Optische Sensoren dienen in Verbrennungsmotoren, beispielswei- se in Ottomotoren oder Dieselmotoren, der Beobachtung der Verbrennung. Die zeitliche Aufnahme der Helligkeit in einem Brennraum liefert einerseits wichtige Daten als Randbedingun- gen für Computermodelle, da auf Grund der Helligkeit auf die Temperatur geschlossen werden kann. Andererseits kann bei der Ermittlung der Helligkeit auf die Russ-Konzentration im Brenn- raum geschlossen werden. Aufgrund immer schärferer Vorschrif- ten der Abgas Gesetzgebung werden grosse Anstrengungen unter- nommen, die Russ Bildung bei der Verbrennung in Motoren zu verringern. Optische Sensoren liefern für diese Entwicklungen wertvolle Daten.

So werden beispielsweise, wie in der EP 0593413 beschrieben, eine Vielzahl von optischen Sensoren in der Zylinderkopfdich- tung einer Brennkraftmaschine angeordnet. Der Durchmesser sol- cher Sensoren darf für diesen Zweck in der Regel nicht grösser als etwa 2 mm sein. Der Erfassungswinkel von Sensoren dieser Anwendung liegt bei 10 bis 40°.

Für diesen Anwendungsbereich sind eine Vielzahl von Sensoren im Brennraum vorgesehen, um die räumliche Ausdehnung der Verbrennung erfassen zu können. In diesem Fall wird ein ent- sprechend kleinerer Erfassungswinkel vorgesehen.

Andere Anwendungsbereiche sehen einen einzigen Sensor vor, der möglicht viel des im Brennraum emittierten Lichtes erfassen soll. Von einem solchen Sensor wird ein grosser Erfassungswin- kel gefordert. Dafür verwendete Sensoren weisen einen Erfas- sungswinkel von etwa 110° auf. Der Durchmesser solcher Senso- ren liegt bei über 10 un : m. Daher lassen sich solche Sensoren nicht in eine Zündkerze oder Glühkerze einbauen.

Solche Sensoren werden beispielsweise direkt in den Zylinder- kopf in dafür angebrachte Öffnungen eingebaut. Schwierigkeiten entstehen beim Einbauen und Abdichten der entstandenen Öffnun- gen.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen optischen Sensor in eine Zündkerze eines Ottomotors oder in eine Glühkerze ei- nes Dieselmotors einzubauen. Dies geschieht beispielsweise mittels eines am Sensor angebrachten Gewindes. Dies hat den Vorteil eines schnellen Ein-und Ausbaus und bedarf keine zu- sätzlichen mechanischen Arbeiten am Motor.

Es stellt sich somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Sensor anzugeben, der einen Erfassungswinkel von mindestens 130° aufweist und dessen Querschnitt nicht grösser als 10 mm, vorzugsweise kleiner als 6.5 mm, insbeson- dere 2.5 bis 3.5 mm ist.

Optische Sensoren bestehen üblicherweise aus einer Linse, die das Licht, das von einer Seite auftritt, durchlässt und auf der gegenüberliegenden Seite wieder austreten lässt. An- schliessend trifft das Licht auf einen Lichtleiter, der das Licht zu einem Erfassungsgerät weiterleitet. An diesem Erfas- sungsgerät wird das Lichtsignal zu Daten verarbeitet und in eine Form aufbereitet, die eine weitere Auswertung der Infor- mationen ermöglicht.

Die Linse sowie ein Ende des Lichtleiters werden in der Regel von einer Hülse umgeben und zusammengehalten. Die Schwierig- keit der Zentrierung stellt sich vor allem bei sehr kleinen Durchmessern und Tiefen der Linsen.

Es stellt sich somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Linse eines optischen Sensors mit höchster Präzision zentriert werden kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Teile der unabhängigen Patentansprüche Die Erfindung wird unter Verwendung der folgenden Zeichnung erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine erfindungsgemässe Ausführungsform eines opti- schen Sensors Fig. 1 zeigt die Spitze eine optischen Sensors. In diesem Aus- führungsbeispiel wird ein Linsensystem, bestehend aus zwei Linsen 1, 2, dargestellt. Die eine Linse 1 ist eine Plan- konkave Linse, wobei die plane Fläche dem Brennraum zugewandt ist. Die zweite Linse 2 ist eine doppelkonkave Linse und un- mittelbar hinter der ersten Linse 1 angeordnet. Beide Linsen sind in einer Hülse 4 untergebracht. Ein Lichtleiter 5 ragt mit einem Ende ebenfalls in die Hülse 4. Der Lichtleiter 5 ist ebenfalls sehr präzise positioniert. Durch den Lichtleiter 5 wird das erfasste Licht geleitet und gelangt schliesslich in eine dafür geeignetes Erfassungsgerät, das das Licht zu einem Signal aufbereitet und für weitere Zwecke auswertet. Ein sol- cher Sensor lässt sich, beispielsweise mittels eines am Sensor angebrachten Gewindes, in eine Zündkerze oder Glühkerze ein- bauen.

Das Linsensystem 1, 2 gewährt einen Strahlengang, der einen Erfassungswinkel von 110° bis 140° aufweist. Insbesondere er- weisen sich Linsensysteme von 130 bis 135° für diese Zwecke sehr gut.

Die verwendeten Linsen 1, 2 bestehen aus einem Material, das einen thermischen Expansionskoeffizienten bei 0 bis 400 °C von weniger als 10. 510-6 K-1, insbesondere zwischen 0. 15-10-6 K-1 und 6. 710-6 X~1 aufweist. Die Mantelfläche mindestens der Linse 1 muss lötbar sein oder lötbar ausgestaltet sein, beispielsweise durch eine Metallisierung. Beide Linsen 1, 2 sollen Lichtwel- len bis zu 10 J, m, mindestens im Bereich 0.2 bis 2 um durchlas- sen. Als geeignet haben sich beispielsweise Saphir und Quarz- glas erwiesen. Der Lichtleiter 5 endet unmittelbar in vordefi- niertem Abstand zur Linse 2 und ist im Bereich der Hülse 4 ge- fasst. Im hinteren Bereich des Sensors wird der Lichtleiter 6 mit einer geeigneten Masse 6 in den Sensor eingegossen.

Interessant an diesem Linsensystem 1, 2 ist die Möglichkeit, kleine Linsen 1, 2 und somit kleine Sensoren herstellen zu können. Solche Sensoren sollen in eine Zündkerze oder in eine Glühkerze eingebaut werden können. Daher ist es wünschenswert, Linsensysteme 1, 2 von einem Durchmesser von < 8 mm, vorzugs- weise < 5 mm, insbesondere < 2.4 mm herzustellen. Dadurch wird der Aussendurchmesser der Hülse 4 < 10 mm, vorzugsweise < 6.5 mm, insbesondere 2.5 bis 3.5 mm.

Die vom Licht zu durchtretene Länge des Linsensystems 1, 2 ist in der Regel höchstens so gross ist wie der Durchmesser des Linsensystems 1, 2, vorzugsweise 50 bis 75 % des Durchmessers des Linsensystems 1, 2.

In die Aussparung der Hülse 4 müssen die Linsen 1, 2 mit hoher Präzision zentriert eingebracht und befestigt sein. Der Licht- leiter muss in genau vordefiniertem Abstand der Linse ange- bracht sein. Die Präzision ist um so erforderlicher, je klei- ner der Durchmesser der Linsen 1, 2 sind. Bereits eine geringe Abweichung der zentrierten Lage verschlechtert das Signal bis zur Unbrauchbarkeit. Das hier angegebene erfinderische Verfah- ren ermöglicht diese erforderliche präzise Zentrierung.

Die Linsen 1, 2 haben gegenüber der Aussparung der Hülse 4, in der sie eingelagert sind, ein Spiel von 5 bis 10 pm. Die Hülse besteht aus einem Material, das einen thermischen Expansions- koeffizient im Bereich von 0 bis 400 °C von weniger als 10. 5-10-6 K-1, insbesondere von weniger als 7-10-6 K-1 aufweist.

Zudem muss das Materiel der Hülse 4 lötbar sein und andauernde Temperaturen bis 600 °C und kurzzeitige Temperaturen bis 950 °C aushalten können. Die Hülse 4 muss eine Temperaturwechsel- festigkeit von etwa 50 K/10 ms aufweisen. Die Wärmeleitfähig- keit des Materials der Hülse 4 sollte mindestens 20 W/mK, vor- zugsweise mindestens 50 W/mK sein. Das Material der Hülse 4 muss mechanisch bearbeitbar sein mit einer Genauigkeit von 10 am, vorzugsweise 5 pm.

Das Verfahren der Zentrierung der Linsen 1, 2 in der Ausspa- rung der Hülse 4 besteht darin, den durch das Spiel 3 entstan- dene Spalt 3 zwischen der ersten Linse 1 und der Hülse 4, ge- gebenenfalls auch den Spalt zwischen der Linse 2 und der Hülse 4 mit einer Lötmasse zu füllen. Die Lötmasse soll einen oberen Schmelzpunkt von 770 bis 1100 °C aufweisen und eine gute Be- netzbarkeit aufweisen.

Die axiale Ausrichtung von Lichteiter 5 und Linsensystem 1, 2 soll ebenfalls sehr präzise sein mit einer Abweichung kleiner als 10 pm, vorzugsweise kleiner als 5 jim. Dies wird erreicht, indem die Hülse tiefgezogen wird.