DE4131177C2 - Schutzrohr für eine Sauerstoffmeßsonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schutzrohr für eine Sauerstoff­ messsonde, das mit einem Ende in einem Halter gehalten und das einen Sauerstoffionen leitenden, rohrförmigen Festkörper­ elektrolyten umgibt, das aus elektrisch leitendem Material besteht und zur Kontaktierung einer Außenelektrode des Fest­ körperelektrolyten dient.

Ein bekanntes Schutzrohr der eingangs genannten Art (DE 31 18 447 C2) ist aus Metall hergestellt.

Auch aus der DE 38 33 968 A1 ist ein Schutzrohr für eine Sauerstoffmesssonde bekannt, das mit einem Halter gehalten ist, das einen Sauerstoffionen leitenden, rohrförmigen Fest­ körperelektrolyten umgibt und das aus elektrisch leitendem Material besteht und zur Kontaktierung einer Außenelektrode dient.

Es ist auch bekannt (DE 32 11 564 A1, DE 34 05 162 A1), Schutzrohre für Sauerstoffmesssonden aus Keramik herzustel­ len. Bei dieser bekannten Bauart sind gesonderte Rückleitun­ gen für die Kontaktierung der den Festkörperelektrolyten zu­ geordneten Außenelektrode vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schutzrohr der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das einerseits die Einbaumöglichkeiten der Sauerstoffmesssonde erweitert und an­ dererseits die Lebensdauer erhöht werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Schutzrohr aus elektrisch leitendem Keramikmaterial besteht und in den Hal­ ter eingeklebt ist, und dass zwischen dem Halter und dem Schutzrohr eine wenigstens ein federelastisches Element ent­ haltende Kontaktverbindung besteht.

Durch die Verwendung eines Schutzrohres aus elektrisch lei­ tendem Keramikmaterial können die Vorteile von Metallschutz­ rohren bezüglich der Kontaktierung der Außenelektrode beibe­ halten werden, ohne dass die Nachteile von Metallschutzrohren in Kauf genommen werden. Die Nachteile von Metallschutzrohren bestehen einerseits darin, dass sie in der aggressiven Atmo­ sphäre eines Ofens o. dgl. nur eine beschränkte Lebensdauer aufweisen, während sie andererseits bei extrem hohen Tempera­ turen im wesentlichen nur eine hängende Einbaulage der Sauer­ stoffmesssonde gestatten, da sie sich bei einer horizontalen Einlage in Folge der hohen Temperaturen durchbiegen. Diesen Beschränkungen ist ein Schutzrohr aus elektrisch leitendem Keramikmaterial nicht ausgesetzt. Durch das Einkleben wird eine gasdichte Verbindung trotz der unterschiedlichen Materi­ aleigenschaften zwischen dem Schutzrohr und dem aus Metall bestehenden Halter erhalten. Darüber hinaus wird sicherge­ stellt, dass durch die besondere Kontaktverbindung auch trotz dieser unterschiedlichen Materialien und trotz der hohen Sprödigkeit des Schutzrohres ein sicherer elektrisch leiten­ der Abgriff geschaffen wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass das Schutzrohr aus Silicium-Siliciumkarbid (SiSiC) besteht. Dieses Silicium ist gasdicht, so dass die Probleme mit ande­ ren Keramikwerkstoffen, bei denen sich Kohlenstoff der zu messenden Atmosphäre in offene Poren einlagern konnte, besei­ tigt sind. Dieses Silicium-Siliciumkarbid ist gegen die che­ mischen Einflüsse einer Ofenatmosphäre nahezu resistent.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsform.

Die Zeichnung zeigt einen Teil-Längsschnitt durch ein erfin­ dungsgemäßes Schutzrohr einer Sauerstoffmesssonde und seiner Halterung.

Die Zeichnung zeigt den sogenannten "Kaltbereich" einer Sau­ erstoffmesssonde. Dieser Kaltbereich befindet sich außerhalb der von der Sauerstoffmesssonde zu messenden Ofenatmosphäre. Sie enthält einen Halter 10, der mit einem Gewindeansatz 11 in eine Wand o. dgl. eines Ofens einsetzbar ist. Koaxial zu dem Gewindeansatz 11 ist der Halter 10 mit einer hülsenförmi­ gen Verlängerung versehen, die zur Aufnahme eines Schutzroh­ res 13 dient. Das Schutzrohr 13 umgibt einen nicht darge­ stellten, rohrförmigen Festkörperelektrolyten, der in einer zu dem Schutzrohr 13 konzentrischen Aufnahmebohrung 14 des Halters 10 gehalten ist. Der Sauerstoffionen leitende Fest­ körperelektrolyt wird innen mit einer Referenzatmosphäre und außen mit der zu messenden Atmosphäre in bekannter Weise be­ aufschlagt, wie dies im Prinzip in der DE 31 18 447 C2 darge­ stellt ist. An dem Festkörperelektrolyten wird die von dem Sauerstoffpartialdruck abhängige Differenzspannung mittels einer Innenelektrode und einer Außenelektrode abgegriffen. Die elektrische Kontaktierung der Außenelektrode erfolgt über das Schutzrohr 13.

Das Schutzrohr 13 besteht aus einem elektrisch leitenden Ke­ ramikmaterial, insbesondere aus Silicium-Siliciumkarbid (Si- SiC). Dieser Werkstoff ist außerdem gasdicht, so dass er ge­ genüber den chemischen Einflüssen der Atmosphäre einer Ofen­ anlage nahezu resistent ist. Das Schutzrohr 13 ist mit seinem offenen Ende in den hülsenförmigern Ansatz 12 eingeklebt. Bei der Montage wird das Schutzrohr 13 zunächst um einen vorgege­ benen Weg, dessen Zweck später noch erläutert wird, in den hülsenförmigen Ansatz 12 eingesteckt, wonach der Klebstoff 15 auf das Schutzrohr 13 aufgetragen wird, der anschließend die Verbindung zwischen dem Halter 10 und dem Schutzrohr 13 her­ stellt. Das Schutzrohr 13 wird dann in den Halter 10 weiter eingeschoben, bis sein Ende an einem Ringbund 16 zur Anlage kommt. Auf diese Weise wird ein klebstofffreier Bereich auf der Oberfläche des Schutzrohes 13 geschaffen, in welchem eine Kontaktverbindung 17 zwischen dem Schutzrohr 13 und dem Hal­ ter 10 geschaffen wird. Diese Kontaktverbindung 17 ist so ausgelegt, dass sie der Sprödigkeit des Schutzrohres 13 Rech­ nung trägt und eine sichere Kontaktierung gewährleistet.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Kon­ taktverbindung aus mehreren, beispielsweise in einem Winkel von 120° verteilten Bohrungen, in die Stahlkugeln 18 einge­ setzt sind, die mittels Druckfedern 19 aus elektrisch leiten­ dem Material gegen die Oberfläche des Schutzrohres 13 ange­ drückt werden. Die Federn 19 sind mittels Stiftschrauben 20 gespannt, die in einen Gewindeteil der Bohrung eingeschraubt sind.

Es sind ohne weiteres auch andere Kontaktverbindungen zwi­ schen dem Halter 10 und dem Schutzrohr 13 möglich, die alle jedoch, mit Rücksicht auf die Sprödigkeit des Materials des Schutzrohres 13 in zweckmäßiger Weise ein federelastisches Element enthalten soll. Beispielsweise ist es möglich, schleifringartige Kontaktierungen oder bürstenartige Kontak­ tierungen o. dgl. zu verwenden. Diese Kontaktierungen können auch an dem Stirnende des Schutzrohres 13 angreifen.

Claims (2)

1. Schutzrohr für eine Sauerstoffmesssonde, das mit einem Ende in einem Halter gehalten ist und das einen Sauerstoffio­ nen leitenden, rohrförmigen Festkörperelektrolyten umgibt, das aus elektrisch leitendem Material besteht und zur Kontak­ tierung einer Außenelektrode des Festkörperelektrolyten dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (13) aus elektrisch leitendem Keramikmaterial besteht und in den Hal­ ter (10) eingeklebt ist, und dass zwischen dem Halter (10) und dem Schutzrohr (13) eine wenigstens ein federelastisches Element (19) enthaltende Kontaktverbindung (17) besteht.

2. Schutzrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (13) aus Silicium-Siliciumkarbid (SiSiC) besteht.