direction of the sensor by a respective ceramic molded part. In the manufacture of the sensor, a pressure is exerted on the connection-side molded part, so that the individual sealing elements are pressed together with the sensor element or the housing. However, a sufficient sealing effect is only achieved if it is possible to seal the openings containing the sensor element in the ceramic moldings. Since these breakthroughs due to production have a relatively large tolerance, such is Sealing is not guaranteed in all cases and it comes eventually to an early failure of the gas sensor.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sensor zur Bestimmung von Gasen in Gasgemischen bereitzustellen, der eine wirkungsvolle Abdichtung eines in den Sensor integrierten Sensorelementes aufweist.The object of the present invention is to provide a sensor for the determination of gases in gas mixtures, which has an effective seal of a sensor element integrated in the sensor.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße Sensor bzw. das erfϊndungsgemäße Verfahren zu dessen Herstellung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche löst in vorteilhafter Weise die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe.The sensor according to the invention or the method according to the invention for its manufacture with the characterizing features of the independent claims advantageously solves the problem underlying the invention.
Der Sensor zeigt bedingt durch eine gleichmäßige Verpressung der pulverförmigen Dichtelemente insbesondere unmittelbar im Bereich des Sensorelementes sehr gute Dichteigenschaften. Durch eine Anschrägung der die Dichtelemente begrenzenden keramischen Formkörper kommt es beim Verpressen des Sensors zu einer Materialbewegung des Dichtpulvers hin zur Längsachse der Sensors und dort zum Aufbau eines erhöhten Drucks. Auf diese Weise werden Spalten zwischen keramischem Formkörper und Sensorelement wirkungsvoll mit Dichtmaterial ausgefüllt.The sensor shows due to a uniform compression of the powdery sealing elements, especially in the immediate vicinity of the sensor element very good sealing properties. By a bevel of the sealing elements delimiting ceramic molded body occurs when pressing the sensor to a material movement of the sealing powder toward the longitudinal axis of the sensor and there to build up an elevated pressure. In this way, gaps between the ceramic molded body and sensor element are effectively filled with sealing material.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Sensors bzw. Verfahrens möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the specified in the independent claims sensor or method are possible.
So ist von Vorteil, wenn eine den Dichtelementen zugewandte Begrenzungsfläche mindestens eines der Formkörper eine im wesentlichen kegelförmige oder kegelstumpfförmige Aussparung aufweist, wobei die Kegelfläche des Kegels oder Kegelstumpfes mit dessen Grundfläche einen Winkel von 1 bis 38°, insbesondere von 1 bis 10° einschließt. Auf diese Weise wird eine ausreichende Menge des Dichtpulvers beim Verpressen in Richtung der Längsachse des Sensors verlagert, ohne dass es gleichzeitig zu einem Herausschieben eines Formkörpers aus dem Gehäuse des Sensors kommt.So it is advantageous if a the sealing elements facing boundary surface of at least one of the molded body has a substantially conical or frusto-conical recess, wherein the conical surface of the cone or truncated cone forms with its base an angle of 1 to 38 °, in particular from 1 to 10 °. In this way, a sufficient amount of the sealing powder is displaced during pressing in the direction of the longitudinal axis of the sensor, without at the same time comes to pushing out a shaped body from the housing of the sensor.
Weiterhin ist von Vorteil, wenn eine Kante des Formkörpers, die durch eine dem Gehäuse des Sensors zugewandte Begrenzungsfläche des Formkörpers und durch eine den Dichtelementen zugewandte Begrenzungsfläche des Formkörpers gebildet wird, eine Fase, Abschrägung oder Abrundung aufweist. Durch die Abschrägung der Außenkante des oder der Formkörper wird ein Teil des pulverförmigen Dichtmaterials beim Verpressen des Sensors in Richtung der Gehäusewand verschoben, sodass auch ein dort existierender Außenspalt zwischen Gehäusewand und Formkörper abgedichtet wird.Furthermore, it is advantageous if an edge of the shaped body, through a housing of the Sensor facing the boundary surface of the molding and is formed by a sealing elements facing the boundary surface of the molding, having a chamfer, bevel or rounding. As a result of the beveling of the outer edge of the molded body or bodies, part of the powdery sealing material is displaced in the direction of the housing wall during pressing of the sensor, so that an outer gap existing there between the housing wall and the molded body is also sealed.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der durch die Grundfläche des Kegels oder Kegelstumpfes und durch dessen Kegelfläche gebildete Winkel nach der Höhe des Anpressdrucks gewählt, wobei bei einer Reduzierung des Anpressdrucks eine Vergrößerung des Winkels vorgesehen wird. Auf diese Weise kann eine optimale Abdichtung angepasst an den jeweils vorgesehenen Anpressdruck realisiert werden.In a particularly advantageous embodiment of the present invention, the angle formed by the base of the cone or truncated cone and by its conical surface is selected according to the height of the contact pressure, wherein an enlargement of the angle is provided when the contact pressure is reduced. In this way, an optimal seal can be realized adapted to the respective intended contact pressure.
Zeichnungdrawing
Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:Four embodiments of the invention are illustrated in the drawing and explained in more detail in the following description. It shows:
■ Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Sensor gemäß einem ersten1 shows a schematic longitudinal section through a sensor according to a first
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,Embodiment of the present invention
■ Figur 2 einen Ausschnitt des in Figur 1 dargestellten Sensors in der Ausführung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,FIG. 2 shows a detail of the sensor shown in FIG. 1 in the embodiment according to a second exemplary embodiment,
■ Figur 3 einen Ausschnitt des in Figur 1 dargestellten Sensors in der Ausführung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und3 shows a detail of the sensor shown in Figure 1 in the embodiment according to a third embodiment, and
■ Figur 4 einen Ausschnitt des in Figur 1 dargestellten Sensor in der Ausführung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.4 shows a detail of the sensor shown in Figure 1 in the embodiment according to a fourth embodiment.
Ausführungsbeispieleembodiments
Figur 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau eines Sensors zur Bestimmung von Gasen in Gasgemischen. Der Sensor 10, beispielsweise ein elektrochemischer Sauerstoffsensor, umfasst ein metallisches Gehäuse 12, das ein Gewinde 13 als Befestigungsmittel für den Einbau in ein - A -Figure 1 shows a basic structure of a sensor for the determination of gases in gas mixtures. The sensor 10, for example an electrochemical oxygen sensor, comprises a metallic housing 12, which has a thread 13 as a fastening means for installation in a - A -
nicht dargestelltes Messgasrohr, das beispielsweise als abgasführendes System ausgebildet ist, aufweist. Das Gehäuse 12 hat eine Längsbohrung 15 mit einer schulterförmigen Ringfläche 16. Auf der schulterförmigen Ringfläche 16 befindet sich beispielsweise ein metallischer Dichtring 18, auf dem ein messgasseitiges Keramikformteil 21 aufliegt. Das messgasseitige Keramikformteil 21 weist einen in Richtung der Längsbohrung 15 verlaufenden, zentral angeordneten und durchgehenden messgasseitigen Durchbruch 22 auf. Beabstandet vom messgasseitigen Keramikformteil 21 ist in der Längsbohrung 15 ferner ein anschlussseitiges Keramikformteil 23 angeordnet. Das anschlussseitige Keramikformteil 23 weist einen ebenfalls in Richtung der Längsbohrung 15 verlaufenden, zentral angeordneten und durchgehenden anschlussseitigen Durchbruch 24 auf.not shown sample gas tube, which is formed for example as exhaust gas leading system has. The housing 12 has a longitudinal bore 15 with a shoulder-shaped annular surface 16. On the shoulder-shaped annular surface 16 is, for example, a metallic sealing ring 18, on which a messgasseitiges ceramic molding 21 rests. The messgasseitige ceramic molding 21 has a running in the direction of the longitudinal bore 15, centrally disposed and continuous measuring gas side opening 22. Spaced apart from the measuring gas side ceramic molding 21, a connection-side ceramic molding 23 is also arranged in the longitudinal bore 15. The connection-side ceramic molded part 23 has a likewise arranged in the direction of the longitudinal bore 15, centrally arranged and continuous connection-side opening 24.
Der messgasseitige Durchbruch 22 des messgasseitigen Keramikformteils 21 und der anschlussseitige Durchbruch 24 des anschlussseitigen Keramikformteils 23 verlaufen fluchtend zueinander. In den Durchbrüchen 22, 24 befindet sich ein plättchenförmiges Sensorelement 27 mit einem messgasseitigen Endabschnitt 28 und einem anschlussseitigen Endabschnitt 29.The measuring gas side opening 22 of the measuring gas side ceramic molding 21 and the connection side opening 24 of the connection side ceramic molding 23 are aligned with each other. In the openings 22, 24 is a plate-shaped sensor element 27 having a measuring gas side end portion 28 and a connection-side end portion 29th
Der messgasseitige Endabschnitt 28 des Sensorelements 27 ragt aus dem Gehäuse 12 heraus und ist von einem Schutzrohr 31 umgeben, das am Gehäuse 12 fixiert ist. Das Schutzrohr 31 weist Ein- und Austrittsöffnungen 32 für das zu messende Gas auf. Der anschlussseitige Endabschnitt 28 besitzt Anschlusskontakte 34, die ebenfalls aus dem Gehäuse 12 herausragen. Die Anschlusskontakte 34 werden mit einem nicht dargestellten, mit Anschlusskabeln versehenen Kontaktstecker kontaktiert. Der aus dem Gehäuse 12 herausragende anschlussseitige Endabschnitt 29 ist von einer nicht dargestellten Umkapselung umgeben, die den anschlussseitigen Endabschnitt 29 vor Umgebungseinflüssen schützt.The measuring gas side end portion 28 of the sensor element 27 protrudes from the housing 12 and is surrounded by a protective tube 31 which is fixed to the housing 12. The protective tube 31 has inlet and outlet openings 32 for the gas to be measured. The connection-side end portion 28 has connection contacts 34, which also protrude from the housing 12. The connection contacts 34 are contacted with a contact plug, not shown, provided with connecting cables. The protruding from the housing 12 terminal-side end portion 29 is surrounded by an encapsulation, not shown, which protects the connection-side end portion 29 from environmental influences.
Zwischen dem messgasseitigen Keramikformteil 21 und dem anschlussseitigen Keramikformteil 23 befindet sich eine Dichtungsanordnung 35, bestehend aus einem ersten Dichtelement 36, einem zweiten Dichtelement 37 und einem dritten Dichtelement 38. Das erste Dichtelement 36 sitzt auf dem messgasseitigen Keramikformteil 21 auf. Daran schließt sich das zweite Dichtelement 37 an. Über dem zweiten Dichtelement 37 befindet sich das dritte Dichtelement 38, das in Kontakt mit dem anschlussseitigen Keramikformteil 23 steht. Bei der Herstellung des Sensors wird eine Anpresskraft auf eine Metallhülse 40 ausgeübt, die diese an das anschlussseitige Keramikformteil 23 weitergibt. Die Metallhülse 40 hat beispielsweise mehrere nach hinten weisende Krallen 41, die in am Gehäuse 12 eingeformte Einkerbungen 42 eingreifen. Es ist aber auch denkbar, die Metallhülse 40 mit dem Gehäuse 12 zu verschweißen.There is a sealing arrangement 35, consisting of a first sealing element 36, a second sealing element 37 and a third sealing element 38, between the measuring gas side ceramic shaped part 21 and the connection side ceramic shaped part 23. The first sealing element 36 is seated on the ceramic gas part 21 on the measuring gas side. This is followed by the second sealing element 37 connects. Above the second sealing element 37 is the third sealing element 38, which is in contact with the connection-side ceramic shaped part 23. In the manufacture of the sensor, a contact pressure is exerted on a metal sleeve 40, which transmits it to the connection-side ceramic molding 23. The metal sleeve 40 has, for example, a plurality of claws 41 pointing backwards, which engage in notches 42 formed on the housing 12. However, it is also conceivable to weld the metal sleeve 40 to the housing 12.
Das erste und dritte Dichtelement 36, 38 bestehen vorzugsweise aus einer Mischung aus Steatitpulver und hexagonalem Bornitridpulver. Der Anteil des Bornitrids liegt vorzugsweise bei über 10 Gewichtsprozent. Ein optimaler Bornitrid- Anteil liegt dabei zwischen 15 und 30 Gew.%, vorzugsweise 20 Gew.%, da in diesem Bereich optimale Gleiteigenschaften vorliegen.The first and third sealing elements 36, 38 are preferably made of a mixture of steatite powder and hexagonal boron nitride powder. The proportion of boron nitride is preferably more than 10 percent by weight. An optimum proportion of boron nitride is between 15 and 30% by weight, preferably 20% by weight, since optimal sliding properties are present in this region.
Das Steatitpulver weist einen Teilchenradius von 200 bis 300 μm, vorzugsweise 250 μm auf und das Bornitridpulver einen Teilchenradius von 2 bis 3 μm, vorzugsweise 2,5 μm. Das zweite Dichtelement 37 besteht beispielsweise aus hexagonalem Bornitrid.The steatite powder has a particle radius of 200 to 300 μm, preferably 250 μm, and the boron nitride powder has a particle radius of 2 to 3 μm, preferably 2.5 μm. The second sealing element 37 consists for example of hexagonal boron nitride.
Es ist eine weitere, nicht näher dargestellte Ausführungsform der Erfindung denkbar, in der die Dichtungsanordnung 35 nur aus einem einzigen Dichtelement besteht, das die Eigenschaften des bei Figur 1 beschriebenen ersten Dichtelements 36 aufweist. Es ist weiterhin denkbar, dass die Dichtungsanordnung 35 aus einer beliebigen Kombination von zwei der in Figur 1 dargestellten drei Dichtelemente 36, 37, 38 besteht.It is another embodiment of the invention, not shown, conceivable in which the seal assembly 35 consists only of a single sealing element having the properties of the first sealing element 36 described in Figure 1. It is furthermore conceivable that the sealing arrangement 35 consists of any combination of two of the three sealing elements 36, 37, 38 shown in FIG.
Vor dem Einbau in die Längsbohrung 15 des Gehäuses 12 werden die Dichtelemente 36, 37, 38 vorzugsweise vorverdichtet, vorgeformt und bei einer Temperatur vorgeglüht, die mindestens der späteren Einsatztemperatur von beispielsweise 6300C entspricht. Die so gebildeten ringförmigen Dichtelemente 36, 37, 38 werden entsprechend dem Ausführungsbeispiel in die das Sensorelement 27 bereits enthaltende Längsbohrung 15 eingesetzt. Über der Dichtungsanordnung 35 wird dann das anschlussseitige Keramikformteil 23 angeordnet. Danach wird auf das anschlussseitige Keramikformteil 23 die Metallhülse 40 aufgesetzt. Anschließend wird mittels eines Stempels eine Kraft auf die Metallhülse 40 ausgeübt, die über das anschlussseitige Keramikformteil 23 auf die Dichtelemente 36, 37, 38 der Dichtungsanordnung 35 einwirkt. Dabei werden die vorgefertigten Ringe der Dichtelemente 36, 37, 38 derart verformt, dass sich das Material der Dichtelemente 36, 37, 38 an das Sensorelement 27 und an das Gehäuse 12 anpresst. Vor und/oder nach dem Verbau kann beispielsweise durch Induktionserwärmung Restwasser aus den Dichtelementen 36, 37, 38 ausgetrieben werden.Prior to installation in the longitudinal bore 15 of the housing 12, the sealing elements 36, 37, 38 are preferably precompressed, preformed and preheated at a temperature corresponding to at least the later use temperature of, for example, 630 0 C. The thus formed annular sealing elements 36, 37, 38 are used according to the embodiment in the sensor element 27 already containing longitudinal bore 15. Over the seal assembly 35, the connection-side ceramic molding 23 is then arranged. Thereafter, the metal sleeve 40 is placed on the connection-side ceramic molding 23. Subsequently, a force is exerted on the metal sleeve 40 by means of a punch, which acts on the connection-side ceramic molding 23 on the sealing elements 36, 37, 38 of the seal assembly 35. The prefabricated rings of the sealing elements 36, 37, 38 are deformed in such a way that the material of the sealing elements 36, 37, 38 presses against the sensor element 27 and against the housing 12. Before and / or after the installation, residual water can be expelled from the sealing elements 36, 37, 38, for example by induction heating.
Um eine Eignung des Sensors für einen Dauerbetrieb zu erreichen, ist eine ausreichende Abdichtung des Sensorelements 27 innerhalb des Sensors 10 essentiell. Problematisch ist die Abdichtung jedoch insbesondere im Bereich der Durchbrechungen 22, 24 der Keramikformteile 21, 23, da diese Durchbrechungen fertigungsbedingt eine gewisse Toleranz aufweisen, um eine Durchführung des Sensorelements 27 durch die Durchbrechungen 22, 24 zu ermöglichen. Da beim Verpressen des Sensors auf die Hülse 40 eine Kraft in Längsrichtung des Sensors ausgeübt wird, wird das Material der Dichtelemente 36, 37, 38 oft nicht ausreichend in Richtung des Sensorelementes 27 bewegt und die erreichte Dichtwirkung ist im unmittelbaren Bereich des Sensorelementes 27 ggf. mangelhaft.In order to achieve a suitability of the sensor for a continuous operation, a sufficient sealing of the sensor element 27 within the sensor 10 is essential. However, the problem is the sealing, in particular in the region of the openings 22, 24 of the ceramic moldings 21, 23, since these openings have production due to a certain tolerance in order to allow a passage of the sensor element 27 through the openings 22, 24. Since a force is exerted in the longitudinal direction of the sensor when pressing the sensor onto the sleeve 40, the material of the sealing elements 36, 37, 38 is often not moved sufficiently in the direction of the sensor element 27 and the sealing effect achieved is in the immediate region of the sensor element 27. inadequate.
Dem wird begegnet, indem mindestens eines der Keramikformteile 21, 23, insbesondere das anschlussseitige Keramikformteil 23, an seiner der Dichtanordnung 35 zugewandten Grenzfläche mit einer kegelförmigen bzw. kegelstumpfförmigen Vertiefung 50 versehen wird, deren Spitze bzw. Mittelachse insbesondere mit der Längsachse des Gehäuses 12 zusammenfällt und deren Durchmesser im wesentlichen dem Durchmesser des Keramikformteils 21, 23 entspricht. Auf diese Weise wird bei Ausübung einer Kraft in Längsrichtung des Sensors 10 auf die Hülse 40 eine Kraftkomponente in Richtung des Sensorelementes 27 aufgebaut und es kommt zu einer Verdichtung des pulverförmigem Dichtmaterials der Dichtelemente 36, 38 im Bereich des Sensorelementes 27.This is counteracted by providing at least one of the ceramic mold parts 21, 23, in particular the connection-side ceramic mold part 23, at its sealing surface 35 facing interface with a conical or frusto-conical recess 50 whose tip or central axis coincides in particular with the longitudinal axis of the housing 12 and whose diameter substantially corresponds to the diameter of the ceramic molding 21, 23. In this way, upon exertion of a force in the longitudinal direction of the sensor 10 on the sleeve 40, a force component in the direction of the sensor element 27 is constructed and there is a compression of the powdered sealing material of the sealing elements 36, 38 in the region of the sensor element 27th
Wird für das Verpressen des Sensors ein Anpressdruck von 25 bis 28 kN auf die Hülse 40 vorgesehen, so ist es ausreichend, wenn die kegel- bzw. kegelstumpfförmige Vertiefung eine relativ geringe Tiefe aufweist. Dabei schließt die Kegelfläche der kegel- bzw. kegelförmigen Vertiefung 50 mit der Grundfläche des Kegels bzw. Kegelstumpfes vorzugsweise einen Winkel von 1 bis 10° ein, insbesondere von 2 bis 5°. Dies ist bereits ausreichend, um bei Ausübung des Anpressdrucks eine Kraftkomponente in Richtung des Sensorelementes 27 zu generieren, so dass es in unmittelbarer Umgebung des Sensorelementes zu einer ausreichenden Verdichtung des pulverförmigen Dichtungsmaterials des Dichtelementes 36 kommt. Dabei wird unter der Kegelfläche eines Kegels dessen kegelmantelförmige, an dessen Grundfläche angrenzende Begrenzungsfläche verstanden. Wird ein geringerer Anpressdruck als der oben beschriebene übliche Anpressdruck zur Verpressung des Sensors vorgesehen, so ist es von Vorteil, wenn der von der Kegelfläche des Kegels bzw. Kegelstumpfes und dessen Grundfläche eingeschlossene Winkel einen höheren Wert von bis zu ca. 38° aufweist. Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass bei einem geringeren Anpressdruck auch eine geringere, in Richtung des Sensorelementes 27 wirkende Kraftkomponente anzunehmen ist. Um jedoch diese Kraftkomponente im wesentlichen konstant zu halten, wird im Gegenzug ein größerer Winkel zwischen der Grundfläche und dem Kegelmantel des die Vertiefung 50 beschreibenden Kegels bzw. Kegelstumpfes vorgesehen.If a contact pressure of 25 to 28 kN is provided on the sleeve 40 for compressing the sensor, then it is sufficient if the conical or frustoconical depression has a relatively small depth. The conical surface of the conical or conical recess 50 with the base of the cone or truncated cone preferably encloses an angle of 1 to 10 °, in particular 2 to 5 °. This is already sufficient to generate a force component in the direction of the sensor element 27 when the contact pressure is exerted, so that a sufficient compression of the powdery sealing material of the sealing element 36 occurs in the immediate vicinity of the sensor element. In this case, the conical surface of a cone is understood to mean the cone-shaped boundary surface adjoining its base surface. If a lower contact pressure than the above-described usual contact pressure for pressing the sensor is provided, then it is advantageous if the angle enclosed by the conical surface of the cone or truncated cone and its base has a higher value of up to approximately 38 °. This results from the fact that at a lower contact pressure, a smaller, acting in the direction of the sensor element 27 force component is assumed. However, in order to keep this force component substantially constant, in turn, a larger angle between the base and the conical surface of the depression 50 descriptive cone or truncated cone is provided.
Es besteht insbesondere die Möglichkeit, eine Abhängigkeit der Relation b, die aus einem Maß für den vorgesehenen Anpressdruck im Verhältnis zu dem normal notwendigen Anpressdruck gebildet ist, und dem von Grundfläche und Kegelfläche des die Vertiefung 50 beschreibenden Kegels bzw. Kegelstumpfes eingeschlossenen Winkel α zu beschreiben. Dies geschieht nach folgender Formel:In particular, it is possible to describe a dependence of the relation b, which is formed from a measure of the intended contact pressure in relation to the normally necessary contact pressure, and the angle α enclosed by the base area and conical surface of the cone or truncated cone describing the recess 50 , This happens according to the following formula:
α = arccos (b * c) (1)α = arccos (b * c) (1)
Dabei nimmt b einen Zahlenwert von 0,8 bis 1 an, wobei b = 1 einen Anpressdruck von 25 bis 28 kN repräsentiert und b = 0.8 einen reduzierten Anpressdruck, der 80% des notwendigen Anpressdrucks entspricht. Der Faktor c repräsentiert einen Korrekturfaktor für Reibungsanteile und Verformbarkeit des Dichtungsmaterials.Here, b assumes a numerical value of 0.8 to 1, wherein b = 1 represents a contact pressure of 25 to 28 kN and b = 0.8 a reduced contact pressure, which corresponds to 80% of the necessary contact pressure. The factor c represents a correction factor for friction components and deformability of the sealing material.
Der die Vertiefung 50 beschreibende Kegel bzw. Kegelstumpf weist nicht notwendigerweise eine runde Grundfläche auf. Vielmehr kann die Grundfläche auch durch eine ovale Fläche gebildet sein, wobei die Bereiche geringen Durchmessers des Ovals insbesondere mit den Längsseiten des abzudichtenden plättchenförmigen Sensorelementes zusammenfallen. Es sind aber auch sonstige zweckmäßige Ausgestaltungen der Grundfläche, bspw. in einer rechteckförmigen Ausführung möglich.The recess 50 describing cone or truncated cone does not necessarily have a round base. Rather, the base can also be formed by an oval surface, wherein the regions of small diameter of the oval coincide in particular with the longitudinal sides of the plate-shaped sensor element to be sealed. But there are also other useful embodiments of the base, for example. In a rectangular design possible.
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Anpressdruck im Bereich der Schmalseiten eines plättchenförmigen Sensorelementes geringer ausfallen kann als im Bereich der Längsseiten desselben. Somit schließt die Kegelfläche des Kegels oder Kegelstumpfes im Bereich einer Längsseite des Sensorelementes 27 mit dessen Grundfläche einen kleineren Winkel ein als im Bereich einer Schmalseite des Sensorelementes 27.This is based on the finding that the contact pressure in the region of the narrow sides of a platelet-shaped sensor element can be lower than in the region of the longitudinal sides thereof. Thus, the conical surface of the cone or truncated cone in the region of a longitudinal side of the sensor element 27 includes a smaller angle with its base than in the Area of a narrow side of the sensor element 27th
In Figur 2 ist ein Sensor gemäß einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel dargestellt. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in Figur 1.FIG. 2 shows a sensor according to a second exemplary embodiment. Here, the same reference numerals designate the same component components as in FIG. 1.
Hier weist die Grundfläche des die Vertiefung 50 beschreibenden Kegels bzw. Kegelstumpfes einen geringeren Durchmesser auf als die Keramikformteile 21, 23. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass durch die Ausbildung einer Vertiefung 50 zwar eine ausreichende Abdichtung des Sensorelementes 27 erreicht wird, dies jedoch auf Kosten einer ausreichenden Abdichtung der Keramikformteile 21, 23 gegenüber dem Gehäuse 12 geschieht. Durch die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform wird gewährleistet, dass Dichtungsmaterial in ausreichender Menge im Bereich der Außenkanten der Keramikformteile 21, 23 verbleibt.Here, the base of the recess 50 describing cone or truncated cone has a smaller diameter than the ceramic moldings 21, 23. In this way it can be prevented that by forming a recess 50, although a sufficient sealing of the sensor element 27 is achieved, but this At the expense of a sufficient sealing of the ceramic moldings 21, 23 relative to the housing 12 is done. The embodiment illustrated in FIG. 2 ensures that sealing material remains in sufficient quantity in the region of the outer edges of the ceramic shaped parts 21, 23.
In Figur 3 ist ein Sensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen weiterhin gleiche Bauteilkomponenten wie in den Figuren 1 und 2.FIG. 3 shows a sensor according to a third exemplary embodiment. In this case, the same reference numerals designate the same component components as in FIGS. 1 and 2.
In Figur 3 ist die Vertiefung 50 so ausgeführt, dass sie durch einen Kegel beschrieben werden kann, dessen Spitze mit dessen Grundflächenumfang nicht linear verbunden ist, sondern durch einen hyperbolischen Verlauf angenähert ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist insbesondere darin zu sehen, dass bei Anlegen eines Anpressdrucks an die Hülse 40 insbesondere in den dem Sensorelement 27 nahen Bereichen des Dichtelementes 38 mit einer besonders hohen Kraftkomponente in Richtung des Sensorelementes 27 zu rechnen ist. Dies verbessert die Dichtwirkung weiter.In Figure 3, the recess 50 is designed so that it can be described by a cone whose tip is not linearly connected to the base circumference, but is approximated by a hyperbolic curve. The advantage of this embodiment is to be seen in particular in the fact that upon application of a contact pressure to the sleeve 40, in particular in the areas of the sealing element 38 close to the sensor element 27, a particularly high force component in the direction of the sensor element 27 is to be expected. This further improves the sealing effect.
In Figur 4 ist ein Sensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in den Figuren 1 bis 3.FIG. 4 shows a sensor according to a third exemplary embodiment. In this case, the same reference numerals designate the same component components as in FIGS. 1 to 3.
Die in Figur 4 abgebildete Ausführungsform entspricht der in Figur 2 dargestellten, jedoch weist das Keramikformteil 23 eine Anschrägung 52 der Außenkante, die durch die dem Dichtelement 38 zugewandte Begrenzungsfläche und die dem Gehäuse 12 zugewandte Begrenzungsfläche gebildet wird, auf. Auf diese Weise wird bei Anlegen eines Anpressdrucks an die Hülse 40 zusätzlich im Bereich der Außenkante eine zusätzliche Kraftkomponente in Richtung des Gehäuses 12 generiert, die zu einer verbesserten Abdichtung in diesem Bereich führt. Alternativ zu einer Abschrägung kann die Außenkante auch eine Abrundung oder eine Fase aufweisen.The embodiment depicted in FIG. 4 corresponds to that shown in FIG. 2, but the ceramic shaped part 23 has a chamfer 52 of the outer edge, which is formed by the boundary surface facing the sealing element 38 and the boundary surface facing the housing 12. In this way, upon application of a contact pressure to the sleeve 40, an additional force component in the direction of the housing 12 is additionally generated in the region of the outer edge, resulting in an improved seal in this area leads. As an alternative to a chamfer, the outer edge may also have a rounding or bevel.
Grundsätzlich können eines oder beide Keramikformteile 21, 23 gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 4 oder Kombinationen derselben ausgeführt sein. Dabei können beide Keramikformteile 21, 23 gleich oder in verschiedener Weise hinsichtlich ihrer den Dichtelementen 36, 38 zugewandten Grenzflächen ausgestaltet sein.In principle, one or both of the ceramic shaped parts 21, 23 may be designed according to one of the embodiments 1 to 4 or combinations thereof. In this case, both ceramic mold parts 21, 23 may be configured in the same way or in different ways with regard to their interfaces facing the sealing elements 36, 38.
Der erfindungsgemäße Sensor ist zur Aufnahme verschiedenster elektrochemischer Sensorelemente geeignet, die der Bestimmung von Gasen wie beispielsweise Sauerstoff, Stickoxide, Schwefeloxide, Ammoniak, Ruß oder Kohlenwasserstoffe dienen. The sensor according to the invention is suitable for receiving a wide variety of electrochemical sensor elements which serve to determine gases such as, for example, oxygen, nitrogen oxides, sulfur oxides, ammonia, carbon black or hydrocarbons.

Claims

Sensor und Verfahren zu dessen HerstellungAnsprüche Sensor and method for its manufacture claims
1. Sensor zur Bestimmung von Gasen in Gasgemischen, mit einem Sensorelement (27), das in einem Gehäuse (12) des Sensors fixiert ist, wobei das Sensorelement (27) zwischen seinem Anschlussbereich (29) und seinem dem Gasgemisch zugewandten Bereich (28) von einer Dichtung (35) umgeben ist, und wobei die Dichtung (35) in Längsrichtung des Sensors jeweils von einem Formkörper (21, 23) begrenzt ist, der eine Durchbrechung (22, 24) für die Durchführung des Sensorelementes (27) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Dichtung (35) zugewandte Begrenzungsfläche mindestens eines der Formkörper (21, 23) eine im wesentlichen kegelförmige oder kegelstumpfförmige Aussparung (50) aufweist, wobei die Kegelfläche des Kegels oder Kegelstumpfes mit dessen Grundfläche einen Winkel von 1 bis 38° einschließt.1. Sensor for determining gases in gas mixtures, comprising a sensor element (27) which is fixed in a housing (12) of the sensor, wherein the sensor element (27) between its connection region (29) and its region facing the gas mixture (28) is surrounded by a seal (35), and wherein the seal (35) in the longitudinal direction of the sensor in each case by a shaped body (21, 23) is limited, which has an opening (22, 24) for the implementation of the sensor element (27), characterized in that one of the seal (35) facing the boundary surface of at least one of the moldings (21, 23) has a substantially conical or frusto-conical recess (50), wherein the conical surface of the cone or truncated cone with its base an angle of 1 to 38 ° includes.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegel oder Kegelstumpf eine runde oder ovale Grundfläche aufweist.2. Sensor according to claim 1, characterized in that the cone or truncated cone has a round or oval base.
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelfläche des Kegels oder Kegelstumpfs mit der Grundfläche einen Winkel von 1 bis 10° einschließt.3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the conical surface of the cone or truncated cone forms an angle of 1 to 10 ° with the base surface.
4. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelfläche des Kegels oder Kegelstumpfes im Bereich einer Längsseite des Sensorelementes (27) mit dessen Grundfläche einen kleineren Winkel einschließt als im Bereich einer Schmalseite des Sensorelementes (27).4. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the conical surface of the cone or truncated cone in the region of a longitudinal side of the sensor element (27) with its Base area includes a smaller angle than in the region of a narrow side of the sensor element (27).
5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelfläche des Kegels oder Kegelstumpfs zumindest in einem Teilbereich einen hyperbolischen Querschnitt zeigt.5. Sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the conical surface of the cone or truncated cone shows a hyperbolic cross section at least in a partial region.
6. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse des Gehäuses (12) des Sensors mit dem tiefsten Bereich der Aussparung (50) zusammenfällt.6. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the central axis of the housing (12) of the sensor coincides with the deepest region of the recess (50).
7. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kante des Formkörpers (21, 23), die durch eine dem Gehäuse (12) des Sensors zugewandte Begrenzungsfläche des Formkörpers (21, 23) und durch eine der Dichtung (35) zugewandte Begrenzungsfläche des Formkörpers (21, 23) gebildet wird, eine Fase, Abschrägung oder Abrundung aufweist.7. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that an edge of the shaped body (21, 23) by a said housing (12) of the sensor facing boundary surface of the shaped body (21, 23) and by one of the seal (35). facing boundary surface of the shaped body (21, 23) is formed having a chamfer, bevel or rounding.
8. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (35) ein elektrisch isolierendes Pulver enthält.8. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the seal (35) contains an electrically insulating powder.
9. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (35) durch Druckausübung auf mindestens einen der Formkörper (21, 23) mit dem Sensorelement (27) und dem Gehäuse (12) verpresst ist.9. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the seal (35) is compressed by applying pressure to at least one of the shaped body (21, 23) with the sensor element (27) and the housing (12).
10. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Formkörper (21, 23) eine im wesentlichen kegelförmige oder kegelstumpfförmige Aussparung (50) aufweisen, wobei die Grundflächen der jeweiligen Kegel oder Kegelstümpfe mit den jeweiligen Kegelflächen unterschiedliche Winkel einschließen.10. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that both shaped bodies (21, 23) have a substantially conical or frusto-conical recess (50), wherein the base surfaces of the respective conical or truncated cones with the respective conical surfaces include different angles.
11. Verfahren zur Herstellung eines Sensors zur Bestimmung von Gasen in Gasgemischen, insbesondere eines Sensors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Sensorelement (27) innerhalb eines Sensorgehäuses (12) mittels einer Dichtung (35), die zwischen zwei in Längsrichtung des Gehäuses (12) angeordneten Formkörpern (21, 23) vorgesehen wird, gasdicht fixiert wird, indem auf die Formkörper (21, 23) in Längsrichtung des Gehäuses (12) ein Anpressdruck ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Dichtung (35) zugewandte Begrenzungsfläche mindestens eines der Formkörper (21, 23) mit einer im wesentlichen kegelförmigen oder kegelstumpfförmigen Aussparung (50) versehen wird, wobei die Aussparung (50) so ausgeführt wird, dass die Kegelfläche des Kegels oder Kegelstumpfes mit dessen Grundfläche einen Winkel von 1 bis 38° einschließt.11. A method for producing a sensor for the determination of gases in gas mixtures, in particular a sensor according to one of the preceding claims, wherein a sensor element (27) within a sensor housing (12) by means of a seal (35) between two in the longitudinal direction of the housing (12) arranged moldings (21, 23) is provided, is fixed in a gas-tight manner by acting on the moldings (21, 23) in the longitudinal direction a pressure is exerted on the housing (12), characterized in that a boundary surface of at least one of the moldings (21, 23) facing the seal (35) is provided with a substantially conical or frusto-conical recess (50), the recess (50 ) is carried out so that the conical surface of the cone or truncated cone encloses with its base an angle of 1 to 38 °.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Grundfläche des Kegels oder Kegelstumpfes und durch dessen Kegelfläche gebildete Winkel nach der Höhe des Anpressdrucks gewählt wird, wobei bei einer Reduzierung des Anpressdrucks eine Vergrößerung des Winkels vorgesehen wird.12. The method according to claim 10, characterized in that the angle formed by the base of the cone or truncated cone and by its conical surface is selected according to the height of the contact pressure, wherein at a reduction of the contact pressure, an enlargement of the angle is provided.
13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Grundfläche des Kegels oder Kegelstumpfes und durch dessen Kegelfläche gebildete Winkel nach der Formel α = arccos b + c gewählt wird, wobei α dem durch die Grundfläche des Kegels oder Kegelstumpfes und durch dessen Kegelfläche gebildeten Winkel entspricht, b ein Maß für den vorgesehenen Anpressdruck ist und einen Wert zwischen 0.8 und 1 annimmt, wobei der Wert b = 1 einem üblichen Anpressdruck entspricht, und wobei c ein Korrekturfaktor ist.13. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the angle formed by the base of the cone or truncated cone and its conical surface is selected according to the formula α = arccos b + c, where α by the base of the cone or truncated cone and b is a measure of the intended contact pressure and assumes a value between 0.8 and 1, the value b = 1 corresponds to a conventional contact pressure, and wherein c is a correction factor.
14. Verwendung eines Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Bestimmung von Sauerstoff in Abgasen von Verbrennungsmotoren. 14. Use of a sensor according to one of claims 1 to 9 for the determination of oxygen in exhaust gases of internal combustion engines.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7396917B2 (en) 2020-02-12 2023-12-12 日本碍子株式会社 gas sensor

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007016976B4 (en) 2007-04-10 2021-07-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Protective cap for a gas sensor and gas sensor
CN102346178A (en) * 2010-07-26 2012-02-08 比亚迪股份有限公司 Gas transducer seal component and an automobile oxygen sensor
DE102012108636A1 (en) * 2012-09-14 2014-03-20 Hamilton Bonaduz Ag Potentiometric sensor element and method for its production
CN105445352A (en) * 2015-10-21 2016-03-30 厦门宏发电力电器有限公司 Chip type oxygen sensor structure and manufacturing method thereof
JP6421771B2 (en) * 2016-02-29 2018-11-14 トヨタ自動車株式会社 Sulfur oxide detector
JP6542707B2 (en) * 2016-04-21 2019-07-10 日本特殊陶業株式会社 Gas sensor
KR101895236B1 (en) * 2017-12-22 2018-09-07 주식회사 이엘티센서 Optical cavity for gas sensor and gas sensor having the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4818363A (en) * 1982-02-26 1989-04-04 Robert Bosch Gmbh Combustion exhaust gas sensor structure, particularly for automotive engine exhaust gases
US5942092A (en) * 1996-02-14 1999-08-24 Robert Bosch Gmbh Sensor
US6164120A (en) * 1997-02-25 2000-12-26 Robert Bosch Gmbh Detector and method for the production thereof
WO2001034951A2 (en) * 1999-10-27 2001-05-17 Delphi Technologies, Inc. A gas sensor terminal assembly and method of producing same
DE10009597A1 (en) * 2000-02-29 2001-09-13 Bosch Gmbh Robert Electrochemical sensor used for determining gas components and/or gas concentrations comprises a sensor element sealed using an arrangement containing a sealing element made from a mixture of steatite powder and boron nitride powder

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19714203C2 (en) * 1997-04-07 2000-06-29 Bosch Gmbh Robert Sealing element for sensors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4818363A (en) * 1982-02-26 1989-04-04 Robert Bosch Gmbh Combustion exhaust gas sensor structure, particularly for automotive engine exhaust gases
US5942092A (en) * 1996-02-14 1999-08-24 Robert Bosch Gmbh Sensor
US6164120A (en) * 1997-02-25 2000-12-26 Robert Bosch Gmbh Detector and method for the production thereof
WO2001034951A2 (en) * 1999-10-27 2001-05-17 Delphi Technologies, Inc. A gas sensor terminal assembly and method of producing same
DE10009597A1 (en) * 2000-02-29 2001-09-13 Bosch Gmbh Robert Electrochemical sensor used for determining gas components and/or gas concentrations comprises a sensor element sealed using an arrangement containing a sealing element made from a mixture of steatite powder and boron nitride powder

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7396917B2 (en) 2020-02-12 2023-12-12 日本碍子株式会社 gas sensor

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