(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス室（１１２）内の被測定ガスの少なくとも１つの特性を検出するセンサシステム（１１０）であって、
被測定ガスの特性を検出するプローブ（１１４）であって、少なくとも１つのセンサ素子（１１６）と、該センサ素子（１１６）を包囲する少なくとも１つのハウジング（１１８）とを有し、該ハウジング（１１８）は、前記センサ素子（１１６）を前記ハウジング（１１８）内において被測定ガスに曝すことができるように構成されているプローブ（１１４）を備え、さらに
前記被測定ガス室（１１２）の壁（１２８）に結合可能な収容要素（１２６）であって、前記プローブ（１１４）は、差込軸線（１３０）に沿って前記収容要素（１２６）に装入可能かつ該収容要素（１２６）内において固定可能となっている収容要素（１２６）を備え、
前記ハウジング（１１８）は、載置要素（１４２）を有し、前記収容要素（１２６）は、密封要素（１４４）を有し、前記載置要素（１４２）と前記密封要素（１４４）とは、少なくとも１つのシール（１４０）を形成し、前記プローブ（１１４）が前記収容要素（１２６）に装入されているとき、前記載置要素（１４２）は、前記密封要素（１４４）に載置され、
前記プローブ（１１４）を前記収容要素（１２６）内に力結合を介して固定すべく設けられた少なくとも１つの固定要素（１３４）をさらに備え、
前記プローブ（１１４）は、前記被測定ガス室（１１２）から前記シール（１４０）により封止可能であり、該シール（１４０）は、第１の線形のシール（１４６）を有し、
前記第１の線形のシール（１４６）は、円錐対Ｒ形のシールであって、前記載置要素（１４２）と前記密封要素（１４４）とから選択される一方の要素が円錐形の面を有し、他方の要素がＲを有している円錐対Ｒ形のシールであることを特徴とする、被測定ガス室内の被測定ガスの少なくとも１つの特性を検出するセンサシステム。
【請求項２】
前記載置要素（１４２）は、前記プローブ（１１４）を、環状の肩部の形態で環状に包囲する、請求項１記載のセンサシステム。
【請求項３】
前記載置要素（１４２）と前記密封要素（１４４）とは、自動調心するように形成されている、請求項１又は２記載のセンサシステム。
【請求項４】
前記載置要素（１４２）は、少なくとも部分的にばね要素として形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサシステム。
【請求項５】
前記シール（１４０）は、少なくとも２つの線形のシールを有する、請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサシステム。
【請求項６】
前記プローブ（１１４）は、解離可能に前記収容要素（１２６）に結合可能となっている、請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサシステム。
【請求項７】
前記固定要素（１３４）は、少なくとも１つのねじ山（１３６）を有し、該ねじ山（１３６）は、ハウジング側のねじ山と収容要素側のねじ山とを有する、請求項１から６までのいずれか１項記載のセンサシステム。
【請求項８】
前記収容要素（１２６）は、溶接管体として形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のセンサシステム。
【請求項９】
前記ハウジング（１１８）は、少なくとも１つの保護管（１２０）を有し、該保護管（１２０）は、少なくとも１つの内室（１３８）を有するとともに、該内室（１３８）内に収容される前記センサ素子（１１６）を少なくとも有し、前記保護管（１２０）は、被測定ガスが前記内室（１３８）に侵入可能であるように形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のセンサシステム。
【請求項１０】
前記保護管（１２０）は、二重壁の保護管であり、該二重壁の保護管は、環状間隙を有し、被測定ガスは、前記環状間隙を通して前記内室（１３８）に流入可能となっている、請求項９記載のセンサシステム。
【請求項１１】
前記保護管（１２０）は、前記差込軸線（１３０）に対して傾倒されて前記被測定ガス室（１１２）に向いている、請求項９又は１０記載のセンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
測定室に対して高い密封性を示す排ガスセンサの特別なシールジオメトリに関する。
【０００２】
従来技術
従来技術において、被測定ガス室内の被測定ガスの少なくとも１つの特性を検出する様々なセンサシステムが多数公知である。原則、本発明の枠内で、ガス特性とは、被測定ガスの任意の物理的かつ／又は化学的な特性と解すべきであり、被測定ガスの１つ又は複数の特性が検出可能である。このようなセンサシステムにより、被測定ガスの少なくとも１つの特性の定性的かつ／又は定量的な検出、例えば被測定ガスの少なくとも１つのガス成分の検出、特に空気−燃料−混合物中の１つのガス成分の検出、及び／又は被測定ガス中の微粒子濃度、特にすす濃度の検出が実施可能である。しかし、択一的又は付加的に、被測定ガスのその他の特性が検出されてもよい。
【０００３】
ガス特性を検出するセンサシステムは、例えばＫｏｎｒａｄ  Ｒｅｉｆ編、「Ｓｅｎｓｏｒｅｎ  ｉｍ  Ｋｒａｆｔｆａｈｒｚｅｕｇ」、第２版、２０１２年、第１６０頁〜第１６５頁に記載されているようにラムダプローブ（ラムダセンサ）として形成可能であり、当該文献には、２ステップ型ラムダセンサ（Ｚｗｅｉｐｕｎｋｔ−Ｌａｍｂｄａ−Ｓｏｎｄｅ）としての構成と、広帯域ラムダセンサ（Ｂｒｅｉｔｂａｎｄ−Ｌａｍｂｄａ−Ｓｏｎｄｅ）、特にプレーナ形の広帯域ラムダセンサとしての構成とが記載されている。ラムダセンサによって、燃焼室内のガス混合物のガス割合、例えば空燃比を示す空気比λの特定が可能である。２ステップ型ラムダセンサでは、空燃比の特定は、化学量論的な混合物（λ＝１）である狭い範囲においてのみ可能である。これに対して、広帯域ラムダセンサを用いれば、広範囲のλにわたる特定が実施可能である。上述のこれらのラムダセンサは、センサ素子、大抵の場合、セラミック固体電解質、好ましくは二酸化ジルコニウム及び酸化イットリウムからなるセラミック固体電解質、又は固体層、好ましくは二酸化ジルコニウムからなる固体層を有している。損傷から保護するために、センサ素子は、保護管により包囲されている。
【０００４】
原則、被測定ガス室内の被測定ガスの１つの特性を測定するセンサシステム、例えばラムダセンサや、ラムダセンサと同じ幾何学的構造を有している場合のある微粒子センサ内には、センサシステムの様々な構成部材間にシールが必要となる。例えば米国特許第６４５３７２６号明細書には、部分的にハウジングと上側の保護シールドとにより包囲されるセンサ素子を備えるガスセンサが記載されている。センサ素子を保護するために、Ｕ字形のシールが、上側の保護シールドとハウジングとの間に配置されている。さらに、米国特許第７２２２４０８号明細書には、気密に密封されてハウジング内に配置されているセンサ素子を備えるガスセンサが記載されている。ハウジングの屈曲変形により、被測定ガス室と、ガスセンサ内部の基準ガス室とのガス封止が可能である。
【０００５】
従来技術によれば、被測定ガス室内の少なくとも１つのガス特性を検出するプローブは、収容要素を通して被測定ガス室の壁に装入される。被測定ガス室から被測定ガスが漏れ出すことを防止するために、プローブと被測定ガス室との間には、シールが配置されている。例えばシールは、独国ＥＰ特許の翻訳文第６０２００５００２３７５号に記載されているように構成されていてもよい。独国ＥＰ特許の翻訳文第６０２００５００２３７５号では、プローブと排気マニホールドとの間の結合部の密封性を、外向きに開いたＵ字断面を有する円形のリングにより保証することが提案される。
【０００６】
さらに独国特許出願公開第１０２０１２２０５６１８号明細書において、金属からなる管状のスリーブと管状の取付要素とを備えるセンサが提案される。スリーブは、フランジを有している。フランジは、取付要素前方に存在しており、取付要素の半径方向内側の面を越えて外向きに張り出している。フランジの角部は、取付要素の傾斜面と接触している。
【０００７】
さらに独国特許出願公開第１００２２９５８号明細書には、中空ねじを用いて、被測定ガスを含む測定開口内に固定されている、金属製のハウジングを有するガスセンサが記載されている。ハウジングの、測定開口寄りの面には、円錐形に成形された面が設けられており、この円錐形に成形された面でもって、ガスセンサは、円錐形に成形された対応面に載置される。両円錐形に成形された面は、ハウジングの長手方向軸線に対して同じ角度を有している。しかし、従来技術のこのような面状のシール、例えば独国ＥＰ特許の翻訳文第６０２００５００２３７５号に記載されているような、プローブと被測定ガス室との間のシールリングを備える面状のシールや、独国特許出願公開第１００２２９５８号明細書に記載されているような面状のシールは、大きなシール面を有しているため、不都合である。こうして低いシール作用しか可能でない。
【０００８】
従来技術に記載の付加的なシールリングを備えるこのようなシールは、プローブの取り付け、例えば内燃機関の排ガス経路内への取り付けが、シールリングがあるがゆえに、手間がかかり、かつ困難な場合があり、加えて取り付けの際にシールリングを紛失してしまう可能性もあり得るので、なおのこと不都合である。シールリングなしの面状のシールの場合は、重ね合わされた面の高い平行性及び高い平たん性が保証されていなければならない。これにより、製造に要する高いコストと、損傷に対する高い敏感性とが生じる恐れがある。
【０００９】
それゆえ、プローブと被測定ガス室との間で高い密封性を示すとともに、シールの安価な製造及び頑強性を可能にするセンサシステムが所望されている。
【００１０】
発明の概要
これに応じて、被測定ガス室内の被測定ガスの少なくとも１つの特性を検出する公知のセンサシステムの欠点を少なくとも大幅に回避する、被測定ガス室内の被測定ガスの少なくとも１つの特性を検出するセンサシステムを提案する。特に被測定ガス室の封止が達成されるべきである。
【００１１】
被測定ガスの少なくとも１つの特性とは、上述のように、原則、被測定ガスの任意の物理的かつ／又は化学的な特性であってよい。例えば被測定ガスの特性は、被測定ガス中の少なくとも１つのガス成分の割合、特に酸素の割合及び／又はＮＯＸの割合と、被測定ガスの微粒子負荷と、被測定ガスの温度と、被測定ガスの圧力とからなる群から選択されてもよい。例えば少なくとも１つの特性は、例えば単位体積当たりの微粒子質量（例えばｋｇ／ｍ３にて表示）又は単位体積当たりの微粒子数（例えば微粒子数／ｍ３にて表示）であってもよい。択一的又は付加的には、その他の特性も、原則、検出可能である。
【００１２】
被測定ガスは、原則、任意のガス又はガス混合物であってよく、例えば排ガス、空気、空気−燃料−混合物又はその他のガスである。本発明は、特に自動車技術の分野において使用可能であるので、被測定ガス室は、内燃機関の排ガス経路である場合があり、それゆえ被測定ガスは、特に空気−燃料−混合物である場合がある。
【００１３】
センサシステムは、被測定ガスの少なくとも１つの特性を検出するプローブを有している。プローブとは、原則、少なくとも１つの特性を定性的又は定量的に検出すべく設けられた任意の装置又は装置の組み合わせと解してもよい。例えばプローブは、検出したい少なくとも１つの特性に対して相関関係にある少なくとも１つの測定信号を発生すべく設けられていてもよい。特にプローブは、ラムダセンサと微粒子センサとからなる群から選択されていてもよい。しかし、別の形態のプローブ、例えば温度フィーラ、圧力センサ及び／又は被測定ガス中の少なくとも１つのガス成分を検出、例えば被測定ガス中の酸素及び／又は窒素酸化物の割合を検出するプローブ、例えばＮＯＸセンサも、原則可能である。
【００１４】
プローブは、少なくとも１つのセンサ素子と、センサ素子を包囲する少なくとも１つのプローブハウジングとを有している。センサ素子とは、原則、少なくとも１つの特性を定性的又は定量的に検出すべく設けられた任意の測定素子又は複数の測定素子の組み合わせ、例えばセンサチップと解してもよい。例えばセンサ素子は、センサチップ及び／又は電子式の測定回路を有していてもよい。センサ素子は、特に、検出したい少なくとも１つの特性に対して相関関係にある少なくとも１つの測定信号を発生させるべく設けられていてもよい。センサ素子は、特にセラミック製のセンサ素子であってもよい。特にセンサ素子は、少なくとも１つのセラミック製の本体と、セラミック製の本体に接続される少なくとも２つの電極とを有するセラミック製のセンサ素子であってもよい。セラミック製の本体は、少なくとも１つのセラミック固体電解質を有していてもよい。特にセンサ素子の測定原理は、特定の固体の電解特性に基づいていることができる。特に固体としてセラミック固体電解質、例えば二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、特にイットリウム安定化二酸化ジルコニウム（ＹＳＺ）又はスカンジウムドープ二酸化ジルコニウム（ＳｃＳＺ）が好適である。択一的又は付加的に、センサ素子は、例えば少なくとも２つの電極を、例えば測定表面、特にセラミック測定表面上に有していることができ、例えば少なくとも２つの電極間の、例えば被測定ガスの微粒子負荷により影響を受け得る電気抵抗を検出すべく設けられていることができる。さらに、このようなセンサ素子は、一般に、好適な機能温度を保証すべく、加熱要素を有していてもよい。しかし、別の形態も原則可能である。
【００１５】
プローブハウジングとは、本発明の枠内で、原則、プローブを完全に又は部分的に包囲する構成部材、例えばプローブ、特にセンサ素子を包囲し、熱による影響及び機械的な影響から保護するシースと解してもよい。プローブハウジングは、特に少なくとも１つの内室を有していることができ、内室内に少なくとも１つのセンサ素子が配置されている。プローブハウジングは、特に全体的又は部分的に、プローブを全体的又は部分的に機械的な影響から保護する機械的に堅固な材料、例えば少なくとも１つの金属材料から製造可能である。
【００１６】
プローブハウジングは、センサ素子がプローブハウジング内で被測定ガスに曝され得るように形成されている。例えばプローブハウジングは、開口を有していることができ、開口を通して被測定ガスはプローブに侵入可能である。例えばプローブハウジングは、少なくとも１つの保護管を有していることができる。保護管とは、センサ素子を熱による影響及び機械的な影響から保護する管、例えば金属からなる管と解してもよい。保護管は、少なくとも１つの内室を有するとともに、内室内に収容されるセンサ素子を少なくとも有していることができる。保護管は、特に環状間隙を有する二重壁の保護管であってもよい。例えば被測定ガスは、環状間隙を通して内室に流入可能である。特に保護管は、差込軸線、特に下で詳細に説明する差込軸線に対して傾倒されて被測定ガス室に向くことができる。「傾倒されて」なる概念は、保護管が差込軸線に対して所定の角度をなして配置されていてよいことと解してもよい。保護管は、例えば少なくとも１つの入口開口と、少なくとも１つの出口開口とを有していることができ、例えば、環状間隙と連通する少なくとも１つの入口開口と、内室と連通する少なくとも１つの出口開口とを有していることができる。例えばプローブハウジングは、出口開口が入口開口よりも被測定ガス室内、例えば流動管内に深く配置されているように形成されていてもよい。こうして、例えば圧力差により、入口開口から内室を通して出口開口に至る被測定ガスの流動が保証され得る。しかし、別の形態も原則可能である。
【００１７】
さらにセンサシステムは、被測定ガス室の壁に結合可能な収容要素を有している。収容要素とは、プローブを被測定ガス室に装入すべく設けられている構成部材と解すべきである。この壁は、例えば流動管の管壁又は別の形態の被測定ガス室の壁であってもよい。収容要素は、壁に例えば永久的に結合されていてもよいし、壁に可逆に結合可能であってもよい。収容要素は、プローブを完全に包囲していてもよい。好ましくは、収容要素は、プローブを環状に包囲していてもよい。
【００１８】
プローブは、差込軸線に沿って収容要素に装入可能であり、収容要素内において固定可能である。ここで、差込軸線は、収容要素へのプローブの差込方向により規定され得る。例えば差込軸線は、流動管の管軸線に対して略垂直に延びていることができ、例えば垂線から２０°以下、特に１０°以下の振れを有していてもよい。特にプローブは、解離可能に収容要素に結合可能であってもよい。
【００１９】
収容要素は、特に溶接管体として形成されていてもよい。例えば溶接管体は、被測定ガス室に設けられた孔に装入され、次に溶接及び／又はその他の方法で結合、好ましくは素材結合（ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：溶接その他の化学結合による束縛）を介して結合され得る。さらに収容要素は、鋼、特に耐食性の鋼から製造可能である。例えばプローブは、力結合（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：摩擦力等の力による束縛）を介して、特にねじ締結、特に解除可能なねじ締結により、かつ／又は形状結合（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：嵌合等の形状による束縛）を介して、例えばクランプ、特に解除可能なクランプにより収容要素内に固定可能である。
【００２０】
さらにセンサシステムは、プローブを収容要素内に力結合を介して固定すべく設けられた少なくとも１つの固定要素を有していてもよい。
【００２１】
例えば固定要素は、プローブを収容要素に対して押し付けるかつ／又は反対に収容要素をプローブに対して押し付けるべく設けられていてもよい。ハウジング及び／又は収容要素は、固定プロセス中、例えばねじ締結中に堅固かつ変形不能のままであっても、又は全体的又は部分的に固定プロセス中に変形、例えば弾性変形又は塑性変形してもよい。
【００２２】
固定要素とは、プローブを収容要素内に固定し得る構成部材と解すべきである。固定要素は、特に少なくとも１つのねじ山を有していることができる。特にねじ山は、ハウジング側のねじ山と、収容要素側のねじ山とを有していることができる。ハウジング側のねじ山をユニオンねじが有していてもよい。固定要素は、例えば少なくとも１つのユニオンねじ及び／又は少なくとも１つのユニオンナットにより実現可能である。ねじ山は、力結合を介した固定のために互いに螺合可能である。しかし、別の構成も原則可能である。固定要素は、例えば全体的又は部分的に金属材料、例えば少なくとも１種の鋼、好ましくは特殊鋼から形成されていることができる。例えば固定要素、特にユニオンねじ及び／又はユニオンナットは、特に材料番号１．４１０４を有する材料（特に特殊鋼）と、材料番号１．４１０５を有する材料（特に特殊鋼）と、材料番号１．４３０１を有する材料（特に特殊鋼）と、材料番号１．４３０３を有する材料（特に特殊鋼）と、材料番号１．４３０５を有する材料（特に特殊鋼）と、材料番号１．４０１６を有する材料（特に特殊鋼）とからなる群から選択される材料から製造可能である。
【００２３】
プローブが収容要素に装入されているとき、収容要素は、プローブのハウジングを、ハウジングが一部において被測定ガス室内に突出し、一部において被測定ガス室外に配置されているように包囲可能である。一部において被測定ガス室内に突出とは、ハウジングの下側の部分、特に二重壁の保護管が被測定ガス室内に配置可能である一方、ハウジングの上側の部分が被測定ガス室外に配置されていることと解すべきである。特にハウジングは、収容要素を貫いて被測定ガス室内に突出可能である。
【００２４】
プローブは、被測定ガス室から少なくとも１つのシールにより封止可能である。シールとは、物質移動、特に被測定ガス室からの被測定ガスの流出を回避すべく設けられた装置と解すべきである。シールは、特に媒体に対して密に、例えば被測定ガス及び／又はその他の流動媒体に対して密に形成されていることができる。シールは、特に圧力に対して密に、例えば２ｂａｒ以上の圧力、例えば１０ｂａｒ、１００ｂａｒ、１ｋｂａｒ以上までの圧力に対して密に形成されていることができる。
【００２５】
これにより、被測定ガス室からのプローブの封止とは、一般に、ハウジングと収容要素との間及び／又はハウジングと被測定ガス室の壁との間の空間を通した、被測定ガス室からの物質の流出、特に被測定ガスの流出を阻止するシールの形成と解してもよい。「封止可能」なる概念は、封止の可能性を含むだけでなく、プローブが被測定ガス室から封止されている場合も包含する。
【００２６】
特にシールは、プローブが収容要素に装入されているとき、被測定ガス室と固定要素との間に配置されていることができる。特にシールは、収容要素とハウジングとの間に形成されていることができる。特にシールは、直接、収容要素とハウジングとの間に形成されていることができるので、シールにより、直接、収容要素とハウジングとの間の間隙が封止される。
【００２７】
少なくとも１つのシールは、少なくとも１つの線形のシールを有している。線形のシールとは、シールを形成する面同士が線接触していることと解してもよい。このとき、線形は、好ましくは測定不能な小さな線幅を有している。プローブの固定時、プローブは、収容要素に押し付けられ、プローブは、力結合を介して収容要素内に固定され得る。その際に作用する圧着力により、弾性変形及び塑性変形が発生する場合があり、線の幅は変化する場合がある。圧着力が作用したときの線形のシールの線幅は、例えば１ｍｍ未満、特に５００μｍ未満の範囲にあってもよい。しかし、線幅は、以下で詳細に説明するように、多数の周辺条件に左右され得るので、その他の線幅も可能である。
【００２８】
例えばハウジングは、収容要素に載置されているか、又は反対に収容要素は、ハウジングに載置されていることができる。この場合、ハウジングが収容要素に載置されている領域又は収容要素がハウジングに載置されている領域に、線形のシールとして形成されている密封要素が形成可能である。
【００２９】
プローブは、被測定ガス室から単数又は複数のシールにより封止可能である。複数のシールが設けられている場合、これらのシールの少なくとも１つが、線形のシールとして形成されている。その他に、線形のシールとして形成されていても、非線形のシールとして形成されていてもよい単数又は複数の別のシールが設けられていてもよい。複数のシールが設けられている場合、被測定ガス室に直接隣接するシールが少なくとも線形のシールとして形成されていると、有利である。例えばこのことは、被測定ガスが被測定ガス室から外界に至る途上においてまず線形のシールを通過し、次いで任意選択的に単数又は複数の別のシールを通過しなければならないように実施可能である。
【００３０】
シールは、特に少なくとも２つの線形のシールを有していることができる。特にセンサシステムは、ハウジングが、２つの線形のシール間にフレキシブルに挟持可能であるように、かつ／又は両線形のシールが、センサシステムの軸線を中心とする傾動に関してフレキシブルにハウジングを挟持可能であるように形成されているように、形成されていてもよい。
【００３１】
シール、特に線形のシールは、特に収容要素とハウジングとにより形成可能であるので、好ましくは収容要素とハウジング自体とが線形のシールを形成する。
【００３２】
下でさらに詳細に説明するように、特に少なくとも１つの固定要素によりハウジングが収容要素に押し付けられ、かつ／又は収容要素が固定要素によりハウジングに押し付けられてもよい。固定要素は、特に少なくとも１つのナット及び／又は少なくとも１つのねじを有していることができ、例えば少なくとも１つのユニオンナット及び／又は少なくとも１つのユニオンねじを有していることができる。
【００３３】
線形のシールの線幅は、上述のように、収容要素内でのプローブの固定の周辺条件に強く左右される場合がある。特に線幅は、固定ねじの締付トルク及び／又はシール面の幾何学形状に左右される場合がある。圧着力なしの状態では、線幅は、好ましくは製造公差の範囲内でごく僅かであり、例えば１ｍｍ未満又は５００μｍ未満である。これに対して圧着力ありの状態では、弾性変形及び／又は塑性変形が生じる場合があり、したがってシール面の幾何学形状を変化させる場合がある。この変化は、確かに、シール面の拡大に基づいて、まず、最大で達成可能なシール圧を小さくしてしまう可能性がある。しかし、他方では、弾性変形及び／又は塑性変形は、製造の小さなばらつきや非平たん性を補償する一助ともなり得る。
【００３４】
原則、線形のシールの使用は、別の分野の従来技術において公知である。線形のシールは、例えば独国特許出願公開第１０２３４６１５号明細書から金属対金属の線形のシールを備える管のフランジ結合構成群において、かつ米国特許第７３７３８２７号明細書から高圧センサにおいて公知である。独国特許第３４４１９１８号明細書において、車両キャビンの空気フィルタ用のプレート状のフィルタインサートにおいて、円錐形のＲ（アール）を有する線形のシールが記載されている。さらに円錐対円錐のシールジオメトリが、例えば独国特許出願公開第第２３４９０８９号明細書に、核技術プラント用のグランドパッキンレスの電磁弁において記載されており、独国特許出願公開第４２４２２９０号明細書に、高圧流体ろ過システムにおいて記載されており、米国特許第４１６９９６７号明細書に、電気線路の絶縁において記載されており、独国特許出願公開第２９０１５０７号明細書に、ポリマー材料を有する弁において記載されている。例えば独国特許出願公開第３６４１５４８号明細書からは、例えば容器及び管を閉鎖する際のカッティングエッジシールが公知である。提案する線形のシールの形成にあっては、本発明の特徴を付加しつつ、従来技術における線形のシールの形成を参照してもよい。しかし、線形の密封要素の別の構成も原則可能である。
【００３５】
ハウジングは、特に少なくとも１つの載置要素を有していることができる。載置要素とは、他の構成部分に載置すべく設けられた構成部分と解すべきである。載置要素は、プローブを好ましくは包囲、例えば環状に、特に環状の肩部の形態で包囲することができる。
【００３６】
載置要素は、特に全体的又は部分的にばね要素として形成されていてもよい。この場合、ばね要素とは、一般に、少なくとも部分的に弾性特性を示す要素と解すべきである。特に載置要素は、少なくとも部分的に皿ばねとして形成されていてもよい。特に載置要素は、少なくとも部分的に環状の肩部として形成されていてもよく、環状の肩部は、ばね要素、特に皿ばねを形成する。
【００３７】
ハウジング及び／又は載置要素は、例えば全体的又は部分的に金属材料、例えば少なくとも１種の鋼、好ましくは特殊鋼から形成可能である。ハウジング及び／又は載置要素は、特に、それぞれ互いに無関係にかつそれぞれ全体的又は部分的に、材料番号１．４１０４を有する材料（特に特殊鋼）と、材料番号１．４１０５を有する材料（特に特殊鋼）と、材料番号１．４３０１を有する材料（特に特殊鋼）と、材料番号１．４３０３を有する材料（特に特殊鋼）と、材料番号１．４３０５を有する材料（特に特殊鋼）と、材料番号１．４０１６を有する材料（特に特殊鋼）とからなる群から選択される材料から製造可能である。
【００３８】
載置要素は、特に、円錐形の面とＲを有する面とからなる群から選択される少なくとも１つの要素、特に表面要素を有していることができる。円錐形の面とは、所定の角度で斜面とした面、特に面取り部と解してもよい。Ｒを有する面とは、任意に円み付けられた面と解してもよい。載置要素は、原則、プローブの製造プロセス後にプローブに接合プロセス、例えば溶接若しくはろう接又はその他のプロセスにより取り付け可能な別体の構成部材であってもよい。択一的には、載置要素は、既にプローブの製造プロセス中、例えば深絞りプロセス時に付加されてもよい。円錐形の面、特に面取り部と、Ｒを有する面とは、例えばフライス加工又はプレーナ加工により載置要素に形成可能である。
【００３９】
さらに収容要素は、少なくとも１つの密封要素を有していることができる。密封要素とは、原則、プローブの載置要素を載置可能な収容要素の構成部分と解すべきである。密封要素は、円錐形の面及びＲを有する面、特に円み付けられた面からなる群より選択される要素、特に表面要素を有していることができる。密封要素の円錐形の面とは、所定の角度で斜面とされた面と解すべきである。密封要素は、原則、収容要素の製造プロセス後に収容要素に接合プロセス、例えば溶接若しくはろう接又はその他のプロセスにより取り付け可能な別体の構成部材であってもよい。択一的には、密封要素は、既に収容要素の製造プロセス中、例えば深絞りプロセス時に付加されてもよい。円錐形の面及びＲを有する面は、例えばフライス加工又はプレーナ加工により収容要素に形成可能である。
【００４０】
載置要素及び密封要素は、シール又はその構成部分、特に線形のシールを形成可能である。線形のシールは、特に、シールを形成する構成部材、例えば載置要素と密封要素とが線接触するシールであることができる。プローブが収容要素に装入されているとき、載置要素は、密封要素に載置されていることができる。線形のシールは、物質移動、特に被測定ガス室からの被測定ガスの流出を防止すべく設けられていることができる。線形のシールは、円錐対円錐のシールと円錐対Ｒ形のシールとからなる群から選択可能である。
【００４１】
円錐対円錐のシールの場合、例えば載置要素と密封要素とは、それぞれ、円錐形の面を有していることができる。円錐対Ｒ形のシールの場合、例えば、載置要素と密封要素とから選択される一方の要素が、円錐形の面を有し、他方の要素が、Ｒ、例えば任意に円み付けられた面を有していることができる。
【００４２】
好ましい態様において、載置要素と密封要素とは、円錐対円錐のシールを有していることができ、載置要素と密封要素とは、それぞれ、互いに異なる円錐角度を有する円錐形の面を有している。円錐角度とは、円錐形の面がなし得る角度、特に斜面とされ得る角度、特に水平の軸線に対する角度と解すべきである。プローブが収容要素に装入されているとき、載置要素の円錐形の面は、密封要素の円錐形の面に対して傾いていることができる。好ましくは収容要素の円錐形の面は、１０°、特に好ましくは２０°の分だけ密封要素の円錐形の面に対して傾いていることができる。例えば載置要素の円錐形の面は、密封要素の円錐形の面とは異なる円錐角度をもって形成されることができる。特に載置要素の円錐形の面は、密封要素の円錐形の面とは異なる角度で斜面とされていてもよい。好ましくは、載置要素の円錐形の面の円錐角度は、密封要素の円錐形の面の円錐角度より小さくてもよい。円錐形の面相互の傾き角は、原則、変更可能であり、例えば顧客の要求に合わせて調整可能である。
【００４３】
例えば傾き角は、フラットな角度、例えば４５°未満、特に３０°未満又は２０°それ以下の角度であってもよい。しかし、傾き角は、原則任意に変更可能である。しかし、大きな角度、例えば６０°を超える角度では、多くの場合、要素相互の位置決めが困難となるという技術的な試練が生じる。急な側面に基づいて、例えば自動調心が困難となり、線形のシールの姿勢及び／又は位置の規定も不確定となる場合がある。とりわけ円錐形の面の製造のばらつきに際し、前述の試練が生じる場合がある。これに応じて、上述のフラットな角度、すなわち４５°未満の角度、例えば２０°の角度が原則有利である。原則、達成したいシール作用は、傾き角度の調節及び／又は構成部分の幾何学的な設計により変更可能かつ調整可能である。
【００４４】
特に載置要素は、プローブが収容要素に装入されているとき、密封要素の斜面とされた面に線形に載置され、これにより密封要素とともに線形のシールを形成することができる。線形の載置とは、載置要素の面と密封要素の面とが線接触することと解してもよい。
【００４５】
別の好ましい態様において、載置要素と密封要素とは、円錐対Ｒ形のシールを有していてもよい。載置要素と密封要素とから選択される一方の要素は、円錐形の面を有し、他方の要素は、Ｒを有していることができる。特にプローブの載置要素が、Ｒ形の面を有し、プローブが収容要素に装入されているとき、密封要素の斜面とされた面に線形に載置され、これにより線形のシールを形成することができる。
【００４６】
載置要素及び密封要素は、自動調心するように形成されていることができる。自動調心式の構成は、載置要素と密封要素とからなる群から選択されるそれぞれ１つの要素及び／又は両方の要素の円錐形により、密封要素への載置要素の線形の載置と組み合わされて達成可能である。
【００４７】
別の態様において、シールは、少なくとも２つの線形のシールを有していてもよい。載置要素は、軸方向で線形のシール間に挟まれていてよい。例えば載置要素は、線形のシール間においてセンサシステムの軸線、例えば差込軸線に対して所定の角度をなして、特に軸線に対して所定の傾倒角度をなして固定可能である。
【００４８】
線形のシールは、第１の線形のシールと第２の線形のシールとを有していることができる。第１の線形のシールは、収容要素とハウジング、特に載置要素とにより形成可能である。第１の線形のシールの構成に関しては、収容要素とハウジングとの間の上述の線形のシールを参照されたい。
【００４９】
第２の線形のシールは、ハウジング、特に載置要素と、収容要素内にハウジングを固定する固定要素、特にユニオンねじ及び／又はユニオンナットとにより形成可能である。特にプローブが収容要素に装入されているとき、載置要素と固定要素とは線接触可能である。第２の線形のシールは、特にそれぞれ、円錐対円錐のシールと円錐対Ｒ形のシールとからなる群から選択可能である。
【００５０】
載置要素及び固定要素の円錐対円錐のシールの場合、例えば載置要素と、固定要素、特にユニオンねじ及び／又はユニオンナットとが、それぞれ円錐形の面を有していることができる。載置要素及び固定要素の円錐形の面は、特にそれぞれ異なる円錐角度を有する円錐形の面であることができる。円錐形の面相互の傾き角度は、原則、変更可能であり、例えば顧客の要求に合わせて調整可能である。
【００５１】
円錐対Ｒ形のシールの場合、例えば載置要素と固定要素とから選択される一方の要素が、円錐形の面を有していることができ、他方の要素が、Ｒ、例えば任意に円み付けられた面を有していることができる。例えばプローブの載置要素が、Ｒ形の面を有し、プローブが収容要素に装入されているとき、固定要素の円錐形の面と線接触し、線形のシールを形成してもよいし、固定要素が、Ｒ形の面を有し、プローブが収容要素に装入されているとき、載置要素の円錐形の面に線接触し、線形のシールを形成してもよい。
【００５２】
円錐対円錐のシール及び円錐対Ｒ形のシールの形成については、載置要素及び密封要素の円錐対円錐のシール及び円錐対Ｒ形のシールについての説明を参照されたい。
【００５３】
載置要素及び固定要素は、自動調心するように形成されていることができる。自動調心式の構成は、載置要素と固定要素とからなる群から選択されるそれぞれ１つの要素及び／又は両方の要素の円錐形により、載置要素及び固定要素の線接触と組み合わされて達成可能である。
【００５４】
以下の形態が特に想定可能である。
ｉ）第１の線形のシールが円錐対円錐のシールとして、第２の線形のシールが円錐対円錐のシールとして形成されていてもよい。
ｉｉ）第１の線形のシールが円錐対円錐のシールとして、第２の線形のシールが円錐対Ｒ形のシールとして形成されていてもよい。
ｉｉｉ）第１の線形のシールが円錐対Ｒ形のシールとして、第２の線形のシールが円錐対円錐のシールとして形成されていてもよい。
ｉｖ）第１の線形のシールが円錐対Ｒ形のシールとして、第２の線形のシールが円錐対Ｒ形のシールとして形成されていてもよい。
【００５５】
しかし、別の形態も原則可能である。
【００５６】
発明の利点
本発明に係るセンサシステムにより、プローブと内燃機関の排ガス経路との間のシールが達成可能である。線形のシールの密封原理により、小さなシール面に基づいて、高いシール圧が達成可能である。シール圧は、単位面積当たりの力として規定されている。高いシール圧は、従来技術において形成されたシールと比較して、温度変動及び振動加速度、特にバイブレーションに対する、収容要素とプローブとの結合の解除に抗して、高い頑強性に至る。従来技術にしたがってフラットシール、特にシールリングを備えて形成されたシールに対する別の利点は、必要とされる構成部材が少なくて済むことにある。これにより、この構成部材の困難かつ手間のかかる組み付けは回避可能であり、コストは低減可能である。
【００５７】
２つの線形のシール間でのハウジングのフレキシブルな挟持により、従来技術と比較して、プローブの測定感度及び診断能力は改善可能であり、製造のばらつきに対する高い公差も実現可能である。さらに、２つの線形のシールを有するシールの構成により、高い密封性が達成可能である。加えて、皿ばねとしての載置要素の構成は、プローブの耐振動性が改善されるので、有利である。
【００５８】
その他の詳細及び特徴については、図面に略示する好ましい実施の形態の以下の説明から看取可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係るセンサシステムの一実施の形態を示す図である。
【図２】図２Ａ，Ｂは、本発明による線形のシールの一実施の形態を示す図である。
【図３】図３Ａ，Ｂは、本発明によるシールの別の実施の形態を示す図である。
【図４】図４Ａ，Ｂは、本発明によるシールの別の実施の形態を示す図である。
【図５】図５Ａ，Ｂは、本発明による載置要素を有する本発明によるシールの一実施の形態を示す図である。
【図６】図６Ａ，Ｂは、本発明による載置要素を有する本発明によるシールの一実施の形態を示す図である。
【００６０】
発明の実施の形態
図１は、本発明に係る被測定ガス室１１２内の被測定ガスの少なくとも１つのガス特性を検出するセンサシステム１１０の一実施の形態を略示している。センサシステム１１０は、被測定ガス室１１２内の被測定ガスの特性を検出するプローブ１１４を有している。プローブ１１４は、特にラムダプローブ（ラムダセンサ）として形成されていてもよく、特に自動車の排ガス経路内の空気−燃料−混合物中の１つのガス成分を検出すべく使用される。したがって被測定ガス室１１２は、特に流動管であってもよい。プローブ１１４は、センサ素子１１６を有していることができ、例えばＫｏｎｒａｄ  Ｒｅｉｆ編、「Ｓｅｎｓｏｒｅｎ  ｉｍ  Ｋｒａｆｔｆａｈｒｚｅｕｇ」、第１版、２０１２年、第１６０〜第１６５頁に記載されるように構成されていてもよい。しかし、他の形態のセンサ素子１１６も原則可能であり、例えばセンサ素子１１６は、温度センサ素子、圧力センサ素子又は微粒子センサ素子として形成されていてもよい。プローブ１１４は、保護管１２０を有するハウジング１１８を有していてよく、ハウジング１１８は、熱による影響や、機械的な影響からセンサ素子１１６を保護すべく、センサ素子１１６を包囲している。保護管１２０は、内側の保護管１２２と外側の保護管１２４とを有する二重壁の保護管として形成されていてもよい。
【００６１】
センサシステム１１０は、収容要素１２６を有している。収容要素１２６は、被測定ガス室１１２の壁１２８に結合可能である。この結合は、永久結合、例えば溶接結合による永久結合であってもよいし、好ましくは可逆結合として、例えばねじ締結による可逆結合として形成されてもよい。プローブ１１４は、解離可能に収容要素１２６に結合されている。収容要素１２６は、例えば溶接管体、例えば耐食性の鋼からなる溶接管体として形成されていてよい。溶接管体は、被測定ガス室１１２の壁１２８に溶接可能である。プローブ１１４は、差込軸線１３０に沿って外部領域１３２から収容要素１２６を通して被測定ガス室１１２に装入可能である。収容要素１２６は、プローブ１１４が装入されているとき、プローブ１１４を完全に包囲することができる。特にプローブ１１４は、収容要素１２６により環状に包囲され得る。プローブ１１４のハウジング１１８は、収容要素１２６に装入された状態で、一部において被測定ガス室１１２内に突出し、一部において被測定ガス室１１２外に配置されていてよい。特にハウジング１１８は、収容要素１２６を貫いて被測定ガス室１１２内に突出可能である。例えば二重壁の保護管１２０の一部、例えば５０％、好ましくは８０％、特に好ましくは９０％が、被測定ガス室１１２内に突出していることができる。
【００６２】
さらにセンサシステム１１０は、プローブ１１４を収容要素１２６に固定すべく、少なくとも１つの固定要素１３４を有していることができる。プローブ１１４は、固定要素１３４により収容要素１２６に圧着され、力結合を介して固定され得る。固定要素１３４は、少なくとも１つのねじ山１３６を有していることができ、ねじ山１３６は、ハウジング側のねじ山及び収容要素側のねじ山を有していることができる。ハウジング側のねじ山をユニオンねじが有していてもよい。例えばプローブ１１４は、ユニオンねじ及び／又は少なくとも１つのユニオンナットにより、力結合を介して螺止により固定可能である。図１は、プローブ１１４がユニオンねじにより溶接管体に固定され得る一実施の形態を示している。
【００６３】
さらに二重壁の保護管１２０は、内室１３８を有していることができる。内室１３８内には、センサ素子１１６が収容可能である。プローブ１１４が収容要素１２６に装入されているとき、被測定ガスは、内室１３８に侵入可能である。このために二重壁の保護管１２０は、環状間隙を有していることができ、被測定ガスは、環状間隙を通して内室１３８に流入可能である。
【００６４】
プローブ１１４は、シール１４０により被測定ガス室１１２から封止可能である。シール１４０は、線形のシールとして形成されている。プローブ１１４が収容要素１２６に装入されているとき、シール１４０、特に第１の線形のシール１４６は、被測定ガス室１１２と固定要素１３４との間に配置されており、被測定ガス室１１２からの被測定ガスの流出を防止することができる。ハウジング１１８は、載置要素１４２を有していることができる。載置要素１４２は、環状に形成されており、環状の肩部の形態でプローブ１１４を包囲していてもよい。さらに収容要素１２６は、密封要素１４４を有していることができる。線形のシール１４０、特に第１の線形のシール１４６は、密封要素１４４と載置要素１４２とにより形成可能である。プローブ１１４が収容要素１２６に装入されているとき、載置要素１４２は、密封要素１４４に載置可能であり、特に載置要素１４２の面と密封要素１４４の面とは、接触している。特に両面は、線接触している。載置要素１４２及び密封要素１４４の互いに接触する面の幾何学的な構成は、好ましくは円錐対円錐であり、両面が円錐形に形成、特に斜面とされた面として形成されているか、又は円錐対Ｒ形であり、例えば密封要素１４４の面が、円錐形に形成され、載置要素１４２の面が、Ｒを有する円み付けられた面として形成されていてもよい。円錐対Ｒ形に形成されたシール１４０、特に第１の線形のシール１４６は、載置要素１４２の面の円錐形の形成と、密封要素１４４の円み付けられて形成された面とにより達成されてもよい。
【００６５】
本発明による線形のシール１４０、特に第１の線形のシール１４６の好ましい実施の形態は、図２Ａに示してある。本実施の形態では、線形のシール１４０、特に第１の線形のシール１４６は、円錐対円錐のシールとして形成されている。密封要素１４４と載置要素１４２とは、それぞれ１つの円錐形の面を有していることができる。密封要素１４４の円錐形の面は、載置要素１４２の円錐形の面とは異なる角度、特に異なる円錐角度をもって形成されていることができる。例えば密封要素１４４の円錐形の面がなす角度は、載置要素１４２の円錐形の面の角度より大きくてよい。特に密封要素１４４の円錐形の面は、載置要素１４２の円錐形の面に対して１０°、好ましくは１５°、特に好ましくは２０°の分だけ傾いていることができる。円錐形の面同士のこの傾き角度は、原則、変更可能であり、例えば顧客の要求に合わせて調整可能である。密封要素１４４及び載置要素１４２の円錐形の面は、重ね合わせたときに線形のシール１４０、特に第１の線形のシール１４６を形成するように接触する。密封要素１４４の円錐形の形状は、双方の円錐形の面の線形の載置に伴い、収容要素１２６内でのプローブの自動調心を達成し得る。
【００６６】
図２Ｂには、本発明による線形のシール１４０、特に第１の線形のシール１４６の別の好ましい実施の形態を示してある。密封要素１４４は、円錐形の面を有し、載置要素１４２は、Ｒ、特に円み付けられた面を有していることができる。密封要素１４４がＲを有し、載置要素１４２が円錐形の面を有する実施の形態も、原則、可能である。密封要素１４４の円錐形の面と載置要素１４２の円み付けられた面とは、重ね合わせたときに、プローブ１１４を被測定ガス室１１２から封止すべく設けられた線形のシール１４０、特に第１の線形のシール１４６を形成するように接触する。
【００６７】
図３Ａは、本発明による線形のシール１４０の別の実施の形態を示している。図３Ａの一部領域Ａの拡大図を図３Ｂに示してある。本実施の形態では、シール１４０は、第１の線形のシール１４６と第２の線形のシール１４８とを有していることができる。第１の線形のシール１４６は、収容要素１２６とハウジング１１８、特に載置要素１４２とにより形成可能である。密封要素１４４は、円錐形の面を有し、載置要素１４２は、Ｒ、特に円み付けられた面を有していることができる。密封要素１４４の円錐形の面と、載置要素１４２の円み付けられた面とは、重ね合わせたときに第１の線形のシール１４６を形成するように接触する。第２の線形のシール１４８は、ハウジング１１８、特に載置要素１４２と、収容要素内にハウジング１１８を固定する固定要素１３４とにより形成可能である。固定要素１３４は、特にユニオンねじ及び／又はユニオンナットとして形成可能である。固定要素１３４は、円錐形の面を有し、載置要素１４２は、Ｒ、特に円み付けられた面を有していることができる。固定要素１３４の円錐形の面と、載置要素１４２の円み付けられた面とは、重ね合わせたときに第２の線形のシール１４８を形成するように接触する。
【００６８】
載置要素１４２は、軸方向で線形のシール間に挟まれていることができる。ハウジング１１８は、フレキシブルに第１の線形のシール１４６と第２の線形のシール１４８との間で挟持可能かつ／又は第１の線形のシール１４６及び第２の線形のシール１４８は、センサシステム１１０の軸線を中心とする傾動、特に差込軸線１３０に対する角度αでの傾動に関してフレキシブルにハウジング１１８を挟持可能である。こうして載置要素１４２、特にプローブ１１４は、第１の線形のシール１４６と第２の線形のシール１４８との間で軸方向に関して方向付け可能である。
【００６９】
図４Ａには、シール１４０が第１の線形のシール１４６と第２の線形のシール１４８とを有していることができるシール１４０の別の実施の形態を示している。図４Ａの一部領域Ａの拡大図を図４Ｂに示してある。第１の線形のシール１４６は、密封要素１４４の円錐形の面と、載置要素１４２の円み付けられた面、特にＲとにより形成可能である。第２の線形のシール１４８は、固定要素１３４の円み付けられた面、特にＲと、載置要素１４２の円錐形の面とにより形成可能である。
【００７０】
図５及び図６には、シール１４０が第１の線形のシール１４６と第２の線形のシール１４８とを有し、載置要素１４２が少なくとも部分的にばね要素、特に皿ばねとして形成されていることが可能な実施の形態を示している。第１の線形のシール１４６は、密封要素１４４の円錐形の面と、載置要素１４２の円み付けられた面、特にＲとにより形成可能である。第２の線形のシール１４８は、固定要素１３４の円み付けられた面、特にＲと、載置要素１４２の円錐形の面とにより形成可能である。図５Ａ及び図６Ａの図の一部領域Ａの拡大図を図５Ｂ及び図６Ｂに示してある。例えば振動時、載置要素１４２は、第１の線形のシール１４６と第２の線形のシール１４８との間で移動可能であり、こうして密封性を保証することができる。図５Ｂ及び図６Ｂは、載置要素１４２を密封要素１４４と固定要素１３４との間のそれぞれ異なる位置で示している。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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