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Die Erfindung betrifft eine Schutz- und Stützrohranordnung für thermisch und/oder mechanisch hochbelastete Sensoren, wie Mantelthermoelemente oder dergleichen Mittel mit einem Befestigungsbund, wobei die Stützrohranordnung den Sensor mindestens teilweise umgibt und eine Kragung aufweist, welche am Befestigungsbund zur Anlage kommt, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Hochtemperatursensoren kommen zum Beispiel zur Messung der Temperatur in Abgasrohren von Benzinmotoren oder in Öfen zum Einsatz. Sie können dazu geeignet sein, Temperaturen größer 500°C zu messen. Insbesondere beim Einsatz in Abgasrohren im Kfz-Bereich, zum Beispiel in Abgas-Reinigungssystemen sind derartige Hochtemperatursensoren sowohl thermisch als auch mechanisch (bedingt durch die Vibrationen des Motors) hohen Belastungen ausgesetzt. Das Sensorelement zur Messung der Temperatur wird deswegen typischerweise durch eine Schutzhülle, insbesondere ein Schutzrohr, zum Beispiel aus Metall, geschützt.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Hochtemperatursensoren, insbesondere auch für den Einsatz im Kfz-Bereich bekannt. Insbesondere können derartige Hochtemperatursensoren als Mantelthermoelemente ausgestaltet sein.
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Die
DE 10 2008 060 033 A1 offenbart einen Temperaturfühler mit einem Thermoelement, der eine hitzebeständige Mantelleitung aufweist, an dessen dem Messmedium zugewandten Ende ein Sensorelement angeordnet ist und bei dem durch ein Mantelrohr der Mantelleitung elektrische Anschlussleitungen für den Anschluss des Sensorelementes an eine elektronische Auswerteeinheit geführt sind. Dabei wird vorgeschlagen, dass eine Schutzhülse vorgesehen wird, die ein einteiliges Vorderteil ohne Schweißstellen aufweist. Zudem wird vorgeschlagen, dass die Schutzhülse an ihrer vorderen, dem Messmedium zugewandten Seite mit einer Rundung versehen ist.
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Aus der
WO 2010/063682 A1 ist ein Temperaturfühler mit einem Thermo-Element vorbekannt, der eine hitzebeständige Mantelleitung aufweist, an dessen dem Messmedium zugewandten Ende ein Sensorelement angeordnet ist. Durch ein Metallrohr der Mantelleitung sind elektrische Anschlussleitungen für den Anschluss des Sensorelements an eine elektronische Auswerteeinheit geführt. Der gezeigte Temperaturfühler soll bis zu Temperaturen von 1200°C einsatzfähig sein und schnelle Temperaturänderungen erfassen können. Hierfür besteht das Sensorelement aus einer Thermodrahtperle, die aus der Mantelleitung herausragt und von einer Schutzhülle aufgenommen ist, welche auf dem dem Messmedium zugewandten Ende der Mantelleitung befestigt ist. Die Schutzhülle weist ein einteiliges Vorderteil ohne Schweißstellen auf und die Mantelleitung ist ein flexibles, dünnwandiges Metallrohr mit einem geringen Außendurchmesser, an dessen dem Messmedium abgewandten Bereich Anschlussdrähte herausgeführt sind, die die gewünschte Verbindung zur Bordelektronik herstellen. Die Befestigung des Temperaturfühlers an der Messstelle erfolgt dabei mit einem speziellen Ringbund und einer Überwurfmutter.
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Aus der
EP 2 196 787 A2 ist ein Hochtemperatursensor mit einem Sensorelement vorbekannt, das in einem Schutzrohr gelagert ist. Um auch im Umfeld hoher Temperaturen, z. B. im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs zuverlässige Messungen durchzuführen, ist das Schutzrohr von einem Versteifungsrohr umgeben, wobei das Versteifungsrohr aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient höher ist als der des Materials, aus dem das Schutzrohr besteht. Das Versteifungsrohr ist einem ersten Bereich des Schutzrohrs mit dem Schutzrohr fest verbunden und in einem zweiten Bereich des Schutzrohrs befindet sich ein Anschlagelement, das ebenfalls fest mit dem Schutzrohr verbunden ist. Das Versteifungsrohr tritt aufgrund seiner höheren Wärmedehnung ab einer vorgegebenen Temperatur in mechanischen Kontakt mit dem Anschlagelement, wodurch der Hochtemperatursensor ab dieser Temperatur mechanisch stabilisierbar ist. Der Raum zwischen dem Sensorelement und der Schutzrohrkappe ist nach
EP 2 196 787 A2 mit einem gut wärmeleitenden Material gefüllt. Hierfür kann feines Siliziumpulver zur Anwendung kommen. Das stabilisierende, mechanische Inkontaktkommen des Schutzrohrs mit dem Anschlagelement erfordert eine Mindesttemperatur, so dass insbesondere unmittelbar in der Startphase bzw. im Nicht-Hochleistungsbetrieb die Gesamtanordnung zu Schwingungen neigt, die die Zuverlässigkeit der Messanordnung gefährden. Mit einem Befestigungssockel kann der Hochtemperatursensor dabei im Abgasstrang befestigt werden.
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Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine Schutz- und Stützrohranordnung für thermisch und/oder mechanisch hochbelastete Sensoren, insbesondere Mantelthermoelemente bzw. Hochtemperatursensoren anzugeben, die zum einen geeignet ist, das in das Messmedium ragende Ende des Sensors vor aggressiven Medien zu schützen und mechanisch zu stabilisieren, wobei zum anderen die Schutz- und Stützrohranordnung ohne besondere Verbindungsmittel am Sensor gehalten ist und gleichzeitig die Abdichtung des Sensors zwischen Messmedium und Umgebung optimiert.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Schutz- und Stützrohranordnung gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
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Es wird demnach von einer Schutz- und Stützrohranordnung für thermisch und/oder mechanisch hochbelastete Sensoren, wie Mantelthermoelemente, bei deren Einsatz beispielsweise in Abgasanlagen ausgegangen, wobei die Sensoren einen Befestigungsbund aufweisen, mit dessen Hilfe der Sensor an einer Medienzugangsöffnung fixierbar ist, und zwar beispielsweise mit Hilfe einer Überwurfmutter oder dergleichen Einrichtung. Die Stützrohranordnung umgreift bzw. umgibt den Sensor mindestens teilweise und besitzt eine Kragung, welche am Befestigungsbund zur Anlage kommt.
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Erfindungsgemäß ist die Kragung als Ausformung der eigentlichen Schutz- und Stützrohranordnung ausgebildet, wobei eine erste Ausformungsfläche zum Befestigungsbund orientiert ist. Diese erste Ausformungsfläche geht in eine Abwinklung oder einen Biegeabschnitt über, welcher eine zweite Ausformungsfläche bildet.
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Die zweite Ausformungsfläche liegt der ersten Ausformungsfläche im Wesentlichen parallel gegenüber, und es ist zwischen der ersten und der zweiten Ausformungsfläche, d. h. zwischen den sich hier gegenüberliegenden Seiten ein Abstand vorgesehen.
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Die zweite Ausformungsfläche bildet im Montagezustand des Sensors mit ihrer vom Befestigungsbund abweichenden Seite eine nachgiebige oder elastische Dichtfläche.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann die zweite Ausformungsfläche Durchbrechungen aufweisen.
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In einer besonderen Ausführungsform ist im Abstandsraum zwischen der ersten und der zweiten Ausformungsfläche ein Dichtmittel befindlich. Dieses Dichtmittel kann ein viskoses bzw. fluides Dichtmittel sein, das beim Befestigen des Sensors teilweise austritt, und zwar unter Nutzung der vorerwähnten Durchbrechungen, und so mit den abzudichtenden Flächen in Kontakt gelangt.
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Bei entsprechender Einsatz- bzw. Betriebstemperatur in der Umgebung des Sensors kann das Dichtmittel in einen festen Zustand übergehen und diesbezüglich auch gleichzeitig als mechanische Sicherung und nicht nur zu reinen Abdichtzwecken genutzt werden.
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Im Längsschnitt weisen die erste und zweite Ausformungsfläche nebst Biegeabschnitt eine im Wesentlichen U-Form auf, wobei die erste und zweite Ausformungsfläche jeweils einen U-Schenkel darstellen und der Biegeabschnitt den Verbindungsbereich zwischen den beiden U-Schenkeln darstellt.
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Als Alternative zur U-Form ist auch eine angenäherte V-Form denkbar oder es kann insbesondere die zweite Ausformungsfläche einem B angenähert sein, wobei es beim Befestigen des Sensors zu einer Stauchung und Verformung der entsprechenden konvexen Abschnitte der B-Struktur mit einer optimierten Abdichtung kommt.
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Abschnitte der Oberfläche der zweiten und/oder ersten Ausformungsfläche können eine Strukturierung besitzen. Diese Strukturierung kann z. B. eine Zahnscheibenform aufweisen und dem mechanischen Fixieren dienen.
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Die vorerwähnten Ausformungsflächen sind bevorzugt als dickenreduzierte Endabschnitte der Stützrohranordnung ausgebildet. Durch die Dickenreduzierung und gegebenenfalls erfolgende Wärmebehandlung ergibt sich die gewünschte Duktilität zum Zweck der angestrebten besseren Abdichtung im Montagefall.
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Im vorstehenden Sinne ist also die Ausformung als Bundflansch ausgeführt, wobei die Ausformungsflächen sowohl die Stützrohranordnung fixieren als auch der montageseitigen Abdichtung dienen.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie von Figuren näher dargestellt werden.
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Hierbei zeigen:
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1 eine prinzipielle Längsseitenansicht eines Hochtemperatur-Mantelthermoelementsensors mit kalter und heißer Sensorseite;
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2 einen Schnitt längs der Linie A-A gemäß 1 in nahezu maßstäblicher Vergrößerung und
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3 eine Detaildarstellung B gemäß 2 in nahezu maßstäblicher Darstellung 10:1.
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Gemäß 1 wird von einem Hochtemperatursensor 1 ausgegangen, welcher einen Anschluss bzw. kalten Abschnitt 2 und einen heißen, zur Messstelle gerichteten Abschnitt 3 aufweist.
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Der heiße Abschnitt 3 taucht bei Montage des entsprechenden Sensors beispielsweise in einen Abgasstrom ein und bestimmt die dortige Temperatur zum Zweck der Steuerung z. B. des Kraft-/Luftverhältnisses bei Verbrennungsmotoren. Weiterhin ist ein Befestigungsbund 4 vorhanden, der der Fixierung der Sensoranordnung mit Hilfe einer nicht dargestellten Überwurfmutter oder dergleichen Mittels dient.
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Am freien Ende der heißen Seite 3 befindet sich der Messabschnitt 5, der von einem Schutzrohr umgeben im Inneren eine Messperle 6 besitzt. Elektrische Leiter 7 führen, im Inneren des Mantelrohrs 8 angeordnet, zur kalten Seite 2.
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Die Schutz- und Stützrohranordnung 9 ist innendurchmesserseitig an den Außendurchmesser des Rohres 8 angepasst und geht in eine Kragung 10 über.
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Die Kragung 10 kommt mit der diesbezüglich gegenüberliegenden Oberfläche des Befestigungsbunds 4 zur Anlage.
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Konkret ist die Kragung 10 bzw. Kragenkonstruktion gemäß 3 als Ausformung der Stützrohranordnung 9 ausgebildet, wobei eine erste Ausformungsfläche 11 zum Befestigungsbund 4 orientiert ist und diese erste Ausformungsfläche 11 in eine Abwinklung oder einen Biegeabschnitt 12 übergeht.
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Dieser Biegeabschnitt 12 setzt sich in eine zweite Ausformungsfläche 13 fort, die der ersten Ausformungsfläche 11 im Wesentlichen parallel gegenüberliegt, wobei zwischen erster und zweiter Ausformungsfläche 11; 13 ein Abstand 14 verbleibt.
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Die zweite Ausformungsfläche 13 bildet im Montagezustand des Sensors mit ihrer vom Befestigungsbund 4 abgewandten Seite eine nachgiebige oder elastische Dichtfläche.
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Die zweite Ausführungsform 13 kann Durchbrechungen 15 aufweisen.
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Im Abstandsraum 14 zwischen der ersten Ausformungsfläche 11 und der zweiten Ausformungsfläche 13 kann ein in der Figur nicht gezeigtes fluides bzw. entsprechend viskoses Dichtmittel eingebracht werden oder eingesetzt sein.
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Wie aus der Detaildarstellung B nach 3 ersichtlich, weisen im Längsschnitt erste und zweite Ausformungsflächen nebst Biegeabschnitt 11; 12; 13 eine im Wesentlichen U-Form auf.
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Abschnitte der Oberfläche der zweiten und/oder der ersten Ausformungsfläche 11; 13 können eine Oberflächenstrukturierung, z. B. angenähert an die Form einer Zahnscheibe aufweisen, um einen sicheren Halt der so gebildeten Gesamtanordnung im Montagezustand zu gewährleisten.
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Wie ebenfalls aus der 3 prinzipiell nachvollziehbar, sind die Ausformungsflächen 11; 13 als dickenreduzierter Endanschnitt der Stützrohranordnung 9 realisiert.
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Die Ausformung stellt hierbei einen Bundflansch dar, wobei die Ausformungsflächen sowohl die Stützrohranordnung 9 fixieren als auch der montageseitigen Abdichtung dienen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008060033 A1 [0004]
- WO 2010/063682 A1 [0005]
- EP 2196787 A2 [0006, 0006]
