DE102012025078A1

DE102012025078A1 - Messfühler, insbesondere Gassensor zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases

Info

Publication number: DE102012025078A1
Application number: DE201210025078
Authority: DE
Inventors: Michael Brozio; Sven Herrmann; Klaus-Peter Kugler; Christopher Holzknecht; Anton Hans; Marc Rosenland
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-06-26

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Messfühler (10), insbesondere Gassensor zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere der Temperatur oder der Konzentration einer Gaskomponente, insbesondere im Abgas einer Brennkraftmaschine, mit einem Sensorelement (11), das mit einem dem Messgas ausgesetzten, gasseitigen Endabschnitt (111) aus einem Fühlergehäuse (12) herausragt, und mit einem den gasseitigen Endabschnitt (111) des Sensorelements (11) umgebenden Doppelschutzrohr (13), welches ein äußeres Schutzrohr (14) und ein inneres Schutzrohr (15) aufweist. Im Hinblick auf eine einfach herstellbare, hoch belastbare und haltbare Verbindung des Doppelschutzrohrs (13) mit dem Fühlergehäuse (12) ist der Messfühler (10) derart ausgestaltet, dass der gehäuseseitige Endabschnitt (152) des inneren Schutzrohrs (15) an oder in einem gasseitigen Endabschnitt (112) des Fühlergehäuses (12) festgelegt und dabei von dem gehäuseseitigen Endabschnitt (142) des äußeren Schutzrohrs (14) beabstandet ist, wobei der gehäuseseitige Endabschnitt (142) des äußeren Schutzrohrs (14) von einem Ring (30) an dem Fühlergehäuse (12) fixiert ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Messfühler nach der Gattung des Anspruchs 1. Bei diesem Messfühler handelt es sich insbesondere um einen Gassensor zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases, insbesondere der Temperatur oder der Konzentration einer Gaskomponente, und insbesondere im Abgas einer Brennkraftmaschine.
Solche Messfühler werden beispielsweise als so genannte Lambdasonden zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Dabei ragt das Sensorelement im Allgemeinen in einer Längserstreckungsrichtung des Messfühlers aus dem Fühlergehäuse heraus. Diese Längserstreckungsrichtung oder auch Längsachse des Messfühlers kann dabei gleichzeitig eine Symmetrieachse des Messfühlers vorgeben, da bekannte Messfühler verbreitet einen rotationssymmetrischen Aufbau in Bezug auf die genannte Längsachse aufweisen.
Des Weiteren ist entscheidend, dass das Sensorelement in einen direkten Kontakt mit dem Messgas bringbar sein muss. Daher weisen das äußere Schutzrohr sowie das innere Schutzrohr und ein gegebenenfalls zusätzlich vorhandenes zentrales Schutzrohr bei bekannten Messfühlern stets geeignete Öffnungen auf, um einen Durchtritt des umströmenden Messgases zu ermöglichen.
Gattungsgemäße Messfühler sind bereits in WO 2010/015445 A1 , WO 2006/005641 A1 und DE 10 2007 040 507 A1 beschrieben worden.
WO 2010/015445 A1 offenbart einen Messfühler, bei dem der gasseitige Endabschnitt des Sensorelements ausschließlich von einem Doppelschutzrohr, bestehend aus einem inneren sowie einem äußeren Schutzrohr, umgeben wird.
WO 2006/005641 A1 sowie DE 10 2007 040 507 A1 hingegen zeigen Vorrichtungen, in denen das Sensorelement zusätzlich von einem zentralen Schutzrohr umgeben wird, welches wiederum innerhalb des Doppelschutzrohrs, bestehend aus äußerem und innerem Schutzrohr, angeordnet ist. Im Ergebnis betreffen auch diese Schriften gattungsgemäße Messfühler.
Die genannten Schriften zeigen jedoch eine identische Technik, was die Festlegung sowohl des äußeren Schutzrohrs als auch des inneren Schutzrohrs an dem Fühlergehäuse betrifft. Der gehäuseseitige Endabschnitt des inneren Schutzrohrs ist dabei auf einen Ringabsatz des Fühlergehäuses aufgeschoben. Dazu kann der gehäuseseitige Endabschnitt des inneren Schutzrohrs eine Querschnittserweiterung aufweisen, so dass dieser Abschnitt als Ringschulter ausgebildet sein kann. Der gehäuseseitige Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs ist wiederum in Längserstreckungsrichtung des Messfühlers gesehen auf den genannten Endabschnitt (Ringschulter) des inneren Schutzrohrs und damit ebenfalls, allerdings mittelbar, auf den Ringabsatz des Fühlergehäuses aufgeschoben. Zur Festlegung des Doppelschutzrohrs an dem Fühlergehäuse wird gemäß Stand der Technik schließlich eine Schweißnaht gesetzt, welche vom gehäuseseitigen Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs durch den darunterliegenden Endabschnitt des inneren Schutzrohrs bis in das Fühlergehäuse, insbesondere einen Ringabsatz des Fühlergehäuses, reicht.
Diese Festlegung des äußeren Schutzrohrs sowie des inneren Schutzrohrs an dem Fühlergehäuse gemäß Stand der Technik ist jedoch mit Nachteilen behaftet. Diese Nachteile betreffen insbesondere die Herstellung sowie die Haltbarkeit der Verbindung.
Zunächst ist das Anbringen einer Schweißnaht, welche ausgehend von dem äußeren Schutzrohr durch das innere Schutzrohr bis in das Fühlergehäuse verläuft, kompliziert und fehlerbehaftet, da mehrere benachbarte bzw. übereinanderliegende Teile miteinander zu verschweißen sind. Des Weiteren muss in den meisten Fällen ein inneres Schutzrohr verwendet werden, welches an seinem gehäuseseitigen Endabschnitt eine merkliche Querschnittserweiterung aufweist, um als Ringschulter auf einen Ringabsatz des Fühlergehäuses aufsteckbar zu sein. Ein solches inneres Schutzrohr bedingt daher einen erhöhten Material- und Fertigungsaufwand.
Darüber hinaus ist in der Praxis festzustellen, dass eine wie oben beschriebene Verbindung des Doppelschutzrohrs mit dem Fühlergehäuse oft nur eine unbefriedigende Stabilität und Haltbarkeit aufweist. So ist insbesondere das Festlegen des inneren Schutzrohrs durch eine sich von der Außenseite des äußeren Schutzrohrs durch das innere Schutzrohr bis in das Fühlergehäuse erstreckende Schweißnaht schwierig.
Verbreitet kommt es daher zu einem Versagen der Verbindung des Doppelschutzrohrs mit dem Fühlergehäuse. Dies betrifft insbesondere Anwendungsfälle, bei denen der Messfühler sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist, beispielsweise im Falle eines Einbaus des Messfühlers vor einem Turbolader. Des Weiteren erweisen sich beschriebene Verbindungen gemäß Stand der Technik als ausgesprochen empfindlich gegenüber Temperaturwechseln mit großen Temperaturhüben und/oder großen Temperaturgradienten.
Offenbarung der Erfindung
Es wird daher ein Messfühler, insbesondere ein Gassensor zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, vorgeschlagen, welcher die oben genannten Nachteile vermeidet und eine optimierte Festlegung des Doppelschutzrohrs an dem Fühlergehäuse aufweist. Ein solcher erfindungsgemäßer Messfühler ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 angegeben. Zur Vermeidung der genannten Nachteile ist ein gattungsgemäßer Messfühler im Rahmen der Erfindung so ausgestaltet, dass der gehäuseseitige Endabschnitt des inneren Schutzrohrs an oder in einem gasseitigen Endabschnitt des Fühlergehäuses festgelegt und dabei von dem gehäuseseitigen Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs beabstandet ist, wobei der gehäuseseitige Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs von mindestens einem Ring an dem Fühlergehäuse fixiert ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachgeordneten Ansprüchen.
Mit anderen Worten sieht die Erfindung eine räumliche Trennung der Verbindung des äußeren Schutzrohrs mit dem Fühlergehäuse und des inneren Schutzrohrs mit dem Fühlergehäuse vor. Dabei kann die Verbindung zwischen äußerem Schutzrohr und Fühlergehäuse als erster Verbindungsbereich und die Verbindung zwischen innerem Schutzrohr und Fühlergehäuse als zweiter Verbindungsbereich bezeichnet werden. Gemäß Stand der Technik fallen der erste Verbindungsbereich sowie der zweite Verbindungsbereich ineinander, oder überlappen zumindest. Unter Abkehr hiervon wird eine räumliche Trennung dieser Verbindungsbereiche vorgeschlagen. Das innere Schutzrohr lässt sich folglich an anderer, besser einzusehender und zu überwachender Position mit dem Fühlergehäuse verbinden. Dabei kann insbesondere auf eine Querschnittserweiterung des gehäuseseitigen Endabschnitts des inneren Schutzrohrs verzichtet werden. Das innere Schutzrohr muss nicht länger zwingend auf einen Ringabsatz des Fühlergehäuses aufsteckbar ausgestaltet sein.
Weiter ist vorgesehen, dass der gehäuseseitige Endabschnitt des inneren Schutzrohrs an oder in einem gasseitigen Endabschnitt des Fühlergehäuses festgelegt ist. Insbesondere kann das innere Schutzrohr mit einem stirnflächenartigen (auf die Längserstreckungsrichtung des Messfühlers bezogen) gasseitigen Endabschnitt des Fühlergehäuses verbunden werden. So sind verglichen mit dem Stand der Technik stabilere, haltbarere und einfacher herzustellende Verbindungen zwischen dem inneren Schutzrohr und dem Fühlergehäuse ermöglicht. Es lässt sich eine Verbindung zwischen dem inneren Schutzrohr und dem Fühlergehäuse realisieren, welche weitgehend unempfindlich gegenüber hohen Temperaturen und/oder starken Temperaturschwankungen ist.
Darüber hinaus lässt sich ein für eine solche Verbindung geeignetes inneres Schutzrohr vorzugsweise mit verringertem Materialeinsatz und verringertem Fertigungsaufwand bereitstellen.
Zusätzlich ist eine einfache, kostengünstige und haltbare Verbindung des gehäuseseitigen Endabschnitts des äußeren Schutzrohrs mit dem Fühlergehäuse ermöglicht. Unter Abkehr vom Stand der Technik kann eine lediglich mittelbare Festlegung des äußeren Schutzrohrs über das innere Schutzrohr an dem Fühlergehäuse entfallen. Das äußere Schutzrohr kann vielmehr unmittelbar mit dem Fühlergehäuse verbunden werden.
Eine das äußere Schutzrohr unmittelbar mit dem Fühlergehäuse verbindende Schweißnaht ist einfach und mit besser vorhersagbarer und vergrößerter Haltbarkeit herstellbar. Durch den Wegfall des inneren Schutzrohrs aus diesem Verbindungsbereich lässt sich der Durchmesser eines Ringabsatzes des Fühlergehäuses, auf den das äußere Schutzrohr aufgesteckt wird, vergrößern. Dadurch lässt sich eine noch stabilere Verbindung zwischen dem äußeren Schutzrohr und dem Fühlergehäuse herstellen. Die Güte einer Schweißnaht lässt sich besser beurteilen, da das festzulegende Teil (das äußere Schutzrohr) direkt und unmittelbar mit dem Fühlergehäuse verschweißt werden kann. Eine solche Verbindung zwischen äußerem Schutzrohr und dem Fühlergehäuse ist ebenfalls weitgehend unempfindlich gegenüber hohen Temperaturen und/oder starken Temperaturschwankungen.
Im Ergebnis ist ein Messfühler angegeben, der eine einfach herstellbare, hoch belastbare und sehr haltbare Verbindung des Doppelschutzrohrs mit dem Fühlergehäuse aufweist.
Eine durch die räumliche Trennung der oben genannten Verbindungsbereiche ermöglichte unmittelbare Festlegung des gehäuseseitigen Endabschnitts des äußeren Schutzrohrs an dem Fühlergehäuse liegt vor, falls zwischen dem äußeren Schutzrohr und dem korrespondierenden Abschnitt des Fühlergehäuses kein weiteres Bauteil, insbesondere ein inneres Schutzrohr, angeordnet ist. Demgemäß liegt eine unmittelbare Festlegung gerade nicht vor, wenn ein weiteres Bauteil, insbesondere ein inneres Schutzrohr, im Bereich der Verbindung sandwichartig von dem äußeren Schutzrohr und dem korrespondierenden Abschnitt des Fühlergehäuses eingefasst wird. Eine unmittelbare Festlegung des gehäuseseitigen Endabschnitts des äußeren Schutzrohrs an dem Fühlergehäuse ist allerdings ohne weiteres realisierbar, falls das äußere Schutzrohr mit dem Fühlergehäuse verschweißt ist, und/oder falls das äußere Schutzrohr mittels geeigneter Verbindungsmittel, insbesondere Schrauben, Stifte oder Nieten, an dem Fühlergehäuse festgelegt ist.
Ein Doppelschutzrohr im Sinne der vorliegenden Offenbarung umfasst ein äußeres Schutzrohr sowie ein inneres Schutzrohr. Sowohl das äußere Schutzrohr als auch das innere Schutzrohr weisen dabei jeweils einen gasseitigen Endabschnitt und einen gehäuseseitigen Endabschnitt auf. Das Doppelschutzrohr und demnach sowohl das äußere Schutzrohr als auch das innere Schutzrohr sind im Allgemeinen langgestreckt ausgebildet, d. h. sie erstrecken sich in einer Längserstreckungsrichtung. Das Fühlergehäuse weist zumindest einen gasseitigen Endabschnitt auf. Der gasseitige Endabschnitt des Fühlergehäuses lässt sich als der Bereich definieren, in dem das Sensorelement aus dem Fühlergehäuse austritt bzw. an dem Fühlergehäuse festgelegt ist.
Vorzugsweise befindet sich der gasseitige Endabschnitt des Fühlergehäuses, an dem oder in dem der gehäuseseitige Endabschnitt des inneren Schutzrohrs festgelegt ist, in der Nähe, bevorzugt in unmittelbarer Nähe, des Bereichs, in dem der Gassensor aus dem Fühlergehäuse austritt bzw. an dem Fühlergehäuse festgelegt ist. Insbesondere kann der zweite Verbindungsbereich zwischen innerem Schutzrohr und Fühlergehäuse im Vergleich zu Lösungen gemäß Stand der Technik in Richtung der Gasseite und/oder in Richtung der Mittelachse des Messfühlers verlagert sein, und kann sich insgesamt besonders nah an dem Übergang zwischen Gassensor und Fühlergehäuse befinden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Messfühlers weist der Ring eine Wandstärke von 0,4 mm bis 0,8 mm und bevorzugt von 0,5 mm bis 0,6 mm auf, beispielsweise, 0,55 mm. Unter der Wandstärke ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Abmessung des Rings zwischen seinem Innenradius und seinem Außenradius zu verstehen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Messfühlers weist der Ring eine Breite von 2 mm bis 6 mm und bevorzugt von 3 mm bis 5 mm auf, beispielsweise 4 mm. Unter einer Breite des Rings ist im rahmen der vorliegenden Erfindung eine Abmessung des Rings in einer Richtung senkrecht zu seinem Öffnungsquerschnitt zu verstehen.
Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung des gehäuseseitigen Endabschnitts des äußeren Schutzrohrs ist eine Ausführung bevorzugt, in der der Ring und der gehäuseseitige Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs mit dem Fühlergehäuse verschweißt sind. So lässt sich eine einfach herstellbare, stabile und haltbare Festlegung des äußeren Schutzrohrs realisieren. Eine Schweißverbindung des gehäuseseitigen Endabschnitts des äußeren Schutzrohrs mit dem Fühlergehäuse kann als Überlapp- oder Bundnaht, welche sich in radialer Richtung durch die verbundenen Teile erstreckt, ausgeführt werden. Besonders bevorzugt ist jedoch, den gehäuseseitigen Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs bis auf den Boden eines Ringabsatzes des Fühlergehäuses aufzuschieben und so einen I-Stoß zu realisieren. Durch das folgende Verschweißen des gehäuseseitigen Endabschnitts des äußeren Schutzrohrs mit dem Fühlergehäuse kann sowohl eine in radialer Richtung wirkende Verbindung mit dem Ringabsatz als auch eine in axialer Richtung wirkende Verbindung mit dem Boden des Ringabsatzes hergestellt werden. Der Boden des Ringabsatzes kann dabei auch als Gehäusestoß bezeichnet werden und bezeichnet eine axial ausgerichtete Stirn-Ringfläche, welche den Übergang zwischen dem Ringabsatz und dem restlichen Fühlergehäuse bildet. Eine solche I-Naht ist mit einer größtmöglichen Entfernung zu dem einwirkenden Messgas positioniert und daher thermisch möglichst gering belastet. Wegen der gleichzeitigen axialen und radialen Festlegung ist die Stabilität und Haltbarkeit gleichzeitig erhöht. Aufgrund der beidseitigen Schweißanbindung kann die Schweißnahttiefe und damit der Energieeintrag reduziert werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Verschweißen des gehäuseseitigen Endabschnitts des äußeren Schutzrohrs unter einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere unter Argon, erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schweißnaht vergleichsweise schmal ausgeführt wird, wie beispielsweise mit einer Breite von 0,6 mm bis 1 mm, beispielsweise 0,8 mm. Dadurch wird eine geringere Wärmeeinflusszone in dem äußeren Schutzrohr und somit eine geringere Schädigung erzeugt. Eine derartige Schweißverbindung ist außerdem robuster gegen einen thermischen Ermüdungsbruch. Schließlich wird durch die besondere Verbindung bzw. Fixierung des Rings und des gasseitigen Endabschnitts des äußeren Schutzrohrs an dem Fühlergehäuse ein Formschluss der Schweißnahtwurzel auch bei Auftreten einer sogenannten Heißkorrosion geschaffen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Messfühlers weist das äußere Schutzrohr einen gasseitige Endabschnitt auf und weist das innere Schutzrohr einen gasseitigen Endabschnitt auf, wobei der gasseitige Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs als Hutze ausgebildet ist, welche auf den gasseitigen Endabschnitt des inneren Schutzrohrs aufgesteckt ist. Eine derartige Ausbildung als Hutze schafft eine robustere Festlegung des inneren Schutzrohr als nur ein Lochbund an dem äußeren Schutzrohrs und eine durchgesteckte Hutze an dem inneren Schutzrohr.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Messfühlers ist der Ring so angeordnet, dass er sich außerhalb des Messgasraums befindet. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Ring einen Außendurchmesser aufweist, der nur geringfügig kleiner ist, wie beispielsweise 0,6 mm, als eine Gewindebohrung eines Gewindestutzens des Fühlergehäuses. Die Gewindebohrung ist dabei mindestens 13 mm tief zu fertigen und ergibt somit inklusive des Blockmaßes eines Dichtrings von 1,2 mm eine minimale Tiefe von 14,2 mm bis zum gasseitigen Ende des Rings, so dass dieser nicht in den Abgasstrom ragt.
Der gasseitige Endabschnitt des Fühlergehäuses kann eine Stirnfläche und/oder eine Ringfläche aufweisen. Der gehäuseseitige Endabschnitt des inneren Schutzrohrs kann an oder in einer solchen Stirn- und/oder Ringfläche festgelegt sein. Ein Bereich, welcher gegebenenfalls eine genannte Stirnfläche umfasst, kann auch als Stirnbereich des Fühlergehäuses bezeichnet werden. Eine Bezeichnung als Stirnbereich oder Stirnfläche bezieht sich dabei auf eine Längserstreckungsrichtung des Messfühlers, in Bezug auf welche der genannte Stirnbereich bzw. die Stirnfläche im Wesentlichen senkrecht angeordnet ist. Eine Ringfläche kann insbesondere eine Fläche umfassen, welche im Wesentlichen senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung des Messfühlers orientiert ist. Alternativ kann eine genannte Ringfläche als Fläche ausgebildet sein, welche eine Längserstreckungsrichtung des Messfühlers in radialer Richtung umgibt, nämlich insbesondere in Form eines bereits beschriebenen Ringabsatzes.
Es ist eine Ausgestaltung des Messfühlers bevorzugt, in welcher die genannte Stirn- und/oder Ringfläche von dem Verbindungsbereich des äußeren Schutzrohrs mit dem Fühlergehäuse, nämlich dem ersten Verwendungsbereich, in Richtung der Gasseite und/oder in radialer Richtung gesehen nach innen beabstandet ist. So lassen sich die oben beschriebenen Vorteile der Beabstandung der beiden Verbindungsbereiche besonders wirksam erhalten.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der gehäuseseitige Endabschnitt des inneren Schutzrohrs an oder in dem gasseitigen Endabschnitt des Fühlergehäuses zentriert, und ist insbesondere mittels Zentriernasen, welche an dem Fühlergehäuse und/oder an dem inneren Schutzrohr ausgebildet sind, zentriert. So wird eine besonders genaue und sichere Festlegung des inneren Schutzrohrs an dem Fühlergehäuse begünstigt. Der Begriff der Zentrierung bezieht sich dabei insbesondere auf eine radiale Zentrierung gegenüber einer Längserstreckungsrichtung, insbesondere einer Längsachse, des Messfühlers. Sofern der Messfühler eine Längsachse, insbesondere eine Symmetrieachse, aufweist, ist diese stets identisch mit einer Längserstreckungsrichtung.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messfühlers ist der gehäuseseitige Endabschnitt des inneren Schutzrohrs an den gasseitigen Endabschnitt des Fühlergehäuses gebördelt. Bevorzugt ist der gehäuseseitige Endabschnitt des inneren Schutzrohrs dabei axial an das Fühlergehäuse gebördelt, d. h. der Bördelrand liegt in einer Ebene, welche senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung bzw. einer Längsachse des Messfühlers orientiert ist. Zweckmäßig kann der gasseitige Endabschnitt des Fühlergehäuses und/oder kann der gehäuseseitige Endabschnitt des inneren Schutzrohrs dazu einen Bördelbund aufweisen. Bevorzugt weisen beide Teile miteinander korrespondierende Bördelbunde auf, aus denen dann eine Bördelverbindung herstellbar ist.
Das innere Schutzrohr kann einen Bördelbund aufweisen, welcher als im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des inneren Schutzrohrs angeordnete Ringfläche ausgebildet ist. Diese als Bördelbund ausgestaltete Ringfläche kann sich am gehäuseseitigen Ende des inneren Schutzrohrs an ein im Wesentlichen zylindrisches Mittelteil anschließen. Der Bördelbund kann eine gewellte Form aufweisen, um ein wirksames Ineinandergreifen und Halten des korrespondierenden Bördelbunds sicherzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Bördelbund am gasseitigen Endabschnitt des Fühlergehäuses eine solche gewellte Oberfläche aufweisen. Die optional vorgeschlagene gewellte Form zumindest eines Bördelbunds verhindert wirksam ein Verdrehen und ein Ablösen des inneren Schutzrohrs während des Betriebs des Messfühlers, insbesondere falls sich durch thermische und/oder mechanische Belastung die Börderung aufweitet. Der gasseitige Endabschnitt des Fühlergehäuses kann einen Bördelbund aufweisen, welcher eine Hinterschneidung in einem Stirnbereich des Fühlergehäuses, insbesondere benachbart zu einer Stirnfläche, einfasst. Ein Bördelrand des gasseitigen Endabschnitts des Fühlergehäuses kann dabei durch Umbördeln eines ursprünglich kreisrund um eine Längserstreckungsrichtung des Messfühlers verlaufenden Randes oder Stegs realisiert werden. Ein solcher Rand oder Steg kann durch zweckmäßiges Ausbohren oder Fräsen eines Stirnbereichs oder einer Stirnfläche des Fühlergehäuses entstehen. Es können bereits genannte Zentriernasen vorgesehen sein, welche vor dem Bördelvorgang eine Presspassung des inneren Schutzrohrs innerhalb des Bördelbunds des Fühlergehäuses bewirken. So kann bereits vor dem Bördelvorgang eine Zentrierung und/oder eine Vormontagesicherung erreicht werden. Solche Zentrierungen sind vorzugsweise am Umfang eines Bördelbunds des inneren Schutzrohrs angeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist der gehäuseseitige Endabschnitt des inneren Schutzrohrs an den gasseitigen Endabschnitt des Fühlergehäuses geschweißt. Dabei kann der gehäuseseitige Endabschnitt des inneren Schutzrohrs insbesondere an einen Stirnbereich, bevorzugt eine Stirnfläche, des gasseitigen Endabschnitts des Fühlergehäuses geschweißt sein. Der Stirnbereich ist dabei vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung des Messfühlers orientiert. Zur Erleichterung eines Schweißvorgangs kann das gehäuseseitige Ende des inneren Schutzrohrs einen gegebenenfalls tellerartigen Schweißbund aufweisen. Dieser Schweißbund kann insbesondere als im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckungsrichtung, insbesondere zur Längsachse, des Messfühlers angeordnete Ringfläche ausgestaltet sein. Der Schweißbund kann sich gehäuseseitig an einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt des inneren Schutzrohrs anschließen. Ein geeigneter Stirnbereich des gasseitigen Endabschnitts des Fühlergehäuses kann als Gegenstück für einen Schweißbund des inneren Schutzrohrs eine senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Messfühlers orientierte Stirnfläche, insbesondere eine Ringfläche, aufweisen, welche gegebenenfalls von einem umlaufenden Zentrierbund zur Aufnahme und Zentrierung des gehäuseseitigen Endabschnitts des inneren Schutzrohrs eingefasst werden kann. An der Außenseite eines Schweißbunds des inneren Schutzrohrs können alternativ oder darüber hinaus Zentriernasen vorgesehen sein, welche eine Presspassung des Schweißbunds innerhalb des Fühlergehäuses, insbesondere innerhalb eines Zentrierbunds, bewirken. So ist eine sichere Zentrierung und Vormontagesicherung des inneren Schutzrohrs erreicht. Der Schweißbund des inneren Schutzrohrs kann dann mit einer gegebenenfalls kreisrund umlaufenden Schweißnaht, welche sich in axialer Richtung des Messfühlers von der Gasseite durch den Schweißbund in das Fühlergehäuse erstreckt, festgelegt sein. Die Schweißnaht kann dabei insbesondere in einer Ebene angeordnet sein, welche senkrecht zu der Längsachse des Messfühlers orientiert ist.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Messfühlers ist der gehäuseseitige Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs an einem Ringabsatz des Fühlergehäuses festgelegt. Hierzu kann das äußere Schutzrohr vorzugsweise von der Außenseite ausgehend an dem Ringabsatz festgelegt sein, nämlich insbesondere durch Verschweißen. Alternative oder zusätzliche Verbindungstechniken sind möglich, wozu auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, in der der gehäuseseitige Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs als Ringschulter ausgebildet ist, welche auf einen korrespondierenden Ringabsatz des Fühlergehäuses aufschiebbar und festlegbar ist.
Unabhängig von der konkreten Formgebung des gehäuseseitigen Endabschnitts des äußeren Schutzrohrs ist eine Ausführung bevorzugt, in der der gehäuseseitige Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs mit dem Fühlergehäuse verschweißt ist. So lässt sich eine einfach herstellbare, stabile und haltbare Festlegung des äußeren Schutzrohrs realisieren. In Verbindung mit der oben erörterten Festlegung des äußeren Schutzrohrs an einem Ringabsatz des Fühlergehäuses kann dabei zwischen dem gehäuseseitigen Ende des äußeren Schutzrohrs und dem Fühlergehäuse bevorzugt eine besonders haltbare Kehl-Schweißnaht realisiert werden. Eine Schweißverbindung des gehäuseseitigen Endabschnitts des äußeren Schutzrohrs mit dem Fühlergehäuse kann auch als einfache Überlapp- oder Bundnaht, welche sich in radialer Richtung durch die verbundenen Teile erstreckt, ausgeführt werden. Besonders bevorzugt ist jedoch, den gehäuseseitigen Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs bis auf den Boden eines Ringabsatzes des Fühlergehäuses aufzuschieben und so einen I-Stoß zu realisieren. Durch das folgende Verschweißen des gehäuseseitigen Endabschnitts des äußeren Schutzrohrs mit dem Fühlergehäuse kann sowohl eine in radialer Richtung wirkende Verbindung mit dem Ringabsatz als auch eine in axialer Richtung wirkende Verbindung mit dem Boden des Ringabsatzes hergestellt werden. Der Boden des Ringabsatzes kann dabei auch als Gehäusestoß bezeichnet werden und bezeichnet eine axial ausgerichtete Stirn-Ringfläche, welche den Übergang zwischen dem Ringabsatz und dem restlichen Fühlergehäuse bildet. Eine solche I-Naht ist mit einer größtmöglichen Entfernung zu dem einwirkenden Messgas positioniert und daher thermisch möglichst gering belastet. Wegen der gleichzeitigen axialen und radialen Festlegung ist die Stabilität und Haltbarkeit gleichzeitig erhöht. Aufgrund der beidseitigen Schweißanbindung kann die Schweißnahttiefe und damit der Energieeintrag reduziert werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Verschweißen des gehäuseseitigen Endabschnitts des äußeren Schutzrohrs unter einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere unter Argon, erfolgen.
Aufgrund der von der Verbindung des äußeren Schutzrohrs mit dem Fühlergehäuse unabhängigen Verbindung des inneren Schutzrohrs mit dem Fühlergehäuse, insbesondere durch Bördeln oder Schweißen, kann der gehäuseseitige Endabschnitt des inneren Schutzrohrs einen sehr viel geringeren Durchmesser aufweisen als der gehäuseseitige Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs. So lässt sich ein inneres Schutzrohr verwenden, dessen Herstellung einfach und mit wenig Materialeinsatz realisierbar ist.
In diesem Zusammenhang ist eine Ausführungsform bevorzugt, in der der gehäuseseitige Endabschnitt des inneren Schutzrohrs denselben Innendurchmesser aufweist wie ein mittlerer Abschnitt des inneren Schutzrohrs. Mit anderen Worten wird hiermit eine Ausführungsform beschrieben, in der eine Mantelfläche des inneren Schutzrohrs ausgehend von dessen mittlerem Bereich bis zum gehäuseseitigen Endabschnitt im Wesentlichen keine Querschnittserweiterung aufweist. Insbesondere ist die Verwendung eines inneren Schutzrohrs mit einer zylindrischen Mantelfläche bevorzugt, wobei die Formgebung des gasseitigen Endabschnitts und/oder des gehäuseseitigen Endabschnitts des inneren Schutzrohrs jedoch stets von der Zylinderform abweichen kann. Dies betrifft insbesondere oben erläuterte Ausführungen, in denen das gehäuseseitige Ende des inneren Schutzrohrs mit einem Bördel- oder Schweißbund versehen ist. Ein inneres Schutzrohr gemäß dieser Ausführungsform ist einfach und mit geringem Materialeinsatz herstellbar, und stellt auch mit einer geringen Wandstärke eine beträchtliche Stabilität bereit.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Messfühlers ist der gasseitige Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs so ausgestaltet, dass dieser den gasseitigen Endabschnitt des inneren Schutzrohrs in axialer und/oder radialer Richtung formschlüssig festlegt, insbesondere wobei der gasseitige Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs auf den gasseitigen Endabschnitt des inneren Schutzrohrs aufsteckbar ist. Aus dem Stand der Technik sind bisher Ausgestaltungen bekannt, bei denen der gasseitige Endabschnitt des inneren Schutzrohrs durch eine große, axiale Öffnung im gasseitigen Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs, nämlich insbesondere durch einen Lochbund, hindurchgeführt ist. Abweichend hiervon wird vorgeschlagen, das innere Schutzrohr vollständig von dem äußeren Schutzrohr zu umgeben, wobei das innere Schutzrohr überdies durch den gasseitigen Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs formschlüssig festgelegt sein kann. Hierdurch wird eine weit bessere Zentrierung und/oder Festlegung des inneren Schutzrohrs erreicht als durch die bisher bekannte Öffnung im gasseitigen Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs. Durch ein Aufstecken des äußeren Schutzrohrs auf das von diesem vollkommen umgebene innere Schutzrohr kann gleichzeitig eine Zentrierung und eine sichere Festlegung des inneren Schutzrohrs in Bezug auf das Fühlergehäuse erreicht werden.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, falls der gasseitige Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs einen Übergangsbereich zwischen zwei durchmesserverschiedenen Abschnitten des äußeren Schutzrohrs aufweist. Insbesondere kann ein solcher Bereich als Hutze oder Deckel ausgestaltet sein, welcher bei einem Anbringen an das Fühlergehäuse automatisch den gasseitigen Endabschnitt des inneren Schutzrohrs in geeigneter Weise formschlüssig erfasst und in oben beschriebener Weise axial und/oder radial festlegt. Dabei ist bevorzugt, dass die Außenseite des gasseitigen Endabschnitts des inneren Schutzrohrs und die Innenseite des gasseitigen Endabschnitts des äußeren Schutzrohrs einander in der Formgebung entsprechen, so dass ein Auf- oder Einstecken erleichtert ist.
Allgemein ist bevorzugt, dass der gasseitige Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs in Richtung der Gasseite gesehen eine Querschnittsverjüngung aufweist. So kann in genereller Hinsicht eine axiale und/oder radiale Festlegung des von dem äußeren Schutzrohr umgebenen inneren Schutzrohrs realisiert werden.
Der erfindungsgemäße Messfühler kann ein zusätzliches zentrales Schutzrohr aufweisen, welches von dem Doppelschutzrohr umgeben wird. Mit anderen Worten bezieht sich die Erfindung einerseits auf Messfühler, deren Sensorelement lediglich von einem Doppelschutzrohr mit einem äußeren Schutzrohr und einem inneren Schutzrohr umgeben wird. Andererseits umfasst die Erfindung ebenso Ausführungsformen von Messfühlern, in denen das Sensorelement zusätzlich und innerhalb des genannten Doppelschutzrohrs von einem weiteren zentralen Schutzrohr umgeben wird. Derartige Ausgestaltungen sind beispielsweise in den genannten WO 2006/005641 A1 oder DE 10 2007 040 507 A1 gezeigt. Mit anderen Worten ist die Erfindung nicht auf Ausgestaltungen beschränkt, in denen lediglich ein das Sensorelement umgebendes Doppelschutzrohr vorgesehen ist. Die Erfindung ist vielmehr ohne Abstriche realisierbar, falls im Inneren des Doppelschutzrohrs ein weiteres, zentrales Schutzrohr angeordnet ist. Dabei ist zu beachten, dass im Rahmen der Erfindung für einen solchen Fall jenes Schutzrohr, welches das Sensorelement direkt umgibt, stets als zentrales Schutzrohr bezeichnet wird. Dieses zentrale Schutzrohr wiederum wird in Richtung der Außenseite von dem bereits ausführlich beschriebenen inneren Schutzrohr umgeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 in einer seitlichen Schnittdarstellung ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messfühlers, der als Gassensor, nämlich als Lambdasonde mit Doppelschutzrohr und zusätzlichem zentralen Schutzrohr um das Sensorelement, ausgestaltet ist, und dessen inneres Schutzrohr an das Fühlergehäuse gebördelt ist,
2 in einer seitlichen Schnittdarstellung ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messfühlers, welches dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 gleicht, dessen inneres Schutzrohr jedoch abweichend hierzu an das Fühlergehäuse geschweißt ist,
3 eine Vorderansicht eines Rings, und
4 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 3.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt in einer seitlichen Schnittdarstellung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messfühlers. Zur Reduktion der Schadstoffemission von Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen wird ein Drei-Wege-Katalysator mit Lambdaregelung eingesetzt. Das in 1 ausschnittsweise dargestellte, bevorzugte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messfühlers 10 ist beispielhaft als eine solche Lambdasonde ausgestaltet. Die Lambdasonde dient zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Gemischs, um mittels einer Messung der Konzentration des Sauerstoffgehalts im Abgas ein möglichst stöchiometrisches Gemisch einstellen zu können, so dass durch eine möglichst optimale Verbrennung der Schadstoffausstoß minimiert wird.
Diese Lambdasonde wird nachfolgend aus Ausführungsbeispiel für einen als Gassensor eingesetzten allgemeinen Messfühler 10 beschrieben, mit dem eine physikalische Eigenschaft eines Messgases, insbesondere die Temperatur oder die Konzentration einer Gaskomponente, bestimmt wird.
Dazu weist der Messfühler 10 ein Sensorelement 11 auf, das mit einem dem Messgas ausgesetzten, gasseitigen Endabschnitt 111 aus einem Fühlergehäuse 12 herausragt. Dieser gasseitige Endabschnitt 111 des Sensorelements 11 wird von außen nach innen gesehen zunächst von einem Doppelschutzrohr 13 umgeben. Dieses Doppelschutzrohr 13 umfasst ein äußeres Schutzrohr 14 und ein inneres Schutzrohr 15. Des Weiteren ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein zusätzliches zentrales Schutzrohr 16 vorgesehen, welches das Sensorelement 11 innerhalb des Doppelschutzrohrs 13 umgibt.
Es sei darauf verwiesen, dass das Vorhandensein eines zentralen Schutzrohrs 16 jedoch keine Voraussetzung für die Umsetzung der Erfindung darstellt. Vielmehr lässt sich die Erfindung wahlweise auch in einem Messfühler 10 umsetzen, welcher lediglich ein Doppelschutzrohr 13 und kein zusätzliches zentrales Schutzrohr 16 aufweist.
Bei dem vorliegenden Beispiel eines Messfühlers 10, nämlich hier beispielhaft einer Lambdasonde, sind des Weiteren sämtliche Schutzrohre 14, 15, 16 an dem Fühlergehäuse 12 festgelegt. Des Weiteren weisen sämtliche Schutzrohre 14, 15, 16 geeignete Öffnungen bzw. Durchbrechungen in ihrer Wand auf, um eine Kontaktierung des Sensorelements 11 mit dem zu untersuchenden Messgas zu erlauben. Diese Öffnungen werden hier nicht eingehend beschrieben.
Das Fühlergehäuse 12 weist einen gasseitigen Endabschnitt 112 auf. Des Weiteren sind in der Zeichnung dargestellt ein gasseitiger Endabschnitt 141 sowie ein gehäuseseitiger Endabschnitt 142 des äußeren Schutzrohrs 14 und ein gasseitiger Endabschnitt 151 sowie ein gehäuseseitiger Endabschnitt 152 des inneren Schutzrohrs 15.
Erfindungsgemäß ist der gehäuseseitige Endabschnitt 152 des inneren Schutzrohrs 15 in dem gasseitigen Endabschnitt 112 des Fühlergehäuses 12 festgelegt. Des Weiteren ist der gehäuseseitige Endabschnitt 152 des inneren Schutzrohrs 15 dabei von dem gehäuseseitigen Endabschnitt 142 des äußeren Schutzrohrs 14 beabstandet.
Mit anderen Worten ist zwischen dem äußeren Schutzrohr 14 und dem Fühlergehäuse 12 ein erster Verbindungsbereich 17 und zwischen dem inneren Schutzrohr 15 und dem Fühlergehäuse 12 ein zweiter Verbindungsbereich 18 ausgebildet. Diese beiden Verbindungsbereiche 17, 18 sind räumlich voneinander getrennt. So lässt sich jeder dieser Verbindungsbereiche 17, 18 besonders einfach, jedoch vor allem äußerst belastbar und haltbar ausprägen.
Beim vorliegenden Beispiel ist der erste Verbindungsbereich 17 zwischen dem äußeren Schutzrohr 14 und dem Fühlergehäuse 12 so gebildet, dass der gehäuseseitige Endabschnitt 142 des äußeren Schutzrohrs 14 unmittelbar an dem Fühlergehäuse 12 festgelegt ist. Dazu ist der gehäuseseitige Endabschnitt 142 auf einen Ringabsatz 19 des Fühlergehäuses 12 aufgeschoben und festgelegt. Der gehäuseseitige Endabschnitt 142 des äußeren Schutzrohrs 14 wird von einem Ring 30 an dem Fühlergehäuse 12 fixiert.
3 zeigt eine Vorderansicht des Rings 30. 4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 2. Der Ring 30 kann als Kreisring ausgeführt sein. Der Ring 30 ist zumindest teilweise aus Metall hergestellt. Bei der Wahl des Materials für den Ring 30 ist der thermische Ausdehnungskoeffizient des Rings 30 als auch des äußeren Schutzrohrs 14 zu berücksichtigen. So ist es allgemein bevorzugt, wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials des Rings 30 nicht größer als der des äußeren Schutzrohrs 14 ist, damit der Ring 30 auch bei Anwendung in einer Umgebung mit höheren Temperaturen, wie beispielsweise dem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, das äußere Schutzrohr 14 an dem Fühlergehäuse fixiert. Der Ring 30 weist eine Wandstärke von 0,4 mm bis 0,8 mm und bevorzugt von 0,5 mm bis 0,6 mm auf, beispielsweise 0,55 mm. Der Ring 30 weist eine Breite von 2 mm bis 6 mm und bevorzugt von 3 mm bis 5 mm auf, beispielsweise 4 mm. Aufgrund der Materialdicken des Rings 30 kann dieser auch als Verstärkungsring bezeichnet werden, da er die Festlegung des gehäuseseitigen Endabschnitts 142 des äußeren Schutzrohrs 14 an dem Fühlergehäuse 12 verstärkt.
Der Ring 30 und der gehäuseseitige Endabschnitt 142 des äußeren Schutzrohrs 14 sind an dem Fühlergehäuse 12 über eine Schweißnaht 20 an diesem festgelegt. Der Ring 30 ist so angeordnet ist, dass er sich außerhalb des Messgasraums befindet, wenn der Messfühler 10 an dem Messgasraum montiert ist. Der Ringabsatz 19 des Fühlergehäuses 12 erstreckt sich dabei in der Längserstreckungsrichtung, d. h. in der Längsachse des Messfühlers 10, welche wiederum mit der Längsachse des Sensorelements 11 zusammenfällt.
Die in 1 dargestellte Schweißnaht 20 ist lediglich beispielhaft als einfache Überlapp- oder Bundnaht ausgeführt. Besonders bevorzugt ist hingegen, den links der dargestellten Schweißnaht 20 liegenden Bereich des gehäuseseitigen Endabschnitts 142 des äußeren Schutzrohrs 14 mittels einer bereits erläuterten I-Stoß-Schweißnaht sowohl radial mit dem Ringabsatz 19 als auch axial mit dem Boden des Ringabsatzes 19, welcher durch das restliche Fühlergehäuse 12 gebildet wird, festzulegen. Dieser Boden des Ringabsatzes 19 oder der Stumpfstoß wird dabei durch die Stirn-Ringfläche des Fühlergehäuses 12 gebildet, welche sich zwischen dem Ringabsatz 19 und dem restlichen Fühlergehäuse 12 erstreckt.
Aufgrund der unmittelbaren Festlegung des gehäuseseitigen Endabschnitts 142 des äußeren Schutzrohrs 14 an dem Fühlergehäuse 12, nämlich ohne ein zwischen dem Endabschnitt 142 und dem Fühlergehäuse 12 angeordnetes inneres Schutzrohr, und die Fixierung mittels des Rings 30 ist eine einfach herstellbare, hoch belastbare und sehr haltbare Verbindung des äußeren Schutzrohrs 14 mit dem Fühlergehäuse 12 geschaffen worden.
Eine weitere alternative Ausgestaltung des ersten Verbindungsbereichs 17 als Kehlnaht ist in 2 dargestellt.
Der gasseitige Endabschnitt 112 des Fühlergehäuses 12 ist als Stirnbereich 21 ausgeformt. An diesen Stirnbereich 21 ist der gehäuseseitige Endabschnitt 152 des inneren Schutzrohrs 15 gebördelt.
Dazu weist der gehäuseseitige Endabschnitt 152 des inneren Schutzrohrs 15 zunächst einen Bördelbund 22 auf, welcher tellerartig am gehäuseseitigen Ende des inneren Schutzrohrs 15 angeformt ist. Dieser Bördelbund 22 weist überdies eine gewellte Oberfläche (nicht dargestellt) auf, um ein Verdrehen und/oder Lösen des inneren Schutzrohrs 15 von dem Fühlergehäuse 12 zu verhindern. Des Weiteren weist der Bördelbund 22 an seinem Umfang mehrere Zentriernasen (nicht dargestellt) auf, um vor dem Bördelvorgang eine Presspassung des Bördelbunds 22 gegenüber dem Fühlergehäuse 12 zur Zentrierung und Vormontagesicherung des inneren Schutzrohrs 15 bereitzustellen.
Korrespondierend zu dem Bördelbund 22 des inneren Schutzrohrs 15 ist ein Bördelbund 122 des gasseitigen Endabschnitts 112 des Fühlergehäuses 12 über den Bördelbund 22 des inneren Schutzrohrs 15 gebördelt. Der Bördelbund 122 des Fühlergehäuses 12 erstreckt sich ursprünglich von einer Stirnfläche 121 des Stirnbereichs 21 ausgehend als ringartiger Wandabschnitt in Richtung der Gasseite. Durch Umbördeln des Bördelbunds 122 über den Bördelbund 22 des inneren Schutzrohrs 15 bildet sich dann eine der Gasseite zugewandte, zur Stirnfläche 121 parallele Ringfläche als gasseitiger Abschluss des Stirnbereichs 21.
Aufgrund der unmittelbaren Festlegung des gehäuseseitigen Endabschnitts 142 des äußeren Schutzrohrs 14 und der beschriebenen, räumlich hiervon getrennten Festlegung des gehäuseseitigen Endabschnitts 152 des inneren Schutzrohrs 15 an dem Fühlergehäuse 12 sind beide Verbindungsbereiche 17, 18 als einfach herstellbare, hoch belastbare und sehr haltbare Verbindungen realisiert worden. Des Weiteren lässt sich ein inneres Schutzrohr 15 verwenden, welches im Wesentlichen (d. h. bis auf den Bördelbund 22 und den gasseitigen Endabschnitt 151) eine zylindrische Formgebung aufweist. Das innere Schutzrohr 15 ist daher einfacher, stabiler und mit weniger Materialaufwand herstellbar. Die besondere Position der Schweißnaht 20 in dem Verbindungsbereich 17 bedingt unter Umständen eine größere Wandstärke des Rings 30 als oben angegeben. Grundsätzlich ist der Ring 30 aber mit der oben genannten Wandstärke ausführbar.
Der gasseitige Endabschnitt 151 des inneren Schutzrohrs 15 weist eine gerundet ausgeführte Querschnittsverjüngung auf. Entsprechend ist der gasseitige Endabschnitt 141 des äußeren Schutzrohrs 14 so ausgestaltet, dass dieser den gasseitigen Endabschnitt 151 des inneren Schutzrohrs 15 in axialer und radialer Richtung formschlüssig festlegt. Mit anderen Worten ist der gasseitige Endabschnitt 141 des äußeren Schutzrohrs 14 auf den gasseitigen Endabschnitt 151 des inneren Schutzrohrs 15 aufsteckbar. Die Innenseite des gasseitigen Endabschnitts 141 korrespondiert dabei mit der äußeren Form des gasseitigen Endabschnitts 151. Demnach weist der gasseitige Endabschnitt 141 des äußeren Schutzrohrs 14 einen Übergangsbereich zwischen zwei durchmesserverschiedenen Abschnitten des äußeren Schutzrohrs 14 auf. Dieser gasseitige Endabschnitt 141 ist als Hutze 23 oder auch Deckel ausgestaltet, welcher auf den gasseitigen Endabschnitt 151 des inneren Schutzrohrs 15 aufsteckbar ist. So wird in besonders raffinierter Weise über das Bördeln des inneren Schutzrohrs 15 an das Fühlergehäuse 12, ein Aufstecken des äußeren Schutzrohrs 14 auf das innere Schutzrohr 15 auf der Gasseite sowie über den Ringabsatz 19 und das Anbringen der Schweißnaht 20 auf der Gehäuseseite sowohl das innere Schutzrohr 15 als auch das äußere Schutzrohr 14 sicher am Fühlergehäuse 12 festgelegt, ohne dass eine Verbindung mit den Nachteilen des Stands der Technik geschaffen wird.
Das zusätzliche zentrale Schutzrohr 16 weist einen geringeren Durchmesser als das innere Schutzrohr 15 auf. Das zentrale Schutzrohr 16 ist über eine Zentrierung 116 in einer mittigen Öffnung im Fühlergehäuse 12 positioniert, welche sich von der Stirnfläche 121 ausgehend in Richtung der Mitte des Fühlergehäuses 12 erstreckt. Zur axialen Festlegung des zentralen Schutzrohrs 16 ist dieses im Inneren des Fühlergehäuses 12 in geeigneter Weise aufgeweitet und verklemmt.
2 zeigt in einer seitlichen Schnittdarstellung ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messfühlers 10. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht abgesehen von der Gestaltung des ersten Verbindungsbereichs 17 sowie des zweiten Verbindungsbereichs 18 dem bereits in 1 gezeigten und detailliert erörterten Messfühler 10. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher, was den Aufbau des Messfühlers 10 betrifft, auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 weisen beide Verbindungsbereiche 17, 18 eine Schweißverbindung auf. Der gehäuseseitige Endabschnitt 152 des inneren Schutzrohrs 15 umfasst hier einen Schweißbund 24, welcher vergleichbar zu dem in 1 beschriebenen Bördelbund tellerartig an ein zylindrisches Mittelteil des inneren Schutzrohrs 15 anschließt. Der Schweißbund 24 weist an seinem äußeren Umfang mehrere Zentriernasen (nicht dargestellt) auf, um vor dem Schweißvorgang eine Presspassung des Schweißbunds 24 gegenüber dem Fühlergehäuse 12 realisieren zu können. Dadurch ist eine Zentrierung und/oder eine Vormontagesicherung des inneren Schutzrohrs 15 bereitstellbar.
Zur Positionierung und Zentrierung des inneren Schutzrohrs 15 bereits vor dem Schweißvorgang ist des Weiteren ein axialer Zentrierbund 25 vorgesehen, welcher sich von der Stirnfläche 121 des Stirnbereichs 21 des Fühlergehäuses 12 ausgehend in Richtung der Gasseite erstreckt. Der Zentrierbund 25 erlaubt eine sichere und fehlerfreie Positionierung des inneren Schutzrohrs 15 an dem Fühlergehäuse 12.
Zur Festlegung des inneren Schutzrohrs 15 an dem Fühlergehäuse 12 dient eine Schweißnaht 120, welche sich von der Gasseite ausgehend in axialer Richtung durch den Schweißbund 24 in den Stirnbereich 21, nämlich die Stirnfläche 121, des Fühlergehäuses 12 erstreckt. So ist alternativ oder zusätzlich zu einer Bördelung eine einfach herstellbare, hoch belastbare und haltbare Verbindung des inneren Schutzrohrs 15 mit dem Fühlergehäuse 12 herstellbar.
Der erste Verbindungsbereich 17 ist bei diesem Ausführungsbeispiel vergleichbar zu dem Beispiel gemäß 1 durch eine Schweißnaht 20 realisiert, welche das äußere Schutzrohr 14 und den Ring 30 an dem Fühlergehäuse 12 festlegt. Allerdings ist hier der gehäuseseitige Endabschnitt 142 des äußeren Schutzrohrs 14 so auf den Ringabsatz 19 aufgeschoben worden, dass zwischen dem gehäuseseitigen Ende 141 des äußeren Schutzrohrs 14 und dem Übergang zwischen dem Ringabsatz 19 und dem sonstigen Fühlergehäuse 12 ein Abstand gelassen wurde. So lässt sich zwischen dem äußeren Schutzrohr 14, dem Ringabsatz 19 und dem sonstigen Fühlergehäuse 12 eine besonders stabile und haltbare Kehl-Schweißnaht anbringen, wie sie als Schweißnaht 20 in 2 dargestellt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/015445 A1 [0004, 0005]
WO 2006/005641 A1 [0004, 0006, 0040]
DE 102007040507 A1 [0004, 0006, 0040]

Claims

Messfühler (10), insbesondere Gassensor zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere der Temperatur oder der Konzentration einer Gaskomponente, insbesondere im Abgas einer Brennkraftmaschine, mit einem Sensorelement (11), das mit einem dem Messgas ausgesetzten, gasseitigen Endabschnitt (111) aus einem Fühlergehäuse (12) herausragt, und mit einem den gasseitigen Endabschnitt (111) des Sensorelements (11) umgebenden Doppelschutzrohr (13), welches ein äußeres Schutzrohr (14) und ein inneres Schutzrohr (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der gehäuseseitige Endabschnitt (152) des inneren Schutzrohrs (15) an oder in einem gasseitigen Endabschnitt (112) des Fühlergehäuses (12) festgelegt und dabei von dem gehäuseseitigen Endabschnitt (142) des äußeren Schutzrohrs (14) beabstandet ist, wobei der gehäuseseitige Endabschnitt (142) des äußeren Schutzrohrs (14) von mindestens einem Ring (30) an dem Fühlergehäuse (12) fixiert ist.
Messfühler (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (30) eine Wandstärke von 0,4 mm bis 0,8 mm und bevorzugt von 0,5 mm bis 0,6 mm aufweist.
Messfühler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (30) eine Breite von 2 mm bis 6 mm und bevorzugt von 3 mm bis 5 mm aufweist.
Messfühler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (30) und der gehäuseseitige Endabschnitt (142) des äußeren Schutzrohrs (14) mit dem Fühlergehäuse (12) verschweißt ist.
Messfühler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Schutzrohr (14) einen gasseitige Endabschnitt (141) aufweist und das innere Schutzrohr (15) einen gasseitigen Endabschnitt (151) aufweist, wobei der gasseitige Endabschnitt (141) des äußeren Schutzrohrs (14) als Hutze (23) ausgebildet ist, welche auf den gasseitigen Endabschnitt (151) des inneren Schutzrohrs (15) aufgesteckt ist.
Messfühler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (30) so angeordnet ist, dass er sich außerhalb des Messgasraums befindet.
Messfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gasseitige Endabschnitt (112) des Fühlergehäuses (12) eine Stirnfläche (121) und/oder eine Ringfläche aufweist.
Messfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gehäuseseitige Endabschnitt (152) des inneren Schutzrohrs (15) an oder in dem gasseitigen Endabschnitt (112) des Fühlergehäuses (12) zentriert ist, und insbesondere mittels Zentriernasen, welche an dem Fühlergehäuse (12) und/oder an dem inneren Schutzrohr (15) ausgebildet sind, zentriert ist.
Messfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gehäuseseitige Endabschnitt (152) des inneren Schutzrohrs (15) an den gasseitigen Endabschnitt (112) des Fühlergehäuses (12) gebördelt ist.
Messfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gehäuseseitige Endabschnitt (152) des inneren Schutzrohrs (15) an den gasseitigen Endabschnitt (112) des Fühlergehäuses (12) geschweißt ist.
Messfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gehäuseseitige Endabschnitt (142) des äußeren Schutzrohrs (14) an einem Ringabsatz (19) des Fühlergehäuses (12) festgelegt ist.
Messfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gehäuseseitige Endabschnitt (152) des inneren Schutzrohrs (15) denselben Innendurchmesser aufweist wie ein mittlerer Abschnitt des inneren Schutzrohrs (15).
Messfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gasseitige Endabschnitt (141) des äußeren Schutzrohrs (14) so ausgestaltet ist, dass dieser den gasseitigen Endabschnitt (151) des inneren Schutzrohrs (15) in axialer und/oder radialer Richtung formschlüssig festlegt, insbesondere wobei der gasseitige Endabschnitt (141) des äußeren Schutzrohrs (14) auf den gasseitigen Endabschnitt (151) des inneren Schutzrohrs (15) aufsteckbar ist.
Messfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelschutzrohr (13) ein zusätzliches zentrales Schutzrohr (16) umgibt.