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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor (im Weiteren einfach als Sensor bezeichnet) wie etwa einen Sauerstoffsensor, der zur Erfassung der Sauerstoffkonzentration im Auspuffgas einer Verbrennungsmaschine verwendet wird.
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Bei diesem Typ Gassensor ist ein Erfassungselement (im Folgenden auch einfach als „Element” bezeichnet), das an seinen jeweiligen inneren und äußeren Umfangsoberflächen Elektrodenschichten aufweist und aus einem zylindrischen Sauerstoffionenleiter, dessen vorderes Ende geschlossen ist, hergestellt ist, in einem Metallmantel angeordnet und befestigt, der ausgebildet ist, die äußere Umfangsoberfläche des Erfassungselements zu umgeben. Die Elektrodenschicht der äußeren Umfangsoberfläche ist mit dem Metallmantel elektrisch verbunden. Der Aufbau ist so ausgeführt, dass ein Anschlussglied (Metallanschluss) in einer Öffnung an einem hinteren Ende des Erfassungselements von einer inneren Verbindungsanschlussseite auf der vorderen Endseite eingeführt wird, um eine elektrische Verbindung (Leitung) zwischen dem Anschlussglied und der Elektrodenschicht auf der innern Umfangsoberfläche bereit zu stellen (siehe z. B. 2 und 3 im Patentdokument 1). Dieser Typ von Gassensor wird am Auspuffrohr der Verbrennungsmaschine von außen befestigt. Die Elektrodenschicht (Referenzelektrodenschicht) auf der innern Umfangsoberfläche (innere Oberfläche) des Elements wird mit Referenzsauerstoffgas (Atmosphärenluft) in Verbindung gebracht, während die Elektrodenschicht (Messelektrodenschicht) der äußeren Umfangsoberfläche (äußere Oberfläche) davon mit dem Auspuffgas in Kontakt gebracht wird. Eine elektromotorische Kraft (elektrische Potentialdifferenz) wird zwischen den beiden Elektroden gemäß dem Sauerstoffkonzentrationsunterschied zwischen der inneren und der äußeren Umfangsoberfläche des Elements erzeugt. Ein auf der elektromotorischen Kraft basierendes Signal wird an einen Steuerschaltkreis ausgegeben und die Sauerstoffkonzentration wird ermittelt, um das Luft-Kraftstoffverhältnis zu steuern.
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Bei einem wie oben beschrieben aufgebauten Gassensor dringt das Auspuffgas ins Innere des Elements ein, wenn die Dichtung (Luftdichtigkeit und Flüssigkeitsdichtigkeit) zwischen der innern und der äußeren Umfangsoberfläche (innere und äußere Oberfläche) des Elements beschädigt ist. Aus diesem Grund wird das Referenzsauerstoffgas auf der innern Oberflächenseite des Elements verunreinigt, so dass die Sauerstoffkonzentrationserfassbarkeit vermindert wird. Dabei treten auch verschiedene weitere Probleme auf, z. B. wird durch Öl oder ähnliche Bestandteile des Auspuffgases eine Korrosion der Elektrode auf der inneren Oberfläche bewirkt. Es ist daher notwendig, die Dichtung zwischen der inneren Umfangsoberfläche der Hülse und der äußeren Umfangsoberflächen des Elements sicher zu stellen, da dort eine Möglichkeit gegeben ist, dass das Auspuffgas dazwischen hindurch tritt.
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Die Europäische Patentanmeldung
EP 1391724 beschreibt ein Sensorelement mit einem vorderen Erfassungsbereich, das in einem zylindrischen Metallgehäuse angeordnetes ist, wobei der Erfassungsbereich mit Hilfe von zwei Schutzhülsen, zwischen denen Talkumpuder zur Abdichtung eingepresst ist, gegen das Metallgehäuse abgedichtet ist.
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Zwischenzeitlich wurde ein Gassensor, wie er in den
2 und
3 in Patentdokument 1 beschrieben ist, so aufgebaut, dass ein Dichtungsmaterial aus Talkum (Talkumpuder) oder ähnlichem in einem ringähnlichen Zwischenraum zwischen einem Bereich nahe dem rückwärtigen Ende (oberes Ende in den Zeichnungen) des Elements auf der Innenseite des Metallmantels (Montagemetallmantel) und einer äußeren Umfangsoberfläche des Anschlussglieds (Metallanschluss), das mit seiner vorderen Endseite in das Element eingeführt ist, angeordnet ist, so dass der ringähnliche Zwischenraum mit dem Dichtungsmaterial gefüllt ist, um dabei die Dichtung aufrecht zu erhalten. Das heißt, dass eine Keramikhülse an einem hinteren Ende des Dichtungsmaterials angeordnet ist. Im Bereich nahe dem hinteren Ende des Metallmantels wird beispielsweise die Dichtung auf eine solche Weise erhalten, dass das Dichtungsmaterial dadurch komprimiert wird, dass ein Hülsenpress-/Befestigungsmittel zum Pressen der Hülse in Richtung der vorderen Endseite bereitgestellt wird, während der Bereich nahe dem hinteren Ende des Metallmantels einwärts gebogen wird.
[Patentdokument 1]
Japanische Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift 95884/1978 (
2 und
3)
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Bei dem in den 2 und 3 im Patentdokument 1 beschriebenen Sensor wird jedoch der Bereich, in dem das Dichtungsmaterial in der axialen Richtung angeordnet ist, ausgedehnt, da das Dichtungsmaterial zu den beiden Teilen des Elements und dem Anschlussglied in der axialen Richtung verläuft. Bei dem Sensoraufbau, bei dem die axiale Länge des Dichtungsmaterials wie oben beschrieben, lang wird, ist es relativ schwierig, das Dichtungsmaterial mit einer gleichmäßigen Last zu beaufschlagen, wenn das Dichtungsmaterial im Inneren des Metallmantels angeordnet ist, während es zusammengedrückt (gepresst) wird. Demzufolge besteht die Neigung, dass ein Dichtungsmaterial ausgebildet wird, das einen Bereich mit geringer spezifischer Dichte aufweist. Im Hinblick auf ein solches Dichtungsmaterial mit einem Bereich teilweise geringer spezifischer Dichte kann eine hinreichende Dichtungsfunktion nicht erhalten werden, so dass die Möglichkeit besteht, dass die Dichtigkeit des Sensors herabgesetzt wird. Auf der anderen Seite mag man zwar daran denken, dass eine hohe Last beaufschlagt wird, um die Packungsdichte des axial ausgedehnten Dichtungsmaterials zu erhöhen, aber ein solcher Gedanke ist nicht realistisch, da dann die Möglichkeit besteht, dass das Erfassungselement durch die Last beschädigt wird.
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Weiterhin ist dieser Typ von Gassensor so aufgebaut, dass ein Ausgangsverbindungskabel mit dem Anschlussglied (Metallanschluss) verbunden ist, so dass ein Signal an eine Steuerung ausgegeben wird. Im Allgemeinen ist die Außenseite eine Anschlussbefestigung des Kabels mit einer Gummikappe (Gummiabdeckung) bedeckt, um die Stabilität der Verbindung, ihre Feuchtigkeitswiderstand, ihre elektrische Isolierfähigkeit, etc. zu erhalten. Als Ergebnis ergibt sich die folgende Anforderung. Diese besteht darin, dass Metallhülse des Sensors durch die Wärme des Auspuffgases auf eine hohe Temperatur erwärmt wird, so dass die Gummikappe durch Propagation der Wärme oder Strahlungswärme auf eine hohe Temperatur erwärmt wird. Es ist daher erforderlich, Maßnahmen zu ergreifen, um die Gummikappe vor solchen Wärmeschäden zu schützen, sogar wenn ein Gummimaterial mit hoher Wärmebeständigkeit als Gummikappe verwendet wird. Aus diesem Grund ist es notwendig, das hintere Ende des Metallmantels und das vordere Ende der Gummikappe durch eine vorbestimmte Größe (Abstand) zu trennen, in einem Zustand, bei dem die Gummikappe an dem Gassensor angepasst (angeordnet) wird.
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Auf der anderen Seite besteht bei diesem Typ Sensor auch eine Anforderung zur Verminderung in Größe und Gewicht wegen des benötigten Montageplatzes des Sensors. Bei dem in den 2 und 3 in Patentdokument 1 beschriebenen Sensor besteht jedoch das Problem, dass der Sensor nicht das Bedürfnis nach Verminderung der Sensorgröße erfüllen kann aufgrund der Anforderung der Erhaltung der Größe und des vorhergehend beschriebenen Aufbaus, bei dem der Bereich der Anordnung des Dichtungsmaterials lang wird.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf Überlegungen bezüglich der bei dem herkömmlichen Sensor auftretenden Problemen und das das ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung bei der Dichtungsleistung eines Dichtungsmaterials zwischen einer Metallhülse und einem Element eines Sensors zu erreichen und eine Verminderung in Länge und Größe des Sensors zu erreichen.
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Um die vorgehende Aufgabe zu lösen stellt die Erfindung gemäß Anspruch 1 einen Gassensor bereit, der beinhaltet: ein Erfassungselement, dessen vorderes Ende geschlossen ist, so dass es wie eine Pfeife geformt ist, und dass Elektrodenschichten in seinen inneren und äußeren Umfangsoberflächen aufweist, wobei das Erfassungselement in einem Metallmantel angeordnet ist, der zum Umgeben der äußeren Umfangsoberfläche ausgebildet ist, so dass die Elektrodenschicht der äußeren Umfangsoberfläche mit dem Metallmantel elektrisch verbunden ist; und ein Anschlussglied, das in eine Öffnung in einem hinteren Ende des Erfassungselements von seiner vorderen Endseite her eingeführt ist, um so mit der Elektrodenschicht auf der inneren Umfangsoberfläche elektrisch verbunden zu sein, wobei der Gassensor dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Dichtungsmaterial in einem ringähnlichen Zwischenraum zwischen einer inneren Umfangsoberfläche des Metallmantels und der äußeren Umfangsoberfläche des Erfassungselements angeordnet ist; wobei eine zylindrische Keramikhülse, im weiteren auch als Hülse bezeichnet, mit einem konvexen Bereich auf ihrer äußeren Umfangsoberfläche so angeordnet ist, dass ein hinteres Ende der Hülse auf der Rückseite des hinteren Endes des Metallmantels und auf der Rückseite des hinteren Endes des Erfassungselements angeordnet ist, während das Dichtungsmaterial angeordnet ist, um durch ein vorderes Ende der Hülse zur vorderen Endseite hin komprimierbar zu sein; wobei das Dichtungsmaterial durch Hülsenpress-/Befestigungsmittel zum Befestigen der Keramikhülse verdichtet wird, während die Keramikhülse zur vorderen Endseite durch den konvexen Bereich der Hülse gepresst wird in einem Bereich nahe dem hinteren Ende des Metallmantels, um dabei die Dichtung zwischen dem Metallmantel und dem Erfassungselement zu erhalten; und wobei Dichtungsmaterial lediglich auf der vorderen Endseite relativ zum hinteren Ende des Metallmantels und dem hinteren Ende des Erfassungselements angeordnet ist, so dass die Keramikhülse koaxial mit dem Erfassungselement ausgebildet ist, so dass die vordere Endseite der Hülse auf der vorderen Endseite relativ zum hinteren Ende des Erfassungselements angeordnet ist, während das Dichtungsmaterial zur vorderen Endseite hin komprimiert wird. Bei der Beschreibung bedeutet der Begriff „vorderes Ende” oder „vorne” bezüglich des Gassensors oder bezüglich eines Bestandteils (Komponente) des Gassensors „unteres Ende” oder „unten” des Gassensors oder des Bestandteils in 1. Der Begriff „hinteres Ende” oder „hinten” bedeutet „oberes Ende” oder „oben” des Gassensors des Bestandteils in 1.
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Gemäß der vorhergehend erwähnten Erfindung wird die folgende Funktion bereitgestellt. Das heißt, bei dem Dichtungsaufbau des in den 2 und 3 in Patentdokument 1 beschriebenen Sensors ist das Dichtungsmaterial in der axialen Richtung des Elements angeordnet, so dass es zu der äußeren Umfangsoberfläche des Bereichs nahe dem rückwärtigen Ende des Elements und der äußeren Umfangsoberfläche des Anschlussglieds, das auf der Rückseite des Elements angeordnet ist, verläuft. Aus diesem Grund neigt die Menge des Dichtungsmaterials dazu, groß zu sein, so dass die axiale Länge des Dichtungsmaterials lang wird. Als Ergebnis davon, ist es schwierig, die Packungsdichte des Dichtungsmaterials zu erhöhen. Im Gegensatz dazu wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Aufbau bereitgestellt, bei dem das Dichtungsmaterial lediglich in dem Bereich des ringähnlichen Zwischenraums zwischen der inneren Umfangsoberfläche des Metallmantels (im Folgenden einfach als „Mantel” bezeichnet) und der äußeren Umfangsoberfläche des Elements angeordnet ist und durch die Hülse komprimiert wird.
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Das heißt, dass gemäß der vorliegenden Erfindung die Keramikhülse koaxial mit dem Erfassungselement ausgebildet ist, so dass das Dichtungsmaterial durch das vordere Ende der Keramikhülse zur vorderen Endseite hin komprimiert wird, während die hintere Endseite des Erfassungselements im Innern des vorderen Endbereichs der Keramikhülse angeordnet ist. Demgemäß kann die axiale Länge des Dichtungsmaterials kürzer gemacht werden als bei dem herkömmlichen Sensoraufbau, so dass das Dichtungsmaterial mit hoher Dichte und hoher spezifischer Dichte ausgebildet werden kann unter einer Bedingung, dass das Dichtungsmaterial von der Keramikhülse eine Presskraft erfährt. Im Ergebnis kann ein Gassensor erhalten werden, dessen Dichtungsleistung deutlich besser ist, als bei dem herkömmlichen Gassensor.
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Da die vorliegende Erfindung aufgebaut ist, so dass die hintere Endseite des Erfassungselements im Inneren des vorderen Endbereichs der Keramikhülse angeordnet ist, kann zusätzlich ein Hülsenpress-/Befestigungsmittel im Bereich nahe dem hinteren Ende der Keramikhülse zum Pressen der Keramikhülse in Richtung der vorderen Endseite zum Verdichten des Dichtungsmaterials auf der vorderen Endseite bereitgestellt werden im Vergleich zu herkömmlichen Sensor. Im Ergebnis kann eine Verminderung in der Größe des Sensors erzielt werden, da die Position des hinteren Endes der Keramikhülse auf der vorderen Endbreite gesetzt werden kann, sogar wenn die Größe, die vom hinteren Ende der Keramikhülse zum hinteren Ende des Anschlussglieds erstreckt gleich der des herkömmlichen Sensors gehalten wird.
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Bei einem Gassensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die axiale Länge des Dichtungsmaterials kürzer gemacht werden, als bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Gassensors. Genauer gesagt wird die axiale Länge vorzugsweise so gewählt, dass sie nicht länger ist als 10 mm. Wenn die axiale Länge länger als 10 mm ist, ist es schwierig, bei dem Zustand, bei dem das Dichtungsmaterial durch das vordere Ende der Keramikhülse gepresst, eine gleichförmige Last auf das Dichtungsmaterial zu beaufschlagen. Die untere Grenze der axialen Länge ist nicht besonders beschränkt, solange gute Dichtungsleistung zwischen der inneren Umfangsoberfläche des Erfassungselements und der äußeren Umfangsoberfläche des Metallmantels erhalten werden kann. Wenn die untere Grenze der axialen Länge nicht kürzer als 2 mm gewählt wird, kann eine gute Dichtungsleistung erhalten werden. Übrigens bedeutet der Begriff „axiale Länge des Dichtungsmaterials” in dieser Beschreibung die Länge des Dichtungsmaterials, das sich von dem vorderen Endseitenendbereich, der in Kontakt mit dem Erfassungselement ist, zum hinteren Endseitenendbereich erstreckt, das heißt, der Länge des Dichtungsmaterials in einer Richtung parallel zu axialen Richtung des Erfassungselements. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der auf der äußeren Umfangsoberfläche der Keramikhülse bereitgestellte konvexe Bereich so ausgebildet sein, dass er in Umfangsrichtung diskontinuierlich wie ein äußeres Zahnrad gesehen aus der axialen Richtung, ist oder er kann ein Flansch sein, der einen Ring in der Umfangsrichtung der Keramikhülse bildet. Wenn der konvexe Bereich auf einem ringähnlichen Flansch gebildet ist, kann die Keramikhülse an sich gut in Richtung der axialen vorderen Endseite gepresst werden.
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Der konvexe Bereich kann vorzugsweise auf der äußeren Umfangsoberfläche der Keramikhülse bereitgestellt sein. Bei dem in Anspruch 1 beschriebenen Gassensor kann der konvexe Bereich am vorderen Ende der Keramikhülse oder in einem Bereich nahe dem vorderen Ende der Keramikhülse bereitgestellt sein, wie bei dem in Anspruch 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gemäß diesem Aufbau können die Hülsenpress-/Befestigungsmittel im Bereich nahe dem rückwärtigen Ende der Hülse angeordnet sein, um so nahe an der vorderen Endseite des Sensors angeordnet zu sein wie möglich. Eine Verminderung in der axialen Länge des Metallmantels kann erzielt werden, eine Reduktion bei den Kosten des Sensors kann erzielt werden und eine Reduktion in der Größe des Sensors kann erzielt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel, das in Anspruch 3 beschrieben ist, stellt einen Gassensor gemäß den Ansprüchen 1 oder 2 bereit, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Keramikhülse ausgebildet ist, eine äußere Umfangsoberfläche des Anschlussglieds zu umgeben. Wenn die Keramikhülse ausgebildet ist, die äußere Umfangsoberfläche des Anschlussglieds wie oben beschrieben zu umgeben, kann eine Stabilität bei der Befestigung des Anschlussglieds erzielt werden zusätzlich zum Schutz der Innenseite des Sensors. Darüber hinaus kann bei einem Sensor des Typs, bei dem das Anschlussglied auf eine solche Weise angebracht ist, dass die Gummikappe zum Bedecken der Anschlussbefestigung des mit dem Anschlussglied verbundenen Verbindungskabels auf den Bereich nahe dem hinteren Ende des Sensors aufgepasst ist, kann die Gummikappe leicht auf die Keramikhülse aufgepasst werden. Dies ist eine effektive Maßnahme gegen einen Hitzeschaden der Gummikappe auf Grundlage der Wärmestrahlungseigenschaften der Keramik. Im Übrigen kann der axiale Umgebungsbereich gewählt werden, um kein Hindernis bei der Verbindung des Anschlusses der Anschlussbefestigung an dem Verbindungskabel zu haben.
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Bezüglich der Hülsenpress-/Befestigungsmittel ist es bevorzugt, dass Hülsenpress-/Befestigungsmittel durch Einwärtsfalzen eines Umfangsrandes eines Bereichs nahe dem hinteren Ende des Metallmantels ausgeführt wird, um einen hinteren Bereich des konvexen Bereichs der Hülse mit dem Umfangsrand zu bedecken, wie es in Anspruch 5 beschrieben ist. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, solange die Keramikhülse befestigt werden kann, während die Keramikhülse zur vorderen Endseite durch den konvexen Bereich der Keramikhülse gepresst wird. Wie später im Einzelnen beschrieben wird, können auch andere Mittel zum Befestigen der Keramikhülse durch Verschweißen eines anderen metallenen ringähnlichen Glieds mit dem Bereich nahe dem hinteren Ende des Metallmantels in einem Zustand bereitgestellt werden, bei dem die Keramikhülse zur vorderen Endseite hin gepresst wird. während der hinteren Bereich des konvexen Bereichs der Keramikhülse mit dem ringähnlichen Glied bedeckt ist. Das heißt, dass geeignete Mittel verwendet werden können.
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Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen eines Gassensors gemäß der vorliegenden Erfindung wird in den Ansprüchen 6 bis 8 beschrieben. Anspruch 6 stellt ein Verfahren zum Herstellen eines Gassensors, wie er in Anspruch 5 beschrieben ist, bereit, gekennzeichnet wird das Beinhalten der Schritte: Anordnen der Keramikhülse, so dass das hintere Ende der Keramikhülse hinter dem hinteren Ende des Metallmantels und dem hinteren Ende des Erfassungselements angeordnet ist, während das Dichtungsmaterial angeordnet ist, um durch das vordere Ende der Hülse zur vorderen Endseite hin komprimierbar zu sein; und Einwärtsfalzen des Umfangsrandes des Bereichs nahe dem hinteren Ende der Metallhülse, um das hintere Ende des konvexen Bereichs der Keramikhülse mit dem Umfangsrand in einem Zustand zu bedecken, bei dem die Keramikhülse zur vorderen Endseite hin gepresst wird, so dass das Dichtungsmaterial durch das vordere Ende der Keramikhülse zur vorderen Endseite hin komprimiert wird.
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Anspruch stellt ein Verfahren zum Herstellen eines Gassensors wie er in Anspruch 5 beschrieben ist, bereit, gekennzeichnet durch das Beinhalten der Schritte: Anordnen der Keramikhülse, so dass das hintere Ende der Keramikhülse hinter dem hinteren Ende des Metallmantels und dem hinteren Ende des Erfassungselements angeordnet ist, während das Dichtungsmaterial angeordnet ist, um durch das vordere Ende der Keramikhülse zur vorderen Endseite hin komprimierbar zu sein; und Einwärtsfalzen des Umfangsrandes des Bereichs nahe dem hinteren Ende des Metallmantels, um das hintere Ende des konvexen Bereichs der Keramikhülse mit dem Umfangsrand ungefähr zur selben Zeit zu bedecken, zu der die Keramikhülse zur vorderen Endseite hin gepresst wird, so dass das Dichtungsmaterial durch das vordere Ende der Keramikhülse zur vorderen Endseite hin komprimiert wird.
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Anspruch 8 stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Gassensors gemäß der Ansprüche 6 oder 7 bereit, dadurch gekennzeichnet, dass nachdem der Umfangsrand des Bereichs nahe dem hinteren Ende des Metallmantels einwärts gefalzt wurde, um das hintere Ende des konvexen Bereichs der Keramikhülse mit dem Umfangsrand zu bedecken, das Anschlussglied von der vorderen Endseite her in die Keramikhülse eingesetzt wird, und in die Öffnung am hinteren Ende des Erfassungselements eingesetzt wird, so dass es mit der Elektrodenschicht auf der innern Unfangsoberfläche elektrisch verbunden ist.
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Wie aus der vorhergehenden Beschreibung deutlich hervorgeht, kann bei dem Gassensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die axiale Länge des Dichtungsmaterials kürzer gemacht werden als bei dem herkömmlichen Sensoraufbau. Aus diesem Grund kann das Dichtungsmaterial mit höherer Dichte und höherer spezifischer Dichte unter einer Bedingung hergestellt werden, dass das Dichtungsmaterial von der Keramikhülse eine Presskraft erfährt. Als Ergebnis davon kann ein Gassensor erhalten werden, der eine deutlich bessere Dichtungsleistung aufweist als der herkömmliche Gassensor.
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Zusätzlich ist der Gassensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, dass die hintere Endseite des Erfassungselements im Inneren des vorderen Endbereichs der Keramikhülse angeordnet ist. Demgemäß kann das Hülsenpress-/Befestigungsmittel im Bereich nahe dem hinteren Ende der Keramikhülse zum Pressen der Keramikhülse in Richtung der vorderen Endseite, um das Dichtungsmaterial zu komprimieren, bereitgestellt werden, um verglichen mit dem herkömmlichen Sensor nahe der vorderen Endseite bereitgestellt zu sein. Als Ergebnis davon kann eine Verminderung in der Sensorgröße erzielt werden, da die Position des hinteren Endes der Keramikhülse auf der vorderen Endseite festgelegt werden kann, selbst wenn die Größe, die sich vom hinteren Ende der Keramikhülse zum hinteren Ende des Anschlussglieds erstreckt, gleichgehalten wird zu der beim herkömmlichen Sensor.
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Darüber hinaus wird bei dem Verfahren zum Herstellen eines Gassensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Umfangsrand des Bereichs nahe dem hinteren Ende der Metallhülse einwärts gefalzt, so dass die Keramikhülse mit dem Umfangsrand unter der Bedingung bedeckt ist, dass die Keramikhülse zur vorderen Endseite hin gepresst wird, so dass das Dichtungsmaterial durch das vordere Ende der Keramikhülse zur vorderen Endseite hin komprimiert wird oder dass ungefähr zu der selben Zeit das Dichtungsmaterial zu vorderen Endseite hin komprimiert wird. Aus diesem Grund kann eine hohe Dichtigkeit erhalten werden, da das Dichtungsmaterial verdichtet wird, wenn der Umfangsrand gefalzt wird. Im Übrigen kann bei dem Verfahren zum Herstellen eines Gassensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Keramikhülse zu einer vorderen Endseite hin gepresst werden, während das vordere Hülsenende der Keramikhülse am Dichtungsmaterial anliegt oder die Keramikhülse kann zu vorderen Endseite hin gepresst werden, während ein Zwischenglied (z. B. ein ringähnliches Plattenglied mit einer gleichförmigen Dicke) zwischen dem vordere Hülsenende der Keramikhülse und dem Dichtungsmaterial angeordnet ist.
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1 zeigt eine Vorderansicht im Halbschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Gassensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt eine vergrößerte Ansicht von Teil A (wichtiger Teil) aus 1;
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3 zeigt eine Schnittansicht der Vorderseite eines im Herstellungsprozess befindlichen Produkts (bevor ein Anschlussglied angebaut wird) des in 1 gezeigten Gassensors;
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4 zeigt eine Vorderansicht im Halbschnitt eines Zustands, bei dem der in 1 gezeigte Gassensor an einem Auspuffrohr angeordnet ist und eine Anschlussbefestigung eines eine Gummikappe beinhaltenden Kabels mit einem Anschlussglied verbunden ist;
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5 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines wichtigen Teils gemäß einem anderen Bespiel eines Hülsenpress-/Befestigungsmittels bei einem Gassensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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6 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines anderen Beispiels des Hülsenpress-/Befestigungsmittels bei einem Gassensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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7 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines wichtigen Teils gemäß einem anderen Beispiel eines konvexen Bereichs in einer Keramikhülse;
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8 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines wichtigen Teils gemäß einem anderen Beispiel des konvexen Bereichs in der Keramikhülse; und
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9 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines wichtigen Teils in einem Zustand, bei dem ein ringähnliches Plattenglied zwischen einem vorderen Ende der Keramikhülse und einem Dichtungsmaterial in 2 angeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gassensor
- 2
- Metallmantel
- 2b
- hinteres Ende des Metallmantels
- 7b
- Bereich nahe dem hinteren Ende des hinteren Metallmantels
- 15
- Erfassungselement
- 15b
- hinteres Ende des Erfassungselements
- 21
- Dichtungsmaterial
- 25
- Keramikhülse
- 26
- vorderes Ende der Keramikhülse
- 27
- hinteres Ende der Keramikhülse
- 28
- Flansch (konvexer Bereich) der Keramikhülse
- 31
- Anschlussglied
- H
- Auspuffrohr
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Ein Ausführungsbeispiel zur Verkörperung eines Gassensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun im Einzelnen unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben werden. In den Zeichnungen benennt das Bezugszeichen 1 den Gassensensor (Sauerstoffsensor) gemäß dem Ausführungsbeispiel. Ein Metallmantel 2 ist aus SU430 hergestellt. Der innere Umfang an der vorderen Endseite (untere Seite in den Zeichnungen) des Metallmantels 2 weist ein Loch 3 mit kleinem Durchmesser auf, das einen dünnen kreisförmigen Abschnitt aufweist und gerade ausgebildet ist. Ein innerer umfänglicher Stufenbereich 4 ist in einem oberen Endbereich des Lochs 3 mit kleinem Durchmesser umfänglich bereitgestellt, so er wie ein Kegel mit nach oben zunehmendem Durchmesser geformt ist. Eine zylindrische innere Umfangsoberfläche 5 mit einem kreisförmigen Abschnitt mit einem Durchmesser, der größer ist, als der des Lochs 3 mit kleinem Durchmesser, ist auf der Rückseite eines hinteren Endes (oberes Ende in den Zeichnungen) des innern umfänglichen Stufenbereichs 4 gerade ausgebildet. Die innere Umfangsoberfläche auf der Rückseite des hinteren Endes des zylindrischen innern Umfangsoberfläche 5 weist eine zylindrische Umfangsoberfläche 8 mit vergrößertem Durchmesser auf, wobei der Durchmesser durch einen Kegeloberfläche 6 mit einem nach oben zunehmenden Durchmesser so vergrößert ist, dass er größer ist, als der Durchmesser der zylindrischen Umfangsoberfläche 5, und die durch einen dünnen zylindrischen Bereich 7 ausgebildet ist. Wie in 2 gezeigt wird zur selben Zeit, zu der ein Bereich 7b nahe dem hinteren Ende des dünnen zylindrischen Bereichs 7 durch die Kraft P einer Pressform D zur vorderen Endseite hin gepresst wird, um aus dem zylindrischen Zustand, der mit den Achsen G des Sensors koaxial ist einwärts gebogen zu werden, der Bereich 7b nahe dem hinteren Ende des dünnen zylindrischen Bereichs 7 in Richtung der vorderen Endseite gefalzt. Die innere Umfangsoberfläche des Metallmantels 2 ist wie eine Stufe beinhaltender Zylinder geformt, der einen Durchmesser aufweist, der von der vorderen Endseite 2a (unteres Ende in den Zeichnungen) zur hinteren Endseite 2b bezüglich der Achse B des Sensors die gleich der Achse einer Schraube 10 ist (wie später beschrieben wird), koaxial anwächst.
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Andererseits ist ein sechseckiger Bereich 9 zur Montage (Schrauben) des Gassensors an ein Auspuffrohr H vergrößert auf der Außenseite eines Bereichs des Metallmantels 2 der mit der zylindrischen Umfangsoberfläche 5 und der Kegeloberfläche 6 korrespondiert bereitgestellt. Eine Montageschraube 10 ist am äußeren Umfang des unteren Bereichs des sechseckigen Bereichs 9 bereitgestellt. Ein Bereich 11 mit vermindertem Durchmesser, der einen verminderten äußeren Durchmesser aufweist, ist an der vorderen Endseite der Montageschraube 10 bereitgestellt. Eine Elementschutzkappe 12 mit mehreren Gasflusslöchern ist mittels Schweißen oder Ähnlichem ist an dem Bereich 11 mit reduziertem Durchmesser angepasst und befestigt. Der oben erwähnte dünne zylindrische Bereich 7 verläuft zum oberen Bereich des sechseckigen Bereichs 9.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine ringähnliche Dichtung 13, die aus Metall (SUS430) hergestellt ist, auf dem inneren umfänglichen Stufenbereich 4 auf der Innenseite des Metallmantels 2 aufgesetzt, um von der hinteren Endseite angeordnet zu werden. Ein Erfassungselement 15, das wie eine Röhre geformt ist und dessen vorderes Ende 15a geschlossen ist, wird in den Metallmantel 2 koaxial von der vorderen Endseite 15a eingesetzt. Im Übrigen weist das Erfassungselement 15 einen äußeren umfänglichen konvexen Bereich 16 (Flansch) auf, der umfänglich auf der äußeren Umfangsoberfläche leicht oberhalb der mittleren Position des Erfassungselements 15 bereitgestellt ist, um nach außen auszukragen. Der äußere umgängliche konvexe Bereich 16 (Flansch) ist auf eine solche Weise angeordnet, dass der äußere umfängliche konvexe Bereich 16 (Flansch) über die Metalldichtung 13 gegen den inneren umfänglichen Stufenbereich 4 im Inneren des Metallmantels stößt. Im Übrigen verläuft bei diesem Ausführungsbeispiel eine Elektrodenschicht (nicht gezeigt), die an der äußeren Umfangsoberfläche an der vorderen Endseite des Erfassungselements 15 ausgebildet ist, zum äußeren umfänglichen Bereich 16 und ist über die Metalldichtung 13 mit dem Metallmantel 2 elektrisch verbunden. Der äußere umfängliche konvexe Bereich 16 weist eine Seite auf, die an der vorderen Endseite so ausgebildet ist, dass sie zu dem Verjüngungswinkel des inneren umfänglichen Stufenbereichs 4 korrespondiert, und sie weist weiterhin einen Außendurchmesser auf, der so festgelegt ist, dass er vollständig in der zylindrischen innern Umfangsoberfläche 5 gelegen ist. Die Weite des äußeren umfänglichen Bereichs 16 in senkrechter Richtung (axiale Richtung G) ist so festgelegt, dass sie etwas kleiner ist, als die vertikale Größe der zylindrischen inneren Umfangsoberfläche 5. Im Übrigen ist die äußere Umfangsoberfläche auf der vorderen Endseite relativ zum äußeren umfänglichen konvexen Bereich 16 lose abgeschrägt, wo hingegen die äußere Umfangsoberfläche auf der hinteren Endseite relativ zum äußeren umfänglichen konvexen Bereich 16 ungefähr gerade ausgebildet ist. Im übrigen sind die innere und die äußere Umfangsoberfläche nahe der Öffnung des hinteren Endes 15b angeschrägt.
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Eine Dichtung 18 aus Metalldraht (Ni) ist oberhalb des äußeren umfänglichen konvexen Bereichs des Erfassungselements 15 und zwischen äußeren Umfangsoberfläche 15c des Erfassungselements 15 und der zylindrischen inneren Umfangsoberfläche 5 des Metallmantels 2 angeordnet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Dichtungsmaterial 21, das aus Talkumpuder (oder hexagonalem Bornitridpulver) hergestellt ist, in einem ringähnlichen Zwischenraum, der zwischen dem innern der Kegeloberfläche 6 des Metallmantels 2 und der zylindrischen inneren Umfangsoberfläche 8 mit vergrößertem Durchmesser als der innern Umfangsoberfläche des dünnen zylindrischen Bereichs 7 und der äußeren Umfangsoberfläche 15c des Erfassungselements 15 angeordnet ist. Im Übrigen ist das Dichtungsmaterial 21 so angeordnet, dass das hintere Ende des Dichtungsmaterials 21 auf der vorderen Endseite relativ zum hinteren Ende des Erfassungselements 15 und dem hinteren Ende des Metallmantels 2 angeordnet ist. Das heißt, dass bei diesem Ausführungsbeispiel das Dichtungsmaterial 21 im Wesentlichen wie ein Keil geformt ist, wenn man den Schnitt betrachtet.
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Eine Keramikhülse 25, die aus Aluminiumoxid oder ähnlichem hergestellt ist, und die im Wesentlichen wie Zylinder geformt ist, und eine elektrisch isolierende Eigenschaft aufweist, wird auf der hinteren Endseite des Dichtungsmaterials 21 wie folgt vorgesehen und befestigt. Das heißt, dass die Keramikhülse 25 so ausgebildet ist, dass ein Bereich nahe dem vorderen Ende 26 zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 15c des Bereichs (nahe dem hinteren Ende 15b) des Erfassungselements 15 und der inneren Umfangsoberfläche des dünnen zylindrischen Bereichs 7 des Metallmantels 2 angeordnet ist, so dass sie mit dem Erfassungselement koaxial ist. Die vordere Endseite des Dichtungsmaterials 21 wird durch das vordere Ende 26 komprimiert, um eine Dichtung zwischen dem Metallmantel 2 und dem Erfassungselement 15 zu erhalten. Im Übrigen weist die Keramikhülse 25 einen Flansch auf, der als ein konvexer Bereich 28 auf einer äußeren Umfangsoberfläche an ihrem vorderen Ende 26 umfänglich ausgebildet ist. Das Dichtungsmaterial 21 wird durch Hülsenpress-/Befestigungsmittel zum Befestigen der Keramikhülse 25 während die Keramikhülse 25 durch den konvexen Bereich der Keramikhülse 28 zur vorderen Endseite hin gepresst wird, komprimiert, so dass eine Dichtung zwischen dem Metallmantel 2 und dem Erfassungselement 15 erhalten wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine O-Ringdichtung 30, die aus einem Metalldraht (SUS430) hergestellt ist, auf dem hinteren Bereich 28b (hintere Endoberfläche) des konvexen Bereichs der Keramikhülse 28 angeordnet. In diesem Zustand wird wie oben beschrieben der Umfangsrand des Bereichs 7b nahe dem hinteren Ende des dünnen zylindrischen Bereichs 7 einwärts gefalzt, um die O-Ringdichtung 30 mit dem Umfangsrand zu bedecken, um dabei die Keramikhülse zur vorderen Endseite hin zu pressen. Im Übrigen ist auf der linken Seite von 3 ein in diesem Zustand in Bearbeitung befindliches Produkt gezeigt.
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Im Übrigen ist es bevorzugt, dass, bevor der Umfangsrand des Bereichs 7b nahe dem hinteren Ende des dünnen zylindrischen Bereichs 7 einwärts gefalzt wird, um die O-Ringdichtung 30 zu bedecken, dass die Keramikhülse 25 durch eine vorbestimmte Last (z. B. 10 bis 30 kN) wie sie durch den Pfeil K in 3 dargestellt ist, zur vorderen Endseite hin gepresst wird, so dass das Dichtungsmaterial 21 durch das vordere Ende 26 zur vorderen Endseite hin komprimiert wird. Das heißt, dass unter der Bedingung, dass das Dichtungsmaterial 21 auf diese Weise komprimiert wird, was bevorzugt ist, dass die Pressform D zur vorderen Endseite hin gepresst wird, um den Umfangsrand des Bereichs 7b nahe dem hinteren Ende des Metallmantels 2 zu falzen, um dabei den hinteren Endbereich des konvexen Bereichs 28 der Keramikhülse 25 mit dem Umfangsrand zu bedecken. Auf diese Weise kann eine höhere Dichtigkeit erhalten werden, da das Dichtungsmaterial 21 neben dem Falzen hinreichend komprimiert werden kann. Alternativ kann der Umfangsrand des Bereichs 7b nahe dem hinteren Ende des Metallmantels einwärts gefalzt werden, um den hinteren Bereich des konvexen Bereichs 28 der Keramikhülse 25 ungefähr zur selben Zeit, zu das Dichtungsmaterial 21 zur vorderen Endseite komprimiert wird, zu bedecken.
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Auf der anderen Seite weist die Keramikhülse 25 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Flansch 29 auf, der auf der inneren Umfangsoberfläche auf der hinteren Endseite 27 ausgebildet ist, um so leicht einwärts auszutragen. Der Flansch 29 ist so ausgebildet, dass ein Anschlussglied 31 in den Flansch 29 eingesetzt ist. Eine jeweilige der inneren und äußeren Umfangsoberfläche der Hülse 25, außer den Bereichen der beiden Flansche 28 und 29, ist ausgebildet, dass sie einen gleichförmigen Durchmesser aufweist (Gerade). Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kragt eine Hälfte oder mehr des Bereichs nahe dem hinteren Ende rückwärts vom hinteren Ende des Erfassungselements 15 und dem hinteren Ende des Metallmantels 2 aus, um so zur Außenseite hin freiliegend zu sein. Wie oben beschrieben kragt bei dem Gassensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die hintere Endseite der Keramikhülse 25 vom hinteren Ende des Metallmantels 2 aus, so dass sie wie in 1 gezeigt, zur Außenseite hin frei liegt, so dass die Keramikhülse 25 als eine Schutzröhre zum mechanischen Schutz des Erfassungselements 15 gegenüber der Außenseite dient.
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Auf diese Weise wird das Anschlussglied 31, das auf dem in Bearbeitung befindlichen Produkt des in 3 gezeigten Sensors so ausgebildet ist, dass es wie ein Zylinder, der eine abgeschrägte Stufe beinhaltet geformt ist, in die Öffnung des Bereichs (nahe dem hinteren Ende 15b) des Erfassungselements 15 von der Seite des inneren Verbindungsanschlusses 33 auf der vorderen Endseite durch das Innere der Keramikhülse 25 gepresst wird, um dabei den in den 1 bis 4 gezeigten Sensor zusammen zu setzten. Im Übrigen wird der innere Verbindungsanschluss 33 des Anschlussglieds 31 mit der auf der inneren Umfangsoberfläche 15b des Erfassungselements 15 ausgebildeten Elektrodenschicht (nicht gezeigt) durch die Federcharakteristik des inneren Verbindungsanschlusses 33 festgeschweißt, so dass eine elektrische Verbindung (Leitung) erhalten wird. Wie in 4 gezeigt, ist die axiale Länge L1 eines Bereichs des zusammengesetzten Sensors 1, der vom hinteren Ende 2b des Metallmantels 2 zum hinteren Ende 31b des Anschlussglieds 31 verläuft, so festgelegt, dass eine notwendige Länge S zwischen dem hinteren Ende 2b des Metallmantels 2 und der Gummikappe 45 des Verbindungskabels 40 eingehalten wird, so dass die Gummikappe 45 zum Bedecken der Anschlussbefestigung 43 im Verbindungskabel 40 davor bewahrt werden kann durch die Wärme des Auspuffrohrs beschädigt zu werden, wenn die das Verbindungskabel 40 konstituierende Anschlussbefestigung 43 mit dem Anschlussglied 31 eingepasst und verbunden wird.
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Bei dem vorher beschriebenen Zusammenbau kann, nachdem das Anschlussglied 31 in die Öffnung am hinteren 15b des Erfassungselements 15 eingesetzt worden ist, auf diese Weise mit der Elektrodenschicht auf der innern Umfangsoberfläche vorne elektrisch verbunden zu sein, die Keramikhülse 25 so festgelegt sein, dass der Umfangsrand des Bereichs 7b nahe dem hinteren Ende des Metallmantels 2 einwärts gefalzt werden kann, um die Keramikhülse 25 mit dem Umfangsrand zu bedecken. Wenn das Anschlussglied 31 die die Keramikhülse 25 von der vorderen Endseite her eingesetzt wird und in die Öffnung am hinteren Ende 15b des Erfassungselements 15 eingesetzt wird, um mit der Elektrodenschicht auf der Inneren Umfangsoberfläche elektrisch verbunden zu sein, nachdem die Keramikhülse 25 festgelegt ist und der Umfangsrand 7b nahe dem hinteren Ende des Metallmantels 2 einwärts gefalzt ist, um die Keramikhülse 25 wie oben beschrieben zu bedecken, wird der Zusammenbau erleichtert. Wenn die Keramikhülse 25 eingesetzt wird, nachdem das Anschlussglied 31 vorher in das Erfassungselement 15 eingeführt worden ist, kann es schwierig sein, die Keramikhülse 25 einzusetzen, da die Keramikhülse 25 mit dem Anschlussglied 31 aufgrund der Neigung des Anschlussglieds 31 sich gegenseitig behindert oder kollidiert. Jedoch kann dieses Problem leicht vermieden werden, wenn das Anschlussglied 31 anschließend in die Keramikhülse 25 eingesetzt wird.
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Im Übrigen ist bei diesem Ausführungsbeispiel das Anschlussglied 31 auf solche Weise ausgebildet, dass eine dünne Metallplatt aus SUS304 gerundet ist, so dass ein Einschubführungsbereich 32 mit kleinem Durchmesser, ein Bereich des inneren Verbindungsanschlusses 33, ein mittlerer zylindrischer Bereich 34 und ein äußerer Verbindungsanschluss nahe dem hinteren Ende durch einen Einführungsbereich 35 in einem Bereich vom vorderen Ende 31a zum hinteren Ende 31b ausgebildet sind. Eine Seite des Anschlussglieds 31 ist entlang der Achse geschlitzt (siehe die rechte Seite von 3). Im Übrigen ist der Schlitz des inneren Verbindungsanschlusses 33 in der axialen Richtung gleichmäßig ausgeführt. Das heißt, dass der Schlitz so ausgebildet ist, dass der Bereich des inneren Verbindungsanschlusses 33 mit der Elektrodenschicht auf der inneren Umfangsoberfläche 15d des Erfassungselements 15 aufgrund der Federcharakteristik des inneren Verbindungsanschlusses 33 festgeschweißt wird, wenn das Anschlussglied 31 in das Erfassungseement 15 eingesetzt wird.
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Im Übrigen ist das hintere Ende der äußeren Umfangsoberfläche, die den äußeren Verbindungsanschluss 36 konstituiert, abgeschrägt, so dass es leicht mit der Anschlussbefestigung 43, die das Verbindungskabel 40 konstituiert, bedeckt werden kann. Das Verbindungskabel 40 weist die Anschlussbefestigung 43, die Gummikappe 45 (z. B. aus Flurgummi) zum Bedecken der Anschlussbefestigung 43 einen Leitungsdraht 41 und einen Crimpanschluss 42 auf. Der Crimpanschluss 42 weist eine Endseite auf, die mit der Anschlussbefestigung 43 elektrisch verbunden ist, während sie an der Anschlussbefestigung 43 anliegt, und die andere Endseite ist mit dem Leitungsdraht 41 gecrimpt und mit dem Leitungsdraht 41 elektrisch verbunden. Dabei ist die Anschlussbefestigung 43 aus einem steifen Material (z. B. INCONEL 178) hergestellt, was den Durchmesser des äußeren Verbindungsanschlusses 36 des Anschlussglieds 31 ohne Verformung des Materials an sich vermindert, wenn das Material angepasst und auf die Außenseite des Anschlussglieds 31 verbunden wird. Wenn ein solches Verbindungskabel 40 auf den Gassensor 1 angebracht wird, kann eine Signalausgabe vom Erfassungselement 15 an ein äußeres Gerät (z. B. ein elektronisches Motorsteuerungssystem ECU) mittels des Leitungsdrahts 41 übermittelt werden.
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Das in 4 gezeigte Verbindungskabel 40 weist die Gummikappe 45 auf, die in der Schnittansicht der Zeichnung ähnlich wie ein großes L geformt ist und die so ausgebildet ist, dass die Anschlussbefestigung 43 wie oben beschrieben mit der Gummikappe 45 bedeckt ist. Das Verbindungskabel 40 ist so ausgebildet, dass das Innere der Gummikappe 45 nahe der Öffnung elastisch auf die Keramikhülse 25 aufgepasst ist, wenn das Verbindungskabel 40 auf dem Sensor 1 angebracht ist. Im Übrigen bezeichnet das Bezugszeichen 38 im Anschlussglied 31 einen Anschlag zum Verhindern, dass das Anschlussglied 31 zu weit in das Erfassungselement 15 eingeführt wird. Der Anschlag 38 ist auswärts austragend ausgebildet, um vom hinteren Ende 27 der Keramikhülse 25 gestoppt zu werden. In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 39 einen Ausfallverhinderer zum Verhindern, dass das Anschlussglied nach Einsetzen des Anschlussglieds herausfällt. Der Ausfallverhinderer 39 ist im mittleren zylindrischen Bereich 34 ausgebildet, so dass er wie eine Zunge geschnitten ist, so dass der Ausfallverhinderer 39 aufgrund seiner Federcharakteristik durch die innere Umfangsoberfläche des Flanschs am hinteren Ende 27 der Keramikhülse 25 verschmälert wird und durch den Flansch 29 hindurchpasst, wenn das Anschlussglied eingeführt wird, und dass sich der Ausfallverhinderer 39 aufgrund seiner Federcharakteristik durch das vordere Ende des Flanschs 29 öffnet, so dass er einen geweiteten oberen Bereich aufweist, nachdem der Ausfallverhinderer 39 durch den Flansch 29 hindurchgetreten ist.
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Wie in 4 gezeigt, wird ein solcher Sensor 1 an dem Auspuffrohr H mittels einer Unterlegscheibe W durch Schrauben angebracht. Dann wird die Anschlussbefestigung 43 des Verbindungskabels 40 auf den äußeren Verbindungsanschluss 36 des Anschlussglieds 31 gesetzt, um eine Verbindung dazwischen herzustelle, um eine Verwendung des Sensors zu ermöglichen. Andererseits wird der Sensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung so zusammengesetzt, dass der Bereich nahe dem vorderen Ende der Keramikhülse 25 derart koaxial angeordnet ist, dass er mit der äußeren Umfangsoberfläche 15c des Bereichs (nahe dem hinteren Ende 15b) des Erfassungselements 15 überlappt. Das heißt, dass das Dichtungsmaterial 21 lediglich um die äußere Umfangsoberfläche des Erfassungselements 15 im Inneren des Metallmantels 2 herum vorliegt. Das Dichtungsmaterial 21 ist nicht so angeordnet, dass es in der axialen Richtung zum Element und zum Anschlussglied verläuft, wie dies bei dem herkömmlichen Sensor der Fall ist. Aus diesem Grund kann die axiale Länge L3 des Dichtungsmaterials 21 vermindert werden. Aus diesem Grund kann die Packungsdichte des Dichtungsmaterials 21, das durch die Presskraft der Hülse 25 komprimiert gepackt ist, vergrößert werden, so dass bei einem Gassensor 1 deutlich bessere Dichtungsleistung erhalten werden kann, als bei dem herkömmlichen Sensoraufbau. Im Übrigen beträgt die Länge L3 des Dichtungsmaterials beim vorliegenden Ausführungsbeispiel 4 mm.
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Da die Position, an der der Flansch 28 der Keramikhülse 25 ausgebildet ist, am vorderen Ende 26 der äußeren Umfangsoberfläche festgesetzt ist, während der axiale Bereich, in dem das Dichtungsmaterial 21 angeordnet ist, vermindert ist, kann darüber hinaus die Position des hinteren Endes 2b des Metallmantels 2 auf der vorderen Endseite des Erfassungselements 15 gelegen sein. Aus diesem Grund kann eine Verminderung der Länge des Sensors und demgemäß eine Verminderung der Größe des Sensors erreicht werden. Da eine Verminderung der Länge erreicht werden kann, kann die Länge L2 vom Auspuffrohr zum hinteren Ende des Sensors vermindert werden, wenn der Sensor 1 am Auspuffrohr H angebracht wird. Demgemäß kann der zur Montage erforderliche Platz vermindert werden.
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Darüber hinaus wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung die Gummikappe 45 im Verbindungskabel 40 auf die äußere Umfangsoberfläche der Keramikhülse 25 elastisch aufgepasst (kontaktiert) während die axiale Länge S konstant gehalten wird. Aus diesem Grund kann einer Beschädigung der Gummikappe 45 durch Hitze vermieden werden. Darüber hinaus kann eine Stabilität bei der Anbringung der Gummikappe 45 erzielt werden, so dass das Verhindern des Eindringens von Wasser oder Öl in den Sensor sehr gut gelingt.
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Obwohl das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel den Fall geschildert hat, bei dem der konvexe Bereich 28 (Flansch) der Keramikhülse 25 durch Falzen im Bereich nahe dem hinteren Ende des Mantels 2 als Hülsenpress-/Befestigungsmittel gepresst wird, kann die Erfindung ebenso ausgeführt werden, wenn die in 5 gezeigten Maßnahmen ergriffen werden. 5 zeigt ein weiteres Beispiel für die Hülsenpress-/Befestigungsmittel. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel erläutert, während ähnliche Teile durch ähnliche Bezugszeichen benannt sind. Dasselbe gilt für die folgende Beschreibung. Das heißt, dass ein Ring 51 mit einem L-förmigen Querschnitt, wie er in der Zeichnung gezeigt ist, so angeordnet wird, dass der Ring 51 auf die äußere Umfangsoberfläche des Bereichs 7b nahe dem hinteren Ende des Metallmantels 2 durch einen vertikalen zylindrischen Bereich 52 aufgepasst wird, und dass eine O-Ringdichtung 30 durch einen flachen Ringbereich 53 gepresst wird. Die Keramikhülse wird durch den Ring 51 zur vorderen Endseite hin gepresst, wie durch den Pfeil P dargestellt ist, so dass das Dichtungsmaterial 21 komprimiert wird. In diesem Zustand werden die innere Umfangsoberfläche des vertikalen zylindrischen Bereichs 52 und die die äußere Umfangsoberfläche des Bereichs 7b nahe dem hinteren Ende des Metallmantels 2 miteinander verschweißt, um dabei die Keramikhülse 25 am Metallmantel 2 zu befestigen.
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Wie in 6 gezeigt, kann eine Schraube 7c an der äußeren Umfangsoberfläche des Bereichs 7b nahe dem hinteren Ende des Metallmantels 2 bereit gestellt sein. Auch kann ein Innengewinde auf der inneren Umfangsoberfläche eines vertikalen zylindrischen Bereichs 62 in einem Ring 61, der einen in der Zeichnung gezeigten L-förmigen Querschnitt aufweist bereitgestellt sein. Das Innengewinde kann mit der Schraube 7c des Metallmantels 2 befestigt werden, um die O-Ringdichtung 30 durch einen flachen Ringbereich 63, der zum Inneren des oberen Endes des vertikalen zylindrischen Bereichs 62 auskragt, gepresst werden, um dabei die Keramikhülse 25 zur vorderen Endseite hin zu pressen.
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Obwohl das vorher gehend erwähnte Ausführungsbeispiel den Fall beschrieben hat, bei dem ein ringähnlicher Flansch als konvexer Bereich der Keramikhülse 25 verwendet wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Obwohl das vorher stehende Ausführungsbeispiel den Fall gezeigt hat, bei dem der konvexe Gereicht der Keramikhülse 25 an ihrem vorderen Ende bereitgestellt ist, kann diese Position durch eine Position nahe dem hinteren Ende relativ zum vorderen Ende 26 der Keramikhülse 25 ersetzt werden, wie in 7 gezeigt ist. In 7 ist das Dichtungsmaterial so angeordnet, dass das Dichtungsmaterial 21 durch die vordere Endfläche 28a des konvexen Bereichs 28 weiter komprimiert wird.
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Obwohl in 7 der Fall gezeigt ist, bei dem das Dichtungsmaterial 21 durch die vordere Endfläche 28a des konvexen Bereichs 28 (Flansch) weiter komprimiert wird, muss der konvexe Bereich nicht unbedingt die Komprimierung des Dichtungsmaterials ausführen. 8 zeigt ein Beispiel dieses Falls. In 8 ist der Innendurchmesser der Bereichs 8b (nahe der Kegeloberfläche 6) der zylindrischen inneren Umfangsoberfläche 8 mit vergrößertem Durchmesser gemäß dem vorher gehend beschriebenen Ausführungsbeispiel vermindert, während der Außendurchmesser des Dichtungsmaterials 21 vermindert ist. In 8 ist der Aufbau so gewählt, dass das Dichtungsmaterial 21 lediglich durch das vordere Ende 26 der Keramikhülse und nicht durch den konvexen Bereich 28 (Flansch) nahe dem vorderen Ende der Keramikhülse 25 komprimiert wird. Wie aus dieser Tatsache verstanden werden kann, kann der konvexe Bereich 28 in axialer Richtung G vom Standpunkt der Verminderung der verwendeten Menge an Dichtungsmaterial her an einer beliebigen Position angeordnet werden. Jedoch ist der hintere Endbereich des Metallmantels hinten angeordnet, wenn der konvexe Bereich 28 auf der hinteren Endseite angeordnet ist. Dieselbe Regel gilt für den Fall, wenn der konvexe Bereich 28 in axialer Richtung G dick ist.
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Obwohl die jeweiligen Ausführungsbeispiele einen Aufbau gezeigt haben, bei dem das vordere Ende 26 der Keramikhülse 25 das Dichtungsmaterial 21 direkt komprimiert, kann ein ringähnliches Plattenglied 71, das aus Glimmer, SUS430 oder ähnlichem hergestellt ist und eine gleichförmige Dicke aufweist, zwischen dem vorderen Ende 26 der Keramikhülse 25 und dem hinteren Ende 22 (hintere Endfläche) des Dichtungsmaterials 21 in 2 so angeordnet werden, dass das Dichtungsmaterial 21 durch das ringähnliche Plattenglied 71 wie 9 gezeigt komprimiert werden kann. Wenn ein solches ringähnliches Plattenglied dazwischen angeordnet ist, kann der folgende Effekt erzielt werden. Wenn der Zwischenraum zwischen der inneren Umfangsoberfläche der Keramikhülse 25 und der äußeren Umfangsoberfläche 15c des Erfassungselements 15 klein festgesetzt wird, besteht die Möglichkeit, dass auf das Erfassungselement 15 übermäßiger Stress ausgeübt wird, was eine Beschädigung wie etwa den Bruch des Erfassungselements 15 hervorruft, wenn das Erfassungselement 15 so angeordnet ist, dass es exzentrisch mit der Achse des Metallmantels 2 ausgerichtet ist, wenn die Keramikhülse 25 angeordnet (eingesetzt) wird. Um einen solchen Schaden zu verhindern, muss ein Zwischenraum einen bestimmten Größe zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Erfassungselements 15 und der inneren Umfangsoberfläche der Keramikhülse 25 bereitgestellt werden. Wenn der Zwischenraum vergrößert wird, besteht andererseits die Möglichkeit, dass das Dichtungsmaterial 21 aus dem Zwischenraum heraustritt oder leckt. Wenn jedoch das ringähnliche Plattenglied 71 zwischen dem vorderen Ende 26 der Keramikhülse 25 und dem hinteren Ende 22 des Dichtungsmaterials 21 wie in 9 gezeigt angeordnet ist, kann das Auftreten dieses Nachteils verhindert werden, wenn der Zwischenraum zwischen der inneren Umfangsoberfläche des ringähnlichen Plattenglieds 71 und der äußeren Umfangsoberfläche des Erfassungselements 15 so festgelegt wird, dass er klein ist. Das heißt, wenn das ringähnliche Plattenglied 71 wie in 9 dazwischen angeordnet ist der Effekt der Verhinderung des Austritts des Dichtungsmaterial aus dem Zwischenraum erzielt werden kann sogar in dem Fall, wenn der Zwischenraum zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Erfassungselements 15 und der inneren Umfangsoberfläche der Keramikhülse 25 so konstruiert werden muss, dass er groß ist.
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Obwohl das oben erwähnte Ausführungsbeispiel den Fall gezeigt hat, bei dem die Keramikhülse so ausgebildet ist, dass die äußere Umfangsoberfläche des Anschlussglieds durch die Keramikhülse umgeben ist, während der Bereich nahe dem hinteren Ende des Anschlussglieds vom hinteren Ende der Keramikhülse her auskragt, ist eine Keramikhülse gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Das heißt, dass die Länge der Keramikhülse in geeigneter Weise festgelegt werden kann. Das Anschlussglied kann in geeigneter Weise gewählt werden, solange der Anschluss des Verbindungskabels mit dem Anschlussglied verbunden werden kann. Demgemäß muss das Anschlussglied nicht vom hinteren Ende der Keramikhülse her auskragen.
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Obwohl die Keramikhülse als eine Hülse mit einer äußeren Umfangsoberfläche mit gleichförmigem Durchmesser (gerade) außer dem konvexen Bereich dargestellt ist, kann der Hülse eine Verjüngung zugefügt werden. Genauer gesagt, wenn eine Verjüngung ausgebildet wird, die einen leichten Gradienten aufweist, der zum hinteren Ende (oberes Ende in den Zeichnungen) hin abnimmt, kann eine stabile Befestigung erreicht werden, da ein Konus-Fitting erzielt wird, wenn die Gummikappe der Anschlussbefestigung des Kabels auf die Hülse aufgepasst wird.
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Obwohl das Anschlussglied so ausgebildet ist, dass eine dünne Metallplatte gerundet ist, um eine Röhre mit einem umlaufenden Ende auszubilden, kann das Anschlussglied aus einem in Umfangsrichtung endlosen Röhrenmaterial ausgebildet werden. Im Übrigen ist das Material der Keramikhülse nicht auf Aluminiumoxid beschränkt, solange die Keramikhülse aus einer Keramik isolierender Eigenschaft hergestellt wird. Das Dichtungsmaterial ist nicht auf Talkum oder hexagonales Bornitridpulver beschränkt.
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Obwohl die Erfindung im Einzelnen und unter Bezug auf besondere Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es offensichtlich für den Fachmann, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Kern und Bereich der Erfindung abzuweichen.
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Die vorliegende Anmeldung beruht auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-151795 , die am 29. Mai 2003 eingereicht wurde und deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.