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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1 Technisches Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Gassensor,
der in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors zur Luft/Kraftstoff-Regelung
installiert werden kann, und weiter im Besonderen auf eine verbesserte
Struktur einer mechanischen Dichtung, die eine Referenzgas-Kammer und
eine Gas-Kammer in einem Gassensor luftdicht beibehält.
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2. Stand der Technik
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Gassensoren
sind bekannt, die hergestellt werden durch Einfügen eines Sensorelements in
ein isolierendes Porzellan, Anbringen des isolierenden Porzellans
in einem Gehäuse,
Installieren einer Gasabdeckung und einer Luftabdeckung jeweils
an einem vorderen Ende und einem hinteren Ende des Gehäuses, und
hermetischem Abdichten einer Lücke zwischen
dem isolierenden Porzellan und dem Gehäuse. Diese Dichtung definiert
eine Messgaskammer und eine Luftkammer innerhalb des Gassensors.
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Das
Sensorelement hat eine Messelektrode, die einem zu messenden Gas
ausgesetzt ist, und eine Referenzelektrode, die einem Referenzgas
oder Luft ausgesetzt ist, und gewährleistet ein Signal in der
Form eines Ionenstroms, der durch die Mess- und Referenzelektroden
fließt,
oder eine Potentialdifferenz zwischen den Meß- und Referenzelektroden, um
die Konzentration des Gases zu bestimmen. Das Austreten des Gases
aus der Messgaskammer zur Luftkammer wird somit in einer Abnahme
der Genauigkeit der Messung der Gaskonzentration führen. Um dieses
Problem zu vermeiden, haben typische Gassensoren Pulvermaterial
wie Talk in der Lücke
zwischen dem isolierenden Porzellan und dem Gehäuse gepackt, um die Messgaskammer
und die Luftkammer hermetisch abzutrennen.
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Die
Verwendung eines Pulvermaterials wie Talk führt allerdings zu einem ökonomischen
Nachteil, dass der Druck, der für
das Packen des Pulvermaterials erforderlich ist, und die Menge des
Pulvermaterials fein und präzise
gesteuert werden müssen.
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Um
eine derartige Beeinträchtigung
abzumildern, wurde eine aus Füllgut
hergestellte Dichtung als Dichtungselement vorgeschlagen. Beispielsweise schlägt U.S.
Patent Nr. 5,795,454 vor einen Keramikring, der bei niedriger Temperatur
gebacken wird, um eine Lücke
zwischen einem Sensorelement und einem Gehäuse abzudichten, um eine Messgaskammer
und eine Referenzgaskammer hermetisch zu definieren. Allerdings
verbleibt gewöhnlich
ein gewisser Grad an Porösität bei dem
Keramikring, auch nachdem der Keramikring unter hohem Druck installiert wird,
was zu einem Mangel an Luftdichtheit zwischen dem Sensorelement
und dem Gehäuse
führen
kann.
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U.S.
Patent Nr. 5,795,454 offenbart ebenfalls die Verwendung eines metallischen
Ringes niedriger Porösität zusammen
mit dem Keramikring, um den Grad der Luftdichtheit zu erhöhen, allerdings
führt dies
zu einer Erschwerung des Herstellungsverfahrens und zu einem Anstieg
der Herstellungskosten. Darüber
hinaus kann der metallische Ring frühzeitig in Abhängigkeit
von der Art des zu messenden Gases korrodieren, was zu einer Abnahme des
Grads der Luftdichtheit zwischen der Messgaskammer und der Referenzgaskammer
führt.
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U.S.
Patent Nr. 5,795,454 offenbart ferner eine mit Nickel oder Kupfer
beschichtete metallische Dichtung, allerdings erfordert sie ein
Plattieren oder Verkleiden der gesamten Oberfläche der metallischen Dichtung,
was zu einem Anstieg der Herstellungskosten führt.
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WO-A-98
15820 offenbart einen elektrochemischen Sensor, der beinhaltet ein
keramisches Element, das mit einem Dichtungsring in einem Gehäuse eingefügt ist.
Der Dichtungsring ist aus verschiedenen Metallschichten aufgebaut.
Die Anordnung der Metallschichten verläuft von einem metallischen Träger, der
aus einer Stahllegierung besteht. Der Dichtungsring ist auf beiden
Seiten mit einer walzplattierten Kupferschicht bedeckt.
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DE-A-197
07 456 offenbart einen Sensor, der einen Behälter für ein Fühlelement beinhaltet, angeordnet
in einer Längsbohrung
eines Metallgehäuses. Das
Fühlelement
ist im Behälter
in einer gasdichten Weise über
eine Fühlelement-Dichtung
enthalten, die eine Glasdichtung enthält. Der Behälter hat ein keramisches, geformtes
Element auf der Seite des Messgases und ein keramisches, geformtes
Element auf der Seite des Konnektors, die axial eins nach dem anderen
angeordnet sind. Eine Kavität,
in die die Glasdichtung, während
sie heiß ist,
gepresst wird, ist zwischen den beiden keramischen, geformten Elementen
angeordnet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine hauptsächliche
Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Struktur
eines Gassensors bereitzustellen, die eine mechanische Dichtung
gewährleistet,
die für
das Beibehalten einer Referenzgaskammer und einer Gaskammer im Gassensor
in sehr luftdichter Weise erforderlich ist.
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Gemäss der Erfindung
wird bereitgestellt ein Gassensor, wie in Anspruch 1 definiert,
der eine mechanische Dichtung besitzt, und der in einem Abgassystem
eines Verbrennungsmotors zur Luft/Kraftstoff-Regelung installiert werden kann. Der
Gassensor umfasst: (a) ein Hohlgehäuse mit einer Dichtungsschulter,
die auf einer Innenwand dessen gebildet ist; (b) ein Sensorelement
mit einer Länge,
die einen ersten und einen zweiten Abschnitt beinhaltet; (c) ein
isolierendes Element, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, das Sensorelement
darin hermetisch aufbewahrt, wobei das isolierende Element darauf
eine Dichtungsoberfläche
gebildet hat; und (d) ein Metalldichtungselement, eingefügt zwischen
der Dichtungsschulter des Gehäuses
und der Dichtungsoberfläche
des isolierenden Elements, um hermetisch zu definieren eine erste
Kammer, in der der erste Abschnitt des Sensorelements angeordnet
ist, und eine zweite Kammer, in der der zweite Abschnitt des Sensorelements
angeordnet ist. Das Metalldichtungselement kann aus mindestens einem
von Nickel, Nickellegierung, Titan und Edelstahl hergestellt sein.
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Im
bevorzugten Modus der Erfindung führt die erste Kammer zur Atmosphäre. Die
zweite Kammer ist so aufgebaut, dass sie das Messen eines Gases
darin zulässt.
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Eine
Luftabdeckung ist an einem Ende des Gehäuses installiert, um darin
die erste Kammer zu definieren.
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Das
Metalldichtungselement hat eine Vickers-Härte von 200 oder weniger und
eine Dicke von 0,1 mm oder mehr.
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Das
Metalldichtungselement kann aufgebaut sein aus einer ersten Schicht
und einer zweiten Schicht. Die erste Schicht ist in Kontakt mit
der Dichtungsschulter des Gehäuses.
Die zweite Schicht ist in Kontakt mit der Dichtungsoberfläche des
isolierenden Elements und hat eine Härte, die niedriger ist als die
der ersten Schicht. Die zweite Schicht hat eine Vickers-Härte von
200 oder weniger.
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Die
Dichtungsoberfläche
des isolierenden Elements ist kegelförmig. Die Dichtungsschulter
des Gehäuses
ist so orientiert, dass sie auf der Dichtungsoberfläche des
isolierenden Elements über
das Metalldichtungselement anhaftet.
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Das
isolierende Element ist aus einer Aluminiumoxid-Keramik mit einer Aluminiumoxid-Reinheit von
90% oder mehr hergestellt.
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Die
Dichtungsoberfläche
des isolierenden Elements hat eine Zehnpunktedurchschnitts-Rauigkeit
von 10 μm
oder weniger.
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Im
bevorzugten Modus der Erfindung ist die Dichtungsoberfläche des
isolierenden Elements geglättet.
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Die
Dichtungsoberfläche
des isolierenden Elements kann in alternativer Weise plattiert sein.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird deutlicher anhand der unten angegebenen
ausführlichen
Beschreibung ersichtlich und anhand der beigefügten Zeichnungen der bevorzugten
Ausführungsformen der
Erfindung, die allerdings nicht als die Erfindung auf spezielle
Ausführungsformen
einschränkend, sondern
allein in der Absicht der Erklärung
und des Verstehens aufgefasst werden sollten.
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In
den Zeichnungen:
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1 ist
eine Längsschnittansicht,
die einen Gassensor gemäss
der ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2 ist
eine partielle Schnittansicht, die die Installation eines Metalldichtungsrings
zwischen einem isolierenden Porzellan und einem Gehäuse zeigt;
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3 ist
eine partielle Schnittansicht, die einen Metalldichtungsring gemäss der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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4 ist
eine partielle Längsschnittansicht, die
einen Gassensor gemäss
der dritten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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5 ist
eine Auftragung, die eine Beziehung zwischen der Rauigkeit einer
mit dem Dichtungsring zusammengesetzten Oberfläche eines ersten isolierenden
Porzellans und einer Gas-Undichtheit zeigt;
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6 ist
eine Ansicht, die eine Undichtheits-Prüfvorrichtung
zeigt; und
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7 ist
eine Auftragung, die eine Beziehung zwischen der Rauigkeit einer
mit einem Dichtungsring zusammengesetzten Oberfläche eines ersten isolierenden
Porzellans und einer Aluminiumoxid-Reinheit des ersten isolierenden
Porzellans zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen, worin sich gleiche Bezugsnummern auf
gleiche Teile in mehreren Ansichten beziehen, besonders in 1 und 2,
wird gezeigt ein Gassensor 1 gemäss der ersten Ausführungsform
der Erfindung, der angewandt werden kann in einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem
für Kraftfahrzeuge,
um die Konzentration eines Bestandteils wie NOx, CO, HC oder O2, der in Abgasen des Motors enthalten ist,
zu messen.
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Der
Gassensor 1 beinhaltet im Allgemeinen ein Sensorelement 15,
ein erstes isolierendes Porzellan 21, ein zweites isolierendes
Porzellan 22, ein zylindrisches Hohlgehäuse 10 und eine Luftabdeckung 12.
Das Sensorelement 15 ist aus einer laminierten Platte hergestellt.
U.S. Patent 5,573,650, erteilt am 12. November 1996 an Fukuya et
al. beschreibt ein typisches laminiertes Sensorelement. Das erste
isolierende Porzellan 21 ist innerhalb des Gehäuses 10 eingepasst
und hält
darin das Sensorelement 15 über ein Glasdichtungselement 219.
Das zweite isolierende Porzellan 22 ist auf dem ersten isolierenden
Porzellan 21 angebracht und umgibt einen Grundabschnitt
des Sensorelements 15. Die Luftabdeckung 12 ist
an einem Ende dessen auf dem Gehäuse 10 installiert
und umgibt das zweite isolierende Porzellan 22, um eine
Luftkammer 142 zu definieren.
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Das
zweite isolierende Porzellan 22 ist aus einem hohlen zylindrischen
isolierenden Element hergestellt und hat darin vier Leitungen 16 (der
Einfachheit der Darstellung halber sind nur zwei gezeigt), wobei
jede aus einem elastisch gefalteten Draht hergestellt ist, um an
einem Ende einen elektrischen Kontakt mit einem Elektrodenanschluss
(nicht gezeigt), gebildet auf dem Sensorelement 15, herzustellen.
Die Leitungen 16 erstrecken sich am anderen Ende über Löcher, gebildet
an einem Ende des zweiten isolierenden Porzellans 22, und
sind jeweils mit vier Leitungen 18 über Konnektoren 17 verknüpft, zur Übertragung
von Sensorsignalen zwischen dem Sensorelement 15 und einer
externen Vorrichtung und zur Versorgung von elektrischer Energie
an einem Heizelement, installiert auf dem Sensorelement 15.
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Der
Gassensor 1 beinhaltet auch eine Schutzabdeckungsgruppe 13,
bestehend aus einer äußeren Abdeckung 131 und
einer inneren Abdeckung 132. Die Schutzabdeckungsgruppe 13 ist
in einem Kopf des Gehäuses 10 installiert,
um eine Gas-Kammer 141 zu definieren, in die ein zu messendes
Gas über
Gas-Löcher 130,
gebildet in den äußeren und
inneren Abdeckungen 131 und 132, zugegeben wird.
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Das
erste isolierende Poorzellan 21, wie deutlich in 2 gezeigt,
hat eine ringförmige
Schulter 211 und eine abgeschrägte Oberfläche 214, die auf deren
Kopf gebildet ist. Die abgeschrägte
Oberfläche 214 befindet
sich gegenüber
einer inneren Schulter 102, wie in 1 gezeigt,
gebildet im Gehäuse 10,
wenn das erste isolierende Porzellan 21 innerhalb des Gehäuses 10 eingepasst
ist. Die Schulter 211 hat eine kegelförmige Oberfläche 213,
die über
einen Metalldichtungsring 11 auf einer Sitzoberfläche 103,
gebildet auf einer ringförmigen
Schulter 101 auf einer inneren Wand des Gehäuses 10,
angeordnet ist. Insbesondere ist eine Lücke zwischen dem Gehäuse 10 und
dem ersten isolierenden Porzellan 21 hermetisch durch den
Metalldichtungsring 11 abgedichtet, um die Luftkammer 142 und
die Gas-Kammer 141 luftdicht beizubehalten. Die Sitzoberfläche 103 ist
nach unten geneigt, wie in 1 gezeigt,
um den Adhäsionsgrad
an der kegelförmigen
Oberfläche 213 über den
Metalldichtungsring 11 zu erhöhen. Der Metalldichtungsring 11 ist,
wie später
ausführlich
beschrieben, aus reinem Nickel hergestellt.
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Die
Luftabdeckung 12 ist, wie oben beschrieben, auf dem Ende
der Basis des Gehäuses 10 angepasst.
Eine äußere Abdeckung 121 ist
um die Luftabdeckung 12 angeordnet, und verformt oder gewellt,
um einen wasserabweisenden Filter 122 an der Peripherie
der Luftabdeckung 12 beizubehalten. Die Luftabdeckung 12 und
die äußere Abdeckung 121 haben
darin Luftdurchlässe 120 gebildet,
durch die Luft in die Luftkammer 142 gelassen wird. Die
Luftabdeckung 12, wie deutlich in 1 gezeigt,
hat eine Schulter 129, um einen Abschnitt von kleinem Durchmesser
und einen Abschnitt von großem
Durchmesser zu definieren. Eine Tellerfeder 220 ist zwischen der
Schulter 129 und einem Ende des zweiten isolierenden Porzellans 22 angeordnet,
um das zweite isolierende Porzellan 22 in elastischer Weise
zu einer konstanten Einstellung mit dem ersten isolierenden Porzellan
zu drängen,
um den Grad der Luftdichtheit, gewährleistet durch den Metalldichtungsring 11,
zu erhöhen.
Ein isolierender Halter 23, hergestellt aus Kautschuk,
ist innerhalb des Abschnitts von kleinem Durchmesser der Luftabdeckung 12 angeordnet.
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Das
Sensorelement 15, wie oben beschrieben, hat darin ein Heizelement
eingebaut, das das Sensorelement 15 auf eine Temperatur
erwärmt,
die erforderlich ist, damit das Sensorelement 15 empfindlich
auf ein korrekt zu messendes Gas reagiert. Das Sensorelement 15 hat
darauf vier Elektrodenanschlüsse
gebildet, von denen zwei für
das Ausgeben von Sensorsignalen, und die anderen zur Versorgung des
Heizelements mit elektrischer Energie verwendet werden. Die Elektrodenanschlüsse sind
elektrisch mit den Enden der Leitungen 16 in einer veranschaulichten
Weise verbunden. Die Leitungen 16 erstrecken sich jeweils über die
Löcher,
die im Ende der Wand des zweiten isolierenden Porzellans 22 gebildet
sind, und werden jeweils in die Konnektoren 17 eingeführt. Die
Konnektoren 17 sind gekuppelt mit den Leitungen 18,
beibehalten in Löchern,
die im isolierenden Halter 23 gebildet sind. Diese Struktur
ist kein wesentlicher Teil dieser Erfindung und im Stand der Technik
bekannt, und eine ausführliche
Erklärung wird
hier ausgelassen.
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Das
erste isolierende Porzellan 21 wird, wie oben beschrieben,
an der Schulter 211 auf der Schulter 101 des Gehäuses 10 über den
Metalldichtungsring 11 getragen. Der Metalldichtungsring 11 ist
hergestellt aus reinem Nickel mit einer Reinheit von 99%, das eine
geringe Menge von Verunreinigungen wie Cobalt etc. enthält. Der Metalldichtungsring 11 hat
daher eine sehr dichte Oberfläche,
die einen hohen Grad von Luftdichtheit zwischen dem zweiten isolierenden
Porzellan 21 und dem Gehäuse 10 gewährleistet.
Der Metalldichtungsring 11 kann als Alternative aus einer
Nickellegierung, Titan, Edelstahl oder einem Gemisch von mindestens
zwei von diesen (einschließlich
reines Nickel) hergestellt sein. Als Nickellegierung kann verwendet
werden eine Nickel/Eisen-Legierung, eine Nickel/Kupfer-Legierung, eine
Nickel/Chrom-Legierung, eine Nickel/Chrom/Eisen-Legierung, eine Nickel/Molybdän-Legierung, oder
eine hochwärmefeste
Legierung auf Basis von Nickel. Als Titan wird ein reines Titan
bevorzugt, das Verunreinigungen von 1% oder weniger enthält, wie eines,
das angegeben ist in einem der Japanischen Industriestandards (JIS)
Klasse 1 bis Klasse 3, oder einem nach ASTMG 1 bis
ASTMG 4 in U.S. Als Edelstahl kann verwendet werden ein
martensitischer, ein Ferrit-, ein Austenit- oder ein Austenit-Ferrit-Stahl. Im Falle,
dass der Gassensor 1 in einem Abgassystem eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors
zum Messen der Konzentration eines Bestandteils wie NOx, CO, HC
oder O2, enthalten in Abgasen des Motors, installiert
ist, wird der Gassensor 1 einer intensiven Wärme unterzogen
und ist Schwefel ausgesetzt, daher ist Nickel oder eine Nickellegierung,
die eine hohe Korrosionsfestigkeit hat, bevorzugt. Nickel oder Nickellegierung
ist billig im Vergleich mit Edelmetallen, und ermöglicht das
Herstellen des Gassensors 1 bei geringen Kosten.
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Der
Metalldichtungsring 11 hat eine Vickers-Härte von
200 Hv oder weniger, vorzugsweise 150 Hv oder weniger. In dieser
Ausführungsform
ist die Härte
des Metalldichtungsrings 11 etwa 70 Hv. Wenn die Härte des
Metalldichtungsrings 11 mehr als 200 Hv beträgt, ist
es erforderlich, dass die Schulter 211 des ersten isolierenden
Porzellans 21 unter hohem Druck gegen die Schulter 101 des
Gehäuses 10 gepresst
wird, um den Metalldichtungsring 11 fest zu kneifen, was
das erste isolierende Porzellan 21 beschädigen kann.
Wenn das erste isolierende Porzellan 21 aus einem Material
hergestellt ist, das im Stande ist, einem derartigen hohen Druck
standzuhalten, führt
dies zu einer Erhöhung
der Herstellungskosten.
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Der
Metalldichtungsring 11 hat eine Dicke von 0,1 mm oder mehr
(0,4 mm in dieser Ausführungsform).
Wenn er weniger als 0,1 mm beträgt,
unterzieht sich der Metalldichtungsring 11 frühzeitig
einer Korrosion, was zu einer Abnahme der Haltbarkeit dessen führt. Zusätzlich ist
ein Bearbeiten des Metalldichtungsrings 11 schwierig, was
zu einer Erhöhung der
Herstellungskosten führt.
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3 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform darin unterscheidet,
dass der Metalldichtungsring 11 aus zwei Schichten hergestellt
ist: einer ersten Schicht 111 und einer zweiten Schicht 112.
Der restliche Aufbau ist identisch, und eine ausführliche
Erklärung
wird hier ausgelassen.
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Die
erste Schicht 111 und die zweite Schicht 112 sind,
wie deutlich in 3 gezeigt ist, so angeordnet,
dass sie einander überlappen.
Die erste Schicht 111 ist aus dem gleichen Material hergestellt wie
das des Metalldichtungsrings 11 der ersten Ausführungsform.
Die zweite Schicht 112 ist aus einem Material mit einer
geringeren Härte
als die der ersten Schicht 111 hergestellt. Zum Beispiel
ist die erste Schicht 111 aus reinem Nickel oder aus reinem
Titan hergestellt. Die zweite Schicht 112 ist aus einem Edelstahl
hergestellt, der in der mechanischen Eigenschaft weicher ist als
die erste Schicht 111. Der Grund hierfür wird unten beschrieben. Das
Gehäuse 10 wird
gewöhnlich
aus einem leicht zu bearbeitenden metallischen Material hergestellt,
das eine relativ geringere Härte
hat. Die Installation des ersten isolierenden Porzellans 21 im
Gehäuse 10 wird
bewerkstelligt durch Anordnen des ersten isolierenden Porzellans 21,
in dem das Sensorelement 15 eingepasst ist, innerhalb des
Gehäuses 10 über den
Metalldichtungsring 11, Legen des zweiten isolierenden
Porzellans 22, innerhalb dessen sich die Leitungen 16 befinden,
in die Luftabdeckung 12 zusammen mit der Tellerfeder 220,
Anpassen der Luftabdeckung 12 auf dem Basisabschnitt des
Gehäuses 10,
und Verschweißen
der Luftabdeckung 12 am Basisabschnitt des Gehäuses 10,
während
die Luftabdeckung 12 nach unten gepresst wird, wie in 1 gezeigt,
so dass die kegelförmige
Oberfläche 213 des
ersten isolierenden Porzellans an der Sitzoberfläche 103 des Gehäuses 10 über den
Metalldichtungsring 11 anhaftet. Daher wird das Pressen
des ersten isolierenden Porzellans 21 gegen das Gehäuse 10 eine
Deformation der Sitzoberfläche 103 des
Gehäuses 10 verursachen,
um dadurch den Grad der Adhäsion
der ersten Schicht 111 an der Sitzoberfläche 103 des
Gehäuses 10 zu
erhöhen.
Andererseits hat das erste isolierende Porzellan 21 eine
relativ hohe Härte.
Das Pressen des ersten isolierenden Porzellans 21 gegen
das Gehäuse 10 wird
daher verursachen, dass die zweite Schicht 112, die weicher
als die erste Schicht 111 ist, deformiert wird, um dadurch
den Adhäsionsgrad
der zweiten Schicht 112 an der kegelförmigen Oberfläche 213 des
ersten isolierenden Porzellans 21 zu erhöhen.
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4 zeigt
einen Gassensor 1 gemäss
der dritten Ausführungsform
der Erfindung.
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Der
Metalldichtungsring 11 ist zwischen der abgeschrägten Oberfläche 214,
gebildet auf dem Kopf des ersten isolierenden Porzellans 21,
und der ringförmigen
Schulter 102, gebildet auf der inneren Wand des Gehäuses 10,
angeordnet, um dadurch die Luftkammer 142 und die Gas-Kammer 141 luftdicht
beizubehalten. Der restliche Aufbau ist mit dem in der ersten Ausführungsform
identisch, und eine ausführliche
Erklärung
dessen wird hier ausgelassen.
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In
den oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen ist das erste
isolierende Porzellan 21 hergestellt aus einer Aluminiumoxid-Keramik mit
einer Reinheit von 90% oder mehr (vorzugsweise 92% oder mehr, weiter
bevorzugt 95% oder mehr). Zum Beispiel ist das erste isolierende
Porzellan 21 aus einer Aluminiumoxid-Keramik mit einer Reinheit von 98% hergestellt.
Ferner hat die kegelförmige Oberfläche 213 des
ersten isolierenden Porzellans 21, auf die der metallische
Dichtungsring 11 gelegt wird, eine relative Rauigkeit von
10 μm oder
weniger (vorzugsweise 2 μm),
wie ausgedrückt
durch Annehmen eines Durchschnitts von 10 Proben (was auch als Zehnpunktedurchschnitt
bezeichnet wird), um somit ein sehr luftdichtes Abdichten zwischen
dem ersten isolierenden Porzellan 21 und dem Gehäuse 10 zu
gewährleisten.
Die obige Rauigkeit der kegelförmigen
Oberfläche 213 kann
durch Glätten
oder Plattieren mit Nickel, Kupfer oder Gold erreicht werden.
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Der
Metalldichtungsring 11 kann aus einem mit Nickel-Kupfer
plattierten Edelstahl hergestellt werden.
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Undichtheitstests
wurden durchgeführt
unter Verwendung einer Prüfvorrichtung,
wie in 6 gezeigt, um eine Beziehung aufzufinden zwischen
der Rauigkeit der kegelförmigen
Oberfläche 213 des
ersten isolierenden Porzellans 21 und einer Gasundichtheit.
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Die
Prüfvorrichtung
beinhaltet eine die Undichtheit messende Einheit 72, ausgestattet
mit einem Luftregulierventil 71 und einer Gassensor-Halterungsbasis 74.
Die die Undichtheit messende Einheit 72 und die Gassensor-Halterungsbasis 74 sind über ein
Ventil 73 verbunden. Der Kopf des Gassensors 1 ist
in einer Lufthöhlung 740 der
Gassensor-Halterungsbasis 74 hermetisch über eine
Kautschukdichtung 741 installiert.
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10
Minuten nach Zufuhr von Luft 70 zur Lufthöhlung 740 bei
4 atm wurde eine Abnahme des Drucks in der Lufthöhlung 740 gemessen,
um die Menge der aus der Gas-Kammer 141 zur
Luftkammer 142 entweichenden Luft (cc/min) zu bestimmen. Diese
Messung wurde fünfmal
durchgeführt.
Die Ergebnisse der Messungen sind in einer Auftragung von 5 gezeigt.
Die Auftragung zeigt, dass wenn die Zehnpunktedurchschnitts-Rauigkeit
der kegelförmigen
Oberfläche 213 weniger
als 10 μm
beträgt,
die Menge der in die Luftkammer 142 entweichenden Luft
weniger als 1 cc/min ist, und wenn Zehnpunktedurchschnitts-Rauigkeit
mehr als 15 μm
beträgt,
die Luft-Undichtheit eine obere zulässige Grenze von 10 cc/min übersteigt.
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Ferner
wurde die Rauigkeit von Teststücken des
ersten isolierenden Porzellans 21, hergestellt aus Aluminiumoxid
unterschiedlicher Reinheit, gemessen, um eine Beziehung zwischen
der Rauigkeit der kegelförmigen
Oberfläche 213 und
der Aluminiumoxid-Reinheit des ersten isolierenden Porzellans 21 aufzufinden.
Die Messung der Rauigkeit jedes der Teststücke wurde dreimal über eine
Länge von
0,8 mm gemäss
JISB0601 unter Verwendung einer Nadel, deren Spitzenwinkel 90° und der
Radius der Krümmung
an der Spitze 2 μm
ist. Die Ergebnisse der Messungen sind in einer Auftragung von 7 gezeigt.
Die Auftragung zeigt, dass wenn die Reinheit von Aluminiumoxid 90% übersteigt,
die Rauigkeit der kegelförmigen
Oberfläche 213 des
ersten isolierenden Porzellans 21 in hohem Maße abnimmt.
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Während die
vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen
offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis hiervon zu ermöglichen,
sollte erkannt werden, dass die Erfindung auf zahlreichen Wegen verkörpert werden
kann, ohne das Prinzip der Erfindung zu verlassen. Daher ist zu
verstehen, dass die Erfindung alle möglichen Ausführungsformen
und Modifikationen der gezeigten Ausführungsformen beinhaltet, die,
ohne das Prinzip der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt,
zu verlassen, verkörpert
werden können.