DE102011012681A1

DE102011012681A1 - Hochtemperatursensor zur Anordnung in einem Metallrohr, insbesondere innerhalb eines Abgasstranges einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011012681A1
Application number: DE102011012681A
Authority: DE
Inventors: Thomas Niemann; Torsten EGGERS
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2012-09-06
Also published as: EP2681747A2; WO2012116683A2; US9464556B2; CN103688314A; WO2012116683A3; CN103688314B; US20140010261A1

Abstract

Bei einem Hochtemperatursensor mit Kontaktdrähten in einem Metallrohr, vorzugsweise einem gekrümmten Metallrohr zur Anordnung insbesondere innerhalb eines Abgasstranges einer Brennkraftmaschine, mit entlang den Kontaktdrähten reihenförmig verteilt angeordneten Distanzkörpern, um die Kontaktdrähte in einer vorbestimmten Distanz zur Innenwand des Metallrohres zu halten, ist jeder Distanzkörper etwa eiförmig ausgebildet ist, wobei der Durchmesser des Ei-Bauches höchstens gleich der lichten Weite des noch ungekrümmten Metallrohres ist. Die Distanzkörper sind an die Kontaktdrähte geformte Spritzgussteile aus Polymerkeramik.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochtemperatursensor mit Kontaktdrähten in einem Metallrohr, vorzugsweise in einem gekrümmten Metallrohr, zur Anordnung insbesondere innerhalb eines Abgasstranges einer Brennkraftmaschine, mit entlang den Kontaktdrähten reihenförmig verteilt angeordneten Distanzkörpern, um die Kontaktdrähte in einer vorbestimmten Distanz zur Innenwand des Metallrohres zu halten.
In der DE 10 2005 030 643 A1 ist ein Temperaturfühler angegeben. Die DE 102 11 029 A1 beschreibt einen Temperatursensor.
Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge, aber auch andere Brennkraftmaschinen, weisen zur Einhaltung der Abgasgrenzwerte und auch zum Bauteileschutz im Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine mehrere Hochtemperatursensoren auf. Diese sind, als so genannte „Kontaktgruppe”, in einem zugeordneten Metallrohr untergebracht.
Soll das Metallrohr gekrümmt sein, was einer häufig eingesetzten 90° Variante von Hochtemperatursensoren entspricht, wird das mit der darin positionierten Kontaktgruppe vorliegende Metallrohr durch einen Biegevorgang gekrümmt.
Einerseits muss die gesamte Kontaktgruppe genug Spiel aufweisen, damit sie problemlos gefügt werden kann, andererseits muss nach dem Biegen noch vorhandenes Spiel eliminiert werden, damit durch die enormen Vibrationen während des Betriebs der Brennkraftmaschine kein Versagensbruch der Anordnung der Hochtemperatursensoren, insbesondere ihrer Kontaktdrähte, erfolgen kann.
Es sind Anordnungen bekannt, die zum Beispiel durch Quarzglasseide ummantelt sind und in eine Einschüttung aus Aluminiumoxidpulver eingebettet sind.
Die Ummantelung mit Quarzglasseide und die anschließende Einbettung in eine Aluminiumoxidpulverschüttung erfordert entsprechende Fertigungsvorgänge, die zu entsprechenden Kostensteigerungen bei der Bereitstellung von Hochtemperatursensoren führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau beziehungsweise die Anordnung eines Hochtemperatursensors, insbesondere in der 90° Variante, fertigungsmäßig zu vereinfachen.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3.
Der erfindungsgemäße Hochtemperatursensor mit Kontaktdrähten in einem gekrümmten Metallrohr zur Anordnung innerhalb eines Abgasstrangs einer Brennkraftmaschine, wobei entlang den Kontaktdrähten reihenförmig verteilt angeordnete Distanzkörper vorhanden sind, zeichnet sich dadurch aus, dass jeder Distanzkörper etwa eiförmig ausgebildet ist. Diese besondere Form des Distanzkörpers, wobei dessen Durchmesser des Eibauches höchstens gleich der lichten Weite des noch ungekrümmten Metallrohres, ermöglicht eine vollautomatische Herstellung der gesamten Einbaugruppe, die den Hochtemperatursensor mit Kontaktdrähten umfasst, sowie die reihenförmig entlang der Kontaktdrähte verteilt angeordneten Distanzkörper.
Da der Durchmesser des Eibauches der Distanzkörper höchstens gleich der lichten Weite des noch ungekrümmten Metallrohres ist, lässt sich die Kontaktgruppe aus Kontaktdrähten, Distanzkörpern und Hochtemperatursensor problemlos fügen.
Die Distanzkörper sind mit besonderem Vorteil an die Kontaktdrähte geformte Spritzgussteile aus Polymerkeramik. Selbstverständlich sind auch andere gleichwertige Werkstoffe geeignet, um daraus die Distanzkörper im Spritzgussverfahren automatisch herstellen zu können. In Spritzgussformen lassen sich beliebige Einlegeteile anordnen, die umspritzt werden können.
Die eiförmigen Distanzkörper weisen durch ihre besondere Form einen oberen Radius auf, der geringer ausfällt als der untere Radius. Während der Biegeverformung des Metallrohres kommt es, aufgrund der Streckung einer der Wandungen des Metallrohres und der Stauchung der jeweils anderen Wandung, zur Drehung der eiförmigen Distanzkörper, derart, dass die radiusinnenliegende Flanke an dem kleineren Radius des Metallrohres anliegt und die äußere Flanke an dem größeren. Somit ist eine Kompensation der unterschiedlichen Radien des Metallrohres gegeben. Diese Kompensation führt zu einer Verklemmung der Distanzkörper innerhalb des Metallrohres, sodass die Distanzkörper in dem Rohr verspannt sind. Eine Füllung mit Aluminiumoxidpulver oder eine Ummantelung mit einem Quarzglasseide entfällt. Dadurch sind die Herstellungskosten vermindert. Für die Erfindung ist es von nicht unerheblicher Bedeutung, dass die Kontaktgruppe zunächst in das Metallrohr eingezogen wird und erst danach der Biegevorgang erfolgt, durch den das Metallrohr die vorbestimmte Krümmung erhält.
Dadurch wird während des Biegens die Kompensation des Spiels aufgrund der herstellungsbedingt auftretenden Variation der Passungen zwischen den weiten des Metallrohres und den Durchmessern der Distanzkörper der Kontaktgruppe erreicht.
Vorzugsweise entspricht der Umriss jedes Distanzkörpers einer Eilinie einer Gleichung dritten Grades. Zum Beispiel ist eine Gleichung 2y² = (x – 1)(x – 2)(x – 3) anwendbar.
Auch andere Eilinien, die geeignet sind die vorbeschriebene Verklemmung zu bewirken, sind zur Ausbildung von Distanzkörpern geeignet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
1: die Schnittansicht eines Metallrohres mit entlang Kontaktdrähten aufgereihten Distanzkörpern;
2: eine Seitenansicht eines Distanzkörpers gemäß 1; und
3: einen Abschnitt des gegenüber 1 gekrümmten Metallrohres mit darin befindlichen Distanzkörpern.
In 1 ist eine Schnittansicht eines Metallrohres 1 dargestellt, in welches eine Art Perlenkette aus durch Kontaktdrähte 3 miteinander verbundenen Distanzkörpern 2, 2', 2'', eingezogen ist.
Die Anzahl der Distanzkörper einer solchen Kontaktgruppe kann, je nach Länge der Kontaktdrähte beliebig sein, jedoch bilden stets mindestens zwei Distanzkörper eine Kontaktgruppe.
Die Kontaktdrähte sind an einen hier nicht dargestellten Sensor, zum Beispiel einen Hochtemperatursensor, angeschlossen, der Messwerte über die Kontaktdrähte an eine nicht weiter dargestellte Elektronik liefert, in welcher die Messwerte ausgewertet werden.
Das Metallrohr 1 kann zum Beispiel über ein zugeordnetes Loch in einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine führen, um dort über den an einem Ende des Metallrohres befindlichen Sensor, entsprechende Abgaswerte abzugreifen.
Das Metallrohr 1 besteht vorzugsweise aus Chrom-Nickel-Stahl (z. B. Inconel 601), der auch bei hohen Temperaturen korrosionsfest ist und bleibt.
Bei der in 1 dargestellten Kontaktgruppe sind drei Distanzkörper 2, 2', 2'' dargestellt, die durch Kontaktdrähte 3 miteinander verbunden sind. Es handelt sich normalerweise um zwei Kontaktdrähte, die etwa parallel zueinander verlaufen, auf welche die Distanzkörper 2, 2', 2'' zum Beispiel gefädelt sind.
Jeder Distanzkörper 2, 2', 2'' ist ein geformtes Spritzgussteil aus Polymerkeramik, das eiförmig ausgebildet ist. Dabei ist der Durchmesser des Eibauches höchstens gleich der lichten Weite des noch ungekrümmten Metallrohres.
2 zeigt eine Seitenansicht eines Distanzkörpers 2, der Eiform aufweist, wobei mit „S” die Symmetrieachse des eiförmigen Körpers bezeichnet ist. Ein Ei wird an einem Ende schmaler und zeigt neben der Besonderheit einer einzigen Symmetrieachse „S” noch die Besonderheit unterschiedlicher Radien, beispielsweise R1 und R2 innerhalb einer den Umriss vorgebenden Eilinie.
Wird ein Distanzkörper mit der aus 2 ersichtlichen Form in das Metallrohr 1 gemäß 1 eingefügt, berühren die Anlagepunkte a und b die innere Wandfläche des Metallrohres 1, wobei die Berührungspunkte a und b den Abstand c aufweisen, der in etwa der lichten Weite des Metallrohres 1 entspricht.
Bei dem in 2 dargestellten Distanzkörper ist der Radius R1 größer als der Radius R2.
In 3 ist das Metallrohr 1' in gekrümmter Form dargestellt. Die Distanzkörper in dem gekrümmten Metallrohr 1' sind hier mit 2 und 2' bezeichnet.
Da bei der Biegung in die vorgesehene Krümmung die Außenwand 4 des Metallrohres 1' gestreckt wird, während gleichzeitig die innere Wand 4' gestaucht wird, hat sich der Distanzkörper 2' gegenüber dem benachbarten Distanzkörper 2 in Richtung der kurzen Bogenpfeile 5 gedreht. Durch diese Drehung um den Winkel β ist der Berührungspunkt a des Distanzkörpers 2' aus seiner bisherigen Position a' herausgewandert und befindet sich nunmehr in einer Position, bei der zwischen Distanzkörper 2' und der gestauchten Innenwandfläche des Metallrohres 1' ein Spiel gegeben sein würde. Dadurch dass sich der Distanzkörper 2' gedreht hat, kommt nunmehr aber sein größerer Radius R1 zur Anlage mit der Innenwandfläche des Metallrohres, die mit einem engeren Radius um den Krümmungsmittelpunkt m verläuft, womit die verspannte Anlage im Punkt a' wieder hergestellt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005030643 A1 [0002]
DE 10211029 A1 [0002]

Claims

Hochtemperatursensor mit Kontaktdrähten in einem Metallrohr, vorzugsweise einem gekrümmten Metallrohr zur Anordnung insbesondere innerhalb eines Abgasstranges einer Brennkraftmaschine, mit entlang den Kontaktdrähten reihenförmig verteilt angeordneten Distanzkörpern, um die Kontaktdrähte in einer vorbestimmten Distanz zur Innenwand des Metallrohres zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Distanzkörper etwa eiförmig ausgebildet ist, wobei der Durchmesser des Ei-Bauches höchstens gleich der lichten Weite des noch ungekrümmten Metallrohres ist.
Hochtemperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzkörper an die Kontaktdrähte geformte Spritzgussteile aus Polymerkeramik sind.
Hochtemperatursensor nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umriss jedes Distanzkörpers einer Ei-Linie einer Gleichung dritten Grades; zum Beispiel 2Y² = (x – 1)(x – 2)(x – 3), entspricht.
Kraftfahrzeug mit Brennkraftmaschine und Abgasstrang und mit wenigstens einem Hochtemperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3.