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Die
Erfindung betrifft eine Halterungsvorrichtung für ein rohrförmiges Werkstück zur Verwendung in
Verbrennungsmotoranlagen.
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In
Verbrennungsmotoranlagen sind häufig, aufgrund
der immer stärker
zunehmenden kompakten Bauweise bei Motoren und Motoranlagen, rohrförmige Werkstücke innerhalb
einer Verbrennungsmotoranlage so angeordnet, dass sie entweder durch Öffnungen
in anderen Bauteilen der Verbrennungsmotoranlage geführt werden
oder mit einem freien Ende an anderen Bauteilen der Verbrennungsmotoranlage
anliegen und dort befestigt werden müssen. Im weiteren Verlauf wird
der Begriff Verbrennungsmotoranlage als mindestens sowohl einen
Verbrennungsmotor als auch das dazugehörige Abgassystem umfassend
angesehen.
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Beispielsweise
ist es bei Kraftfahrzeugen bekannt, zur Erzielung möglichst
schadstofffreier Abgase, den Sauerstoffgehalt im Abgaskanal durch
Sauerstoffmesssonden, sogenannte Lambdasonden, zu messen. Zu diesem
Zweck werden die Lambdasonden in einem Abgaskanal einer Verbrennungsmotoranlage
angeordnet, wobei nur der Bereich der Sonde, der den Sensor umfasst,
innerhalb des Abgaskanals angeordnet wird, während der restliche Bereich der
Sonde, an welchem zum Beispiel die Anschlussbuchsen untergebracht
sind, außerhalb
des Abgaskanals angeordnet ist.
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In
Verbrennungsmotoranlagen werden unter anderem flächige Bauteile verwendet, die
aufgrund ihrer flächigen
Ausgestaltung und der kompakten Bauweise von Verbrennungsmotoranlagen
vielfach ein Hindernis für
rohrförmige
Werkstücke
der Verbrennungsmotoranlagen darstellen, so dass letztere durch
die flächigen
Bauteile hindurchgeführt
werden müssen.
So werden beispielsweise im Kraftfahrzeugbau zur Abschirmung temperaturempfindlicher
Bauteile und Baugruppen von Wärmequellen,
insbesondere von abgasführenden
Bauteilen, im Allgemeinen flächige
Hitzeschilde zwischen den Wärmequellen und
den temperaturempfindlichen Bauteilen angeordnet. Im Bereich des
Abgasstrangs sind die Hitzeschilde oft so angeordnet, dass die Lambdasonden über diese
hinausragen und somit eine Öffnung
im Hitzeschild ausgebildet werden muss, durch die die Lambdasonde
hindurch geführt
werden kann. Die Öffnung
muss einen größeren Durchmesser
aufweisen als der Durchmesser der Lambdasonde, also ausreichend
Toleranz bieten, damit es zum einen durch Vibration der Verbrennungsmotoranlage
bedingte Bewegungen der Bauteile und zum anderen durch temperaturabhängige Ausdehnungen
der Bauteile nicht zu Spannungen und letztendlich zu Schäden an den
Bauteilen kommt.
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Durch
den größeren Durchmesser
der Öffnung
im Vergleich zum Werkstück,
welches durch die Öffnung
hindurch geführt
wird, kommt es in diesem Bereich zu Undichtigkeiten. Insbesondere
bei Öffnungen
durch Hitzeschilde kann es durch die großen Temperaturdifferenzen der
Umgebungsluft der beiden Seiten des Hitzeschildes zu Kamineffekten
kommen, wodurch heiße
Luft in Bereiche von temperaturempfindlichen Bauteilen strömt und eine
Beschädigung
dieser Bauteile eintreten kann (z.B. Schmelzen von Kabelisolierungen,
Verformung von Kunststoffbauteilen, etc.). Um dieses Problem zu überwinden, sind
Konstruktionen bekannt, bei denen der Teil des rohrförmigen Werkstückes, welcher
durch die Öffnung
eines anderen Bauteils hindurchragt, mit einem Isolierstrumpf versehen
wird, welcher die Öffnung
abdichtet. Nachteilig wirkt sich hierbei aus, dass die dauerhafte
Befestigung eines solchen Isolierstrumpfes sehr aufwändig ist
und somit die Komplexität
des Herstellungsprozesses solcher Anordnungen deutlich erhöht.
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Auch
bei rohrförmigen
Werkstücken,
die an flächigen
Bauteilen anliegen und/oder daran befestigt sind, kann es durch
die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
der verschiedenen Bauteile und durch Vibration der Verbrennungsmotoranlage
zu Spannungen und schließlich
zu Beschädigungen
an den Bauteilen kommen.
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Der
Erfindung liegt daher die A u f g a b e zugrunde, eine Halterungsvorrichtung
für ein
rohrförmiges
Werkstück
bereitzustellen, welche zum einen eine Öffnung in einem flächigen Bauteil
einer Verbrennungsmotoranlage zuverlässig und dauerhaft abdeckt
und zum anderen ausreichend Toleranz für die Bewegungen des rohrförmigen Werkstückes bietet,
um so Spannungen zu reduzieren und Beschädigungen der Bauteile zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
dass die Halterungsvorrichtung mindestens ein Scheibenelement aufweist,
welches einen Aufnahmebereich zur Aufnahme des rohrförmigen Werkstückes aufweist,
wobei das Scheibenelement in einer Öffnung eines flächigen Bauteils
der Verbrennungsmotoranlage angeordnet ist und in der Scheibenebene
bewegbar ist. Daneben weist die Halterungsvorrichtung ein Rahmenelement
auf, welches das Scheibenelement hält und welches am Öffnungsrandbereich
des flächigen
Bauteils gelagert ist. Des Weiteren ist die Halterungsvorrichtung
so aus gebildet, dass sie nach Aufnahme des rohrförmigen Werkstückes die Öffnung des
flächigen
Bauteils abdeckt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Dadurch,
dass das Scheibenelement in der Öffnung
und in Scheibenebene beweglich angeordnet ist, schafft die Halterungsvorrichtung
ausreichend Toleranz für
die Bewegungen des vom Scheibenelement aufzunehmenden rohrförmigen Werkstücks, so dass
Spannungen am Werkstück
oder an der Halterungsvorrichtung vermieden werden. Des Weiteren wird
durch die Anordnung des Rahmenelementes und des Scheibenelementes
die Öffnung
im flächigen Bauteil
abgedeckt und Undichtigkeiten werden somit vermieden.
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Bevorzugterweise
wird die erfindungsgemäße Halterungsvorrichtung
in Öffnungen
von Hitzeschilden im Bereich von Verbrennungsmotoranlagen angeordnet.
Häufig
befinden sich diese Hitzeschilde im Bereich des Abgassystems, und
die rohrförmigen Werkstücke, die
von der Halterungsvorrichtung aufgenommen werden bzw. durch diese
durchgehen, sind bevorzugt Sensoren, insbesondere Lambdasonden.
Vorteilhaft ist hierbei, dass zum einen Kamineffekte vermieden und
temperaturempfindliche Bauteile auf der der Wärmequelle abgewandten Seite
des Hitzeschildes nicht beschädigt
werden und zum anderen die Sensoren, die durch die Halterungsvorrichtung
hindurch geführt
werden, selbst auch geschützt sind.
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Grundsätzlich ist
das Scheibenelement nicht auf eine bestimmte Form festgelegt. Vorteilhafterweise
ist es jedoch rund, oval oder vieleckig ausgebildet, wobei das das
Scheibenelement haltende Rahmenelement jeweils an die gewählte Form
des Scheibenelementes angepasst ausgebildet wird. Des Weiteren kann
das Rahmenelement gegenüber
dem Scheibenelement so ausgebildet werden, dass eine Bewegung des
Scheibenelementes nur entlang einer Richtung der Scheibenebene möglich ist.
Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn das aufzunehmende
rohrförmige
Werkstück
nur eindimensionalen Bewegungen ausgesetzt ist. In diesem Fall werden Spannungen
durch den Bewegungsfreiraum entlang einer Richtung vermieden, und
gleichzeitig wird eine stabile Lagerung durch Vermeidung unnötigen Spiels entlang
der anderen Richtung der Scheibenebene gewährleistet. Bei der Verwendung
von vieleckigen Scheibenelementen ist weiterhin vorteilhaft, dass
die Drehbarkeit des Scheibenelementes eingeschränkt werden kann. Das Scheibenelement
kann zudem nur über
einen Teilbereich flach ausgebildet sein, das heißt, nur
dort, wo es für
die Beweglichkeit in Scheibenebene erforderlich ist, beispielsweise
im äußeren Randbereich.
In den übrigen
Bereichen kann das Scheibenelement in die Höhe gebaut sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Scheibenelement aus Metall oder einer Metalllegierung,
besonders bevorzugt aus Kupfer oder Stahl hergestellt. Diese Werkstoffe
eignen sich besonders sowohl durch ihre guten Formgebungseigenschaften als
auch durch ihre Hitzebeständigkeit.
Außerdem können auch
hochtemperaturstabile faserverstärkte Werkstoffe
für die
Ausbildung des Scheibenelementes verwendet werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird das Scheibenelement mehrlagig ausgebildet. In Abhängigkeit
von der jeweiligen Form und Gestaltung des Scheibenelementes kann
ein mehrlagiger Aufbau die Herstellungsvorgänge und die Montage vereinfachen und
dazu beitragen, dass das Scheibenelement besser mit dem Rahmenelement
korrespondiert. Auch ist es möglich,
nur Teilbereiche des Scheibenelementes mehrlagig auszuführen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird das Rahmenelement, wie das Scheibenelement, aus Metall oder
einer Metalllegierung, besonders bevorzugt aus Kupfer oder Stahl,
gebildet. Außerdem
können
auch hier hochtemperaturstabile faserverstärkte Werkstoffe verwendet werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der
Rand des Rahmenelementes als Flansch ausgebildet. Der Flansch wird
dabei so angeordnet, dass die Halterungsvorrichtung mit dem Flansch
auf dem Randbereich der Öffnung
des flächigen
Bauteils aufliegt. In einer Variante der Erfindung wird der Flansch
des Rahmenelementes fest am Randbereich der Öffnung des flächigen Bauteils
angebracht, wobei die Verbindung vorteilhafterweise durch Schweißen, Nieten,
Verkrallen und/oder Bördeln
hergestellt wird. Dadurch wird gewährleistet, dass die Halterungsvorrichtung
ortsfest ist und sich nur das Scheibenelement zusammen mit dem rohrförmigen Werkstück relativ
zum flächigen
Bauteil bewegen kann. Der Flansch kann aus mehreren Lagen des Rahmenelementes
gebildet werden, beispielsweise aus zwei Lagen, die zweckmäßig an ihren Stirnseiten
bündig
abschließen.
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Zweckmäßigerweise
ist das Rahmenelement so ausgebildet, dass es den Randbereich des Scheibenelementes
umgreift. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Umgreifung so ausgeführt wird, dass
die Bewegungsfreiheit des Scheibenelementes nicht behindert wird.
Die Länge
der Umgreifung sollte dabei größer sein,
als das maximale Spiel des Scheibenelementes, so dass eine sichere
Lagerung des Scheibenelementes im Rahmenelement gewährleistet
ist. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Rahmenelement zweilagig
ausgeführt
wird, wobei die Lagen im Randbereich zusammengeführt werden, um den Flansch
auszubilden. Zur Mitte des Rahmenelementes hin spreizen die beiden
Lagen dann auf, so dass zwischen ihnen das Scheibenelement gelagert
werden kann und eine Umgreifung desselben erfolgt.
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In
einer alternativen Ausführungsform
weist das Rahmenelement jeweils ein oberes und ein unteres Halterungselement
auf, welche an ihren Randbereichen am flächigen Bauteil anliegen und
zwischen welchen das Scheibenelement angeordnet ist. Vorteilhafterweise
wird sowohl das obere als auch das untere Halterungselement eben
ausgeführt,
so dass sie bündig
am flächigen
Bauteil anliegen. Das flächige
Bauteil kann hierzu auch lokal planiert werden.
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Des
Weiteren ist es bevorzugt, das obere und das untere Halterungselement
durch Querstege miteinander zu verbinden, so dass die Steifigkeit
des Rahmenelementes verbessert wird und sich das obere und das untere
Halterungselement nicht gegeneinander verschieben oder verdrehen
können.
Zusätzlich
können
auf den Innenseiten der beiden Halterungsvorrichtungen Nuten vorgesehen
sein, die jeweils ein freies Ende eines Steges aufnehmen, was zu
einer Erhöhung
der Langzeitstabilität
der Halterungsvorrichtung führt.
Die Höhe
der Stege wird im Wesentlichen der Dicke des flächigen Bauteils angepasst,
so dass keine großen
Vorsprünge
am flächigen
Bauteil entstehen. Bei dieser Ausbildung ist zunächst grundsätzlich das Scheibenelement
relativ zum Rahmenelement beweglich. Das Rahmenelement kann relativ
zum flächigen
Bauteil beweglich sein. Bevorzugterweise werden jedoch das obere und
das untere Halterungselement fest am flächigen Bauteil durch Schweißen, Nieten,
Verkrallen und/oder Bördeln
angebracht, wodurch die Stabilität der
Halterungsvorrichtung weiter erhöht
wird.
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Die
Montage der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung
erfolgt zweckmäßig durch
das Zusammensetzen der einzelnen Komponenten oder vormontierter
Komponenten am flächigen
Bauteil. Beispielsweise wird zunächst
das untere Halterungselement des Rahmenelementes am flächigen Bauteil befestigt,
das Scheibenelement aufgesetzt und anschließend das obere Halterungselement
auf dem gegenüberliegenden
Randabschnitt des flächigen Bauteils
befestigt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Rahmenelement als Teil des Scheibenelementes ausgebildet.
Dabei besteht das Rahmenelement im Wesentlichen aus einem oberen
und einem unteren Halterungselement, die beide eben ausgebildet
sind und so angeordnet werden, dass sie jeweils auf einer gegenüberliegenden
Seite des Randbereiches der Öffnung
des flächigen
Bauteils mit ihren äußeren Rändern bündig anliegen.
Bei dieser Anordnung sollte darauf geachtet werden, dass die beiden
Halterungselemente im Wesentlichen flächendeckend zueinander ausgerichtet
sind. An ihren inneren Rändern
werden die beiden Halterungselemente miteinander verbunden, wobei
die Verbindungsstelle beabstandet vom flächigen Bauteil ausgebildet
wird, so dass die Bewegungsfreiheit des Rahmenelementes bzw. Scheibenelementes
gewährleistet
ist.
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Die
inneren Ränder
können
auf unterschiedliche Weise miteinander verbunden werden, beispielsweise
durch Einlegen und Befestigen eines Rings oder einer Scheibe geeigneter
Dicke. Besonders bevorzugt wird die Verbindung zwischen den inneren
Rändern
der Halterungselemente aus einer mehrlagigen Verkrallung hergestellt,
so dass ein innerer Wulst am Rahmenelement entsteht, der durch die
Wahl der Anzahl der Lagen an die Dicke des flächigen Bauteils angepasst werden
kann, so dass wiederum ein bündiger
Anschluss entsteht. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Randbereich
mindestens eines Halterungselementes zurückgebogen und dann ein Teil
dieses zurückgebogenen
Randbereiches wieder vorgebogen wird. Wird nun der innere Bereich
des anderen Halterungselementes einmal zurückgebogen, fassen die gebogenen
Bereiche ineinander, und eine Verkrallung kann hergestellt werden.
Gleichzeitig ist durch die spezifische Anordnung eine kongruente
Anordnung der Halterungselemente gewährleistet. Das Verkrallen erfolgt
zweckmäßig am flächigen Bauteil,
nachdem eines der Halterungselemente auf der einen Seite und das
andere Halterungselement auf der gegenüberliegenden Seite des flächigen Bauteils
angeordnet wurde. Alternativ können
die nur auf sich selbst umgebördelten,
nicht miteinander verkrallten inneren Ränder der Halterungselemente
auch durch Verschweißen
oder Vernieten miteinander verbunden werden. Das Umbördeln kann
einfach oder wiederholt ausgeführt
sein, so dass das jeweilige Halterungselement entweder c-förmig oder
s-förmig
ausgebildet ist. Es ist auch möglich,
ein c-förmiges
mit einem s-förmigen
Halterungselement zu kombinieren.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der
Aufnahmebereich des Scheibenelementes für das rohrförmige Werkstück als Durchlass
im Scheibenelement ausgebildet. Bevorzugterweise wird die Größe und die
Form des Durchlasses dabei im Wesentlichen dem rohrförmigen Werkstück angepasst,
so dass das Scheibenelement am rohrförmigen Werkstück anliegt.
Diese Ausbildungsform ist besonders dann vorteilhaft, wenn das rohrförmige Werkstück über das
flächige
Bauteil hinausragt und durch dieses hindurch geführt werden muss.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, dass der Durchlass des Scheibenelementes als
hohler, an beiden Stirnseiten offener Rohrstutzen ausgebildet ist,
durch den das rohrförmige
Werkstück
hindurch geführt wird.
Durch diese Ausführungsform
wird die Stabilität der
Lagerung des rohrförmigen
Werkstücks
in der Halterungsvorrichtung weiter erhöht.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist mindestens eine Seite des Scheibenelementes im Durchlassbereich
eine Sicke auf, um die Dichtigkeit im Verbindungsbereich zwischen
rohrförmigem Werkstück und Halterungsvorrichtung
zu erhöhen. Alternativ
oder zusätzlich
ist es bevorzugt, dass die Innenkante des Scheibenelementes im Durchlassbereich
ein Gewinde aufweist, welches mit einem am rohrförmigen Werkstück angeordneten
Gegengewinde korrespondiert. Durch die Gewindeverbindung wird sowohl
die Gesamtsteifigkeit des Systems als auch die Dichtigkeit zwischen
Scheibenelement und rohrförmigen
Werkstück
weiter erhöht.
Die Gewindeverbindung kann dabei auch dazu benutzt werden, das flächige Bauteil
an einem anderen Bauteil zu befestigen und gleichzeitig über die
Halterungsvorrichtung ausreichend Toleranz für diese Befestigung zu schaffen.
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In
einer alternativen Weiterbildung der Erfindung ist das Scheibenelement
nicht mit einer Durchgangsöffnung
versehen, sondern der Aufnahmebereich des Scheibenelementes weist
ein Befestigungselement auf, durch welches das rohrförmige Werkstück am Scheibenelement
angebracht wird. Bevorzugterweise ist das Befestigungselement als Schraube
ausgebildet. Diese Ausführungsform
ist besonders dann vorteilhaft, wenn das rohrförmige Werkstück am flächigen Bauteil
anliegend angeordnet ist.
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Das
Befestigungselement des Aufnahmebereiches des Scheibenelementes
kann auch als Klammervorrichtung ausgebildet sein. Dadurch kann
das rohrförmige
Werkstück
durch Festklemmen am Scheibenelement befestigt werden. Dies ist
besonders dann vorteilhaft, wenn ein häufiges Auswechseln oder Lösen des
rohrförmigen
Werkstückes
zu erwarten ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der Aufnahmebereich des Scheibenelementes als Lagerbuchse ausgebildet.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Lagerung des rohrförmigen Werkstückes in
einer Lagerbuchse sehr stabil ist. Zur zusätzlichen Erhöhung der
Steifigkeit der Verbindung kann das rohrförmige Werkstück fest
mit der Lagerbuchse des Aufnahmebereiches verbunden werden.
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Zweckmäßigerweise
wird innerhalb der Lagerbuchse ein Puffer angeordnet, so dass Vertikalbewegungen
des rohrförmigen
Werkstückes
oder des flächigen
Bauteils, die durch Vibrationen der Verbrennungsmotoranlage verursacht
werden können,
ausgeglichen werden, ohne dass es zu Beschädigungen des rohrförmigen Werkstückes kommt.
Es ist bevorzugt, dass der Puffer als Drahtkissen ausgebildet wird,
da dieses einfach und kostengünstig
hergestellt werden kann. Es kann sich jedoch auch um jedes andere
geeignete elastomere Material handeln.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der Randbereich der Öffnung
des flächigen Bauteils
auf mindestens einer Seite als Vertiefung im flächigen Bauteil ausgebildet.
Die Stärke
der Vertiefung wird dabei zweckmäßig so ausgebildet,
dass sie im Wesentlichen der Dicke des an der entsprechenden Seite
des flächigen
Bauteils anliegenden Halterungselementes des Rahmenelementes entspricht. Dies
hat den Vorteil, dass die Halterungsvorrichtung nicht vorsteht und
die Oberfläche
des flächigen
Bauteils eben ist. Handelt es sich beim flächigen Bauteil beispielsweise
um ein Hitzeschild, liegen typischerweise Dicken des Hitzeschildes
von 1,1 mm bis 1,6 mm vor. Weiterhin beträgt in diesem Fall die Dicke
eines am Hitzeschild anliegenden Halterungselementes des Rahmenelementes
ca. 0,2 mm bis 0,4 mm. Dementsprechend würde in diesem Fall der Hitzeschild
im Randbereich der Öffnung
um 0,2 mm bis 0,4 mm (bzw. um 0,4 mm bis 0,8 mm im Falle von beidseitigen
Vertiefungen) dünner
ausgebildet sein als im restlichen Bereich. Im Falle von aus Metalllagen
hergestellten Hitzeschildern wird die Vertiefung bevorzugt durch
Planieren dieses Bereichs hergestellt.
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Die
erfindungsgemäße Halterungsvorrichtung
kann zur Halterung beliebig vieler rohrförmiger Werkstücke verwendet
werden. Beispielsweise können
an einem Scheibenelement mehrere Aufnahmebereiche zur Aufnahme je
eines rohrförmigen
Werkstücks
vorgesehen sein. Ebenfalls möglich
ist es, das Rahmenelement so auszubilden, dass es mehrere Scheibenelemente
aufnehmen kann, die alle jeweils in Scheibenebene beweglich gelagert
sind. Dadurch kann bei dicht nebeneinander angeordneten rohrförmigen Werkstücken die
Anzahl der benötigten
Halterungsvorrichtungen reduziert werden. Vorteilhafterweise wird
eine Halterungsvorrichtung, die mehrere Scheibenelemente aufnimmt,
zur leichteren Montage, zweiteilig ausgebildet. Die beiden Teile
der Halterungsvorrichtung werden dabei bevorzugt mittels eines Bajonettverschlusses
miteinander verbindbar ausgebildet.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung
erläutert.
Es zeigen schematisch:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Teilbereichs eines Hitzeschildes mit
integrierter Halterungsvorrichtung mit Lochscheibe;
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2 eine
geschnittene Seitenansicht eines Teilbereichs einer Halterungsvorrichtung
mit einem auf dem flächigen
Bauteil aufliegendem Flansch;
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3 eine
geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung mit einem
auf dem flächigen Bauteil
aufliegendem Flansch im verschweißten Zustand;
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4 eine
geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung mit oberem
und unterem Rahmenelement, verbunden durch Querstege;
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5 eine
geschnittene Seitenansicht von zwei durch Verkrallung miteinander
zu verbindenden Halterungselementen eines Rahmenelementes im unverkrallten
Zustand;
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6 die
Halterungsvorrichtung aus 5 im verkrallten
Zustand;
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7 eine
Draufsicht einer an einem Hitzeschild angebrachten Halterungsvorrichtung
mit Lochscheibe;
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8 eine
geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung mit Klammervorrichtung
im Aufnahmebereich des Scheibenelementes;
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9 eine
geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung mit Lagerbuchse
und Puffer im Aufnahmebereich des Scheibenelementes;
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10 eine
geschnittene Seitenansicht eines Teilbereichs einer Halterungsvorrichtung
mit einer Sicke am Scheibenelement;
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11 eine
geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung mit Lochscheibe
und durch die Lochscheibe geführter
Lambdasonde;
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12 die
Halterungsvorrichtung aus 3 mit gebördeltem
Flansch; und
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13 eine
geschnittene Seitenansicht von zwei an ihren Innenrändern auf
sich selbst umgebördelten
und miteinander verschweißten
Halterungselementen eines Rahmenelementes.
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Bei
den im Folgenden dargestellten verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind gleiche Bestandteile mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass
die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht
als die Erfindung begrenzend anzusehen sind und dass die Figuren
nur schematischen Charakter haben.
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In 1 ist
die perspektivische Ansicht eines Teilbereichs eines flächigen Bauteils 15 dargestellt. Bei
dem hier gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem flächigen Bauteil 15 um
einen Hitzeschild. Eine Halterungsvorrichtung 10 mit einem
als Lochscheibe ausgebildeten Scheibenelement 16, das einen Durchlass 20 zur
Aufnahme eines rohrförmigen Werkstücks, konkret
einer Lambdasonde, aufweist, ist in den Hitzeschild 15 integriert.
Des Weiteren zeigt 1 zwei Befestigungsöffnungen 26 im
Hitzeschild 15, durch die der Hitzeschild 15 an
der Verbrennungsmotoranlage – zum
Beispiel im Bereich des Abgaskrümmers – befestigt
wird. Verschiedene Möglichkeiten
der Ausgestaltung der Halterungsvorrichtung 10 sind in
Zusammenhang mit den folgenden Figuren beschrieben.
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2 zeigt
eine geschnittene Seitenansicht eines Ausschnittes einer Halterungsvorrichtung 10 mit
randseitigem Flansch 11. Der Flansch 11 besteht aus
den übereinander
angeordneten Rändern
der Halterungselemente 12a, 12b. Beide Halterungselemente 12a, 12b bilden
zusammen das Rahmenelement 14. Das Halterungselement 12a ist
Z-förmig
abgekantet, und der Verbindungsschenkel liegt an der Stirnseite 15' der kreisrunden Öffnung des
Hitzeschildes an. Gezeigt ist in der Darstellung nur der rechts von
der Öffnungsmitte
gelegene Teil der Anordnung, während
die linke, spiegelsymmetrisch ausgebildete Hälfte nicht dargestellt ist.
Der Flansch 11 liegt mit der Innenseite des abgekanteten
Halterungselementes 12a am flächigen Bauteil 15 an.
In der Figur weist das Halterungselement 12b einen Abstand
zum Halterungselement 12a auf. Im fertig montierten Zustand jedoch
liegen beide Halterungselemente im Bereich des Flansches 11 unmittelbar
aneinander und sind miteinander und am flächigen Bauteil, zum Beispiel durch
Verschweißen,
befestigt.
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Wie 2 weiter
zu entnehmen ist, ist zwischen den Halterungselementen 12a, 12b ein
Scheibenelement 16 beweglich gelagert. Das Scheibenelement
ist als kreisförmige
Scheibe mit einer runden Mittelöffnung 20 ausgebildet.
Es wird auf das Halterungselement 12a aufgesetzt, bevor
das zweite Halterungselement 12b am Halterungselement 12a befestigt
wird. Das Scheibenelement 16 ist dabei so angeordnet, dass
zwischen dem seitlichen Rand des Scheibenelementes 16 und
dem Rahmenelement 14 ein Freiraum 17 als ringförmiger Spalt entsteht.
Die umlaufende Anordnung des Freiraumes 17 gewährleistet,
dass das Scheibenelement 16 in der Scheibenebene beweglich
ist.
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In 3 ist
eine geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung 10 mit
einem als Lochscheibe ausgeführten
Scheibenelement 16 und mit einem randseitigen Flansch 11 dargestellt.
Die Anordnung entspricht im Wesentlichen derjenigen in 1.
Unterschiedlich ist aber das Vorgehen bei der Montage der Haltevorrichtung 10.
Hier ist die Halterungsvorrichtung 10 bei der Montage bereits
vormontiert. Das heißt,
dass die beiden Halterungselemente 12a, 12b des
Rahmenelementes 14 im Flanschbereich 11 durch
Punktschweißstellen 18 miteinander verschweißt wurden,
nachdem die Lochscheibe 16 zwischen beiden eingelegt wurde.
Anschließend
wird die Halterungsvorrichtung 10 an den Stellen 18' mit dem flächigen Bauteil 15 verschweißt.
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4 zeigt
eine geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung 10 mit
einem Rahmenelement 14, das aus zwei Halterungselementen 12a, 12b besteht,
die jeweils an gegenüberliegenden
Seiten am flächigen
Bauteil anliegen und über
Querstreben 19 miteinander verbunden sind. Die Querstreben 19 sind
zwischen dem flächigen
Bauteil 15 und dem Scheibenelement 16 angeordnet,
wobei die Querstreben beabstandet vom Scheibenelement 16 angeordnet
sind, so dass ein Freiraum 17 entsteht und die Bewegungsfreiheit
des Scheibenelementes 16 gewährleistet ist. In der hier
gezeigten Ausführungsform ist
das Rahmenelement 14 fest am flächigen Bauteil 15 angebracht.
Die Montage erfolgt dadurch, dass die Halterungselemente 12a und 12b nacheinander am
Hitzeschild 15 montiert werden, ähnlich wie in 1.
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5 ist
eine geschnittene Seitenansicht eines Teilbereichs der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung, ähnlich derjenigen
der 1. Hier sind jedoch das Scheibenelement 16 und
Rahmenelement 14 keine getrennten Komponenten, sondern
integriert ausgebildet. Das Rahmenelement 14 besteht aus
einem oberen und einem unteren Halterungselement 12a, 12b,
die an ihren inneren, zur Öffnung 20 hin
liegenden Rändern
miteinander verkrallt werden. Die Darstellung der 5 zeigt
das Rahmenelement 14 im unverkrallten Zustand, nachdem
die einzelnen Komponenten bereits am Hitzeschild 15 angeordnet sind,
um die Montage durchzuführen.
Es ist zu erkennen, dass der innere Randbereich des unteren Halterungselementes 12b unter
einem Winkel von ca. 180 ° zurückgebogen
ist. Im weiteren Verlauf ist der vordere Bereich des inneren Randbereiches
des unteren Halterungselementes 12b unter einem Winkel von
ca. 100 ° bis
125 ° wieder
zurückgebogen.
Der innere Bereich des oberen Halterungselementes 12a ist
unter einem Winkel von ca. 50 ° bis
80 ° nach
innen gebogen. Die umgebogenen Bereiche der beiden Halterungselemente 12a, 12b sind
dabei so dimensioniert, dass sie miteinander im Einklang stehen.
Die Verkrallung erfolgt durch Verpressen der Halterungselemente 12a und 12b gegeneinander.
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6 zeigt
das in 5 dargestellte Rahmenelement 14 im verkrallten
Zustand. Die Verkrallung der beiden Halterungselemente 12a, 12b ist kraftschlüssig ausgebildet
und so dimensioniert, dass die Dicke des inneren Verkrallungsbereiches geringfügig größer ist
als die Dicke des flächigen Bauteils 15,
so dass das in das Scheibenelement 16 integrierte Rahmenelement 14 in
Scheibenebene beweglich ist.
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7 zeigt
eine Draufsicht eines als Lochscheibe ausgebildeten Scheibenelementes 16 mit
integriertem Rahmenelement 14. Das als Lochscheibe ausgebildete
Scheibenelement 16 weist dabei einen Durchlass 20 auf,
durch den das rohrförmige
Werkstück
geführt
wird.
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In 8 ist
eine geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung 10 mit
einem Scheibenelement 16 dargestellt, bei dem im Aufnahmebereich eine
Klammervorrichtung 21 ausgebildet ist. Abgesehen davon, ähnelt die
Anordnung derjenigen der 1. Das Scheibenelement 16 weist
hier aber keine Durchgangsöffnung
zur Aufnahme des rohrförmigen
Werkstücks
(z.B. der Lambdasonde) auf, sondern ist als geschlossene Kreisringscheibe
ausgebildet, auf der die Klammervorrichtung 21 befestigt
ist. Die Klammervorrichtung 21 ist dabei so ausgebildet, dass
ein rohrförmiges
Werkstück
ohne weitere zusätzliche
Befestigungselemente, wie zum Beispiel Schrauben, Bolzen, etc.,
durch Festklemmen mit dem Scheibenelement 16 verbunden
werden kann. Das obere Halterungselement 12a ist so ausgebildet, dass
bei einer mittigen Stellung des Scheibenelementes 16, zwischen
der Klammervorrichtung 21 und dem oberen Halterungselement 12a,
Aussparungen 22 vorhanden sind, deren Länge größer oder gleich der Länge des
Freiraumes 17 ist. Dadurch wird die Bewegungsfreiheit des
Scheibenelementes 16 in Scheibenebene gewährleistet.
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9 zeigt
eine geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung 10 mit
einem Scheibenelement 16, an dessen Aufnahmebereich eine
Lagerbuchse 23 mit integriertem Puffer 24 ausgebildet
ist. Die Lagerbuchse 23 ist in dem gezeigten Beispiel als in
das Scheibenelement 16 integrierter Rohrstutzen ausgebildet,
dessen vom Scheibenelement 16 abgewandte Seite offen ist.
Das rohrförmige
Werkstück wird
zur Befestigung am Scheibenelement 16 in den Rohrstutzen 23 eingeführt und
liegt mit seiner Stirnseite am Puffer 24 an. Der Puffer 24 federt
Bewegungen des rohrförmigen
Werkstückes
oder der Halterungsvorrichtung 10 in vertikaler Richtung
ab und verhindert so eine Beschädigung
des rohrförmigen Werkstückes.
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10 zeigt
eine geschnittene Seitenansicht eines Teilbereichs einer Halterungsvorrichtung 10 mit
einem Scheibenelement 16, an dessen Oberfläche eine
Sicke 25 ausgebildet ist, die zur weiteren Verbesserung
der Abdichtung des rohrförmigen Werkstücks dient.
Abgesehen davon, entspricht die Anordnung im Wesentlichen derjenigen
in 1. Die Sicke 25 ist beabstandet vom Rahmenelement 14 angeordnet,
wobei der Abstand größer oder
gleich der Länge
des Freiraums 17 ist. Wird diese Ausführungsform beispielsweise im
Bereich des Abgasstrangs einer Verbrennungsmotoranlage angeordnet, ist
die Sicke 25 bevorzugt auf der dem Krümmer des Abgasstrangs zugewandten
Seite des Scheibenelementes 16 ausgebildet.
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In 11 ist
die geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung 10 mit
einem als Lochscheibe ausgebildeten Scheibenelement 16 mit
integriertem Rahmenelement 14 dargestellt. Durch den Durchlass
des Scheibenelementes 16 ist ein rohrförmiges Werkstück 27 geführt, welches
in der hier gezeigten Ausführungsform
eine Lambdasonde ist. Abgesehen davon, entspricht die Halterungsvorrichtung 10 im
Wesentlichen derjenigen, von der ein Teilbereich in 6 dargestellt
ist. Die Lambdasonde ist im Durchlassbereich im Wesentlichen passend
mit dem Durchlass ausgebildet. Direkt oberhalb und unterhalb des
Durchlassbereiches weist die Lambdasonde Flansche 28 auf,
die jeweils am Scheibenelement 16 anliegen und die Halterungsvorrichtung 10 somit
umgreifen. Dadurch wird die Abdichtung des rohrförmigen Werkstücks 27 weiter
verbessert. Um die Dichtigkeit weiter zu erhöhen, kann das Scheibenelement 16 im
Bereich der Flansche 28 auf seiner Oberfläche mit
einer Sicke (wie in 10 dargestellt) ausgebildet
werden.
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12 zeigt
eine Halterungsvorrichtung 10 ähnlich der aus 3,
wobei das untere Halterungselement 12b im äußeren Flanschbereich
auf das obere Halterungselement 12a umgebördelt ist
und dieses somit umgreift. Durch das Umbördeln sind die beiden Halterungselemente 12a, 12b fest
miteinander verbunden und müssen
deshalb, im Unterschied zu 3, nicht
mehr miteinander verschweißt
werden. Die Schweißstellen 18' stellen lediglich
eine Verschweißung
der Halterungsvorrichtung 10 mit dem flächigen Bauteil 15 dar.
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13 ist
eine geschnittene Seitenansicht eines Teilbereichs einer Halterungsvorrichtung 10, ähnlich derjenigen
der 6. Hierbei sind jedoch die inneren, der Öffnung 20 zugewandten
Ränder
der Halterungselemente 12a, 12b auf sich selbst
umgebördelt
und liegen mit ihren umgebördelten
Bereichen flächig
aneinander an und sind durch eine Punktschweißstelle 18 miteinander
verschweißt.