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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Anbauelement für einen Verbrennungsmotor, das an einem Schraub-Anbringungselement angebracht wird. Das Schraub-Anbringungselement ist an einem Strömungsrohr (einem Auspuffrohr) installiert, durch das Abgas von einem Verbrennungsmotor strömt.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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Bekannte Anbauelemente zum Anbringen eines Strömungsrohrs eines Verbrennungsmotors, durch das Abgas strömt, schließen einen Temperatursensor, mit dem die Temperatur des Abgases erfasst wird, einen Gassensor, mit dem die Konzentration einer speziellen Gaszusammensetzung in dem Abgas erfasst wird, einen Partikelsensor, mit dem die Partikelmasse in dem Abgas erfasst wird, sowie einen Drucksensor ein, mit dem der Druck des Abgases erfasst wird. Der in Patentdokument 1 beschriebene Aufbau eines Temperatursensors ist ein Beispiel für ein bekanntes herkömmliches Anbauelement für einen Verbrennungsmotor. Ein Temperatursensor wird an einem Auspuffrohr in einem Fahrzeug angebracht, um die Temperatur von Abgas in dem Auspuffrohr zu erfassen, wobei er einen Temperaturmessabschnitt, wie beispielsweise ein Thermistor-Element und ein Pt-Widerstandselement, aufweist, das in dem Auspuffrohr angeordnet ist.
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Ein Sockel, der eine Ring-Aufnahmefläche enthält, und ein Schraub-Anbringungselement sind an einer Außenwand des Auspuffrohrs installiert. Der Temperatursensor enthält dabei einen Ring-Druckabschnitt, der an der Ring-Auflagefläche aufliegt, sowie ein Befestigungselement (Mutter). Das Befestigungselement hat eine zylindrische Form und enthält einen Gewindeabschnitt an seinem Außenumfang, wobei der Gewindeabschnitt in das Schraub-Anbringungselement eingeschraubt werden kann. Wenn der Gewindeabschnitt des Befestigungselementes in das Schraub-Anbringungselement des Sockels in einem Zustand eingeschraubt (befestigt) wird, in dem der Ring-Druckabschnitt auf der Ring-Auflagefläche des Sockels aufliegt, wird eine zum vorderen Ende gewandte Fläche des Befestigungselementes an eine zum hinteren Ende gewandte Fläche des Ring-Druckabschnitts gepresst. So wird der Ring-Druckabschnitt an der Ring-Auflagefläche befestigt und der Temperatursensor an dem Sockel (dem Auspuffrohr) angebracht.
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So ist, wenn der Temperatursensor mittels einer axialen Befestigungskraft an dem Auspuffrohr angebracht wird, die ausgeübt wird, indem das Befestigungselement in ein Anbringungselement eingeschraubt wird, der Temperatursensor der Wärme des Abgases ausgesetzt, wenn er angebracht ist. Wenn der Temperatursensor der Wärme des Abgases ausgesetzt ist, können der Abschnitt des Sockels des Auspuffrohrs, an dem der Temperatursensor angebracht ist, das heißt, das Schraub-Anbringungselement und die Ring-Auflagefläche sowie die Abschnitte des Temperatursensors, die den Ring-Druckabschnitt, der an die Ring-Auflagefläche gepresst wird, und das Befestigungselement einschließen, je nach den Umständen eine hohe Temperatur, von beispielsweise 200 bis 500°C oder 500°C und darüber erreichen. Daher löst sich, wenn von dem Ring-Druckabschnitt und dem Befestigungselement, die den Temperatursensor bilden, und dem Sockel, der das Schraub-Anbringungselement enthält, auch nur ein Element aus einem Material besteht, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der sich erheblich von dem der anderen Elemente unterscheidet, der Ring-Druckabschnitt aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von der Ring-Auflagefläche des Sockels, so dass sich möglicherweise die Verschraubung lockert. Um dieses Problem zu lösen, weisen in Patentdokument 1 der Sockel, der die Ring-Auflagefläche enthält, und der Ring-Druckabschnitt sowie das Befestigungselement, die den Temperatursensor bilden, ungefähr den gleichen Wärmeverformungsgrad auf, um zu verhindern, dass sich die Verschraubung lockert.
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Des Weiteren ist aus der
DE 10 2008 000 421 A1 ein Einbaumechanismus für einen Temperatursensor beschrieben. Ein weiterer Einbausensor für einen Einbaumechanismus für ein Temperatursensor ist aus der
EP 1 180 670 A1 bekannt. In der
US 4 929 507 A ist die Verwendung von Polymetallocarbosilan in einer hitzeresistenten Farbe beschrieben
- Patentdokument 1 JP-A-2002-122486
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3. Mit der Erfindung zu lösende Probleme
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Bei der Technik in Patentdokument 1 besteht eine Einschränkung hinsichtlich der Materialien, die nicht nur zum Ausbilden des Ring-Druckabschnitts und des Befestigungselementes, die den Temperatursensor bilden, sondern auch des Sockels eingesetzt werden, der das Schraub-Anbringungselement und die Ring-Auflagefläche einschließt. Diese Materialien sollten ungefähr den gleichen Grad an Wärmeverformung aufweisen (zum Beispiel aus dem gleichen Material bestehen). So besteht beim Anbringen des Temperatursensors an dem Auspuffrohr (Sockel) ein Nachteil dahingehend, dass ein Bereich, in dem das Anbauelement realistischerweise angebracht werden kann, außerordentlich eng ist. Weiterhin muss, selbst wenn bei Wegfall der Einschränkung hinsichtlich der Auswahl von Materialien die Flexibilität beim Anbringen des Temperatursensors an dem Auspuffrohr vergrößert werden kann oder der Bereich der Anbringung des Temperatursensors an dem Auspuffrohr vergrößert werden kann, letztendlich das oben beschriebene Problem der Lockerung der Verschraubung berücksichtigt werden.
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Eine mögliche Lösung zum Vergrößern der Flexibilität beim Anbringen des Temperatursensors an dem Strömungsrohr, wie beispielsweise dem Auspuffrohr, oder der Erweiterung des Bereiches der Anbringung des Temperatursensors an dem Strömungsrohr besteht darin, die axiale Kraft beim Befestigen selbst zu erhöhen. Dies wird ermöglicht, indem das Befestigungselement in das Strömungsrohr eingeschraubt wird, um so auch dann zu verhindern, dass sich der Ring-Druckabschnitt von der Ring-Auflagefläche des Sockels löst, wenn der Temperatursensor einer hohen Temperatur ausgesetzt ist. So wird verhindert, dass sich die Verschraubung lockert. Da jedoch ein Reibungskoeffizient aufgrund einer Kontaktfläche (Reibungsfläche) zwischen dem Befestigungselement und dem Ring-Druckabschnitt hoch ist, kann das Drehmoment (Anzieh-Drehmoment) des Befestigungselementes nur beschränkt vergrößert werden, um eine starke axiale Kraft beim Befestigen zu erreichen. Des Weiteren könnte das Befestigungselement oder das Schraub-Anbringungselement beschädigt werden, wenn ein zu starkes Anzieh-Drehmoment auf das Befestigungselement ausgeübt wird, so dass es nicht einfach ist, die axiale Kraft beim Befestigen des Temperatursensors zu vergrößern.
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Obwohl die oben stehenden Probleme anhand eines Temperatursensors als ein Beispiel erläutert werden, können sich die gleichen Fragen auch bei anderen Anbauelementen für einen Verbrennungsmotor ergeben. Diese Anbauelemente sind so eingerichtet, dass, wenn ein Gewindeabschnitt, der an einem Befestigungselement vorhanden ist, in ein Schraub-Anbringungselement eines Sockels eines Auspuffs in einem Zustand eingeschraubt wird, in dem ein Ring-Druckabschnitt an einer Ring-Auflagefläche des Sockels aufliegt, eine dem oberen Ende zugewandte Fläche des Befestigungselementes an eine dem hinteren Ende zugewandte Fläche des Ring-Druckabschnitts gepresst wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Anbauelement für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, mit dem die axiale Kraft beim Befestigen an einem Strömungsrohr verstärkt werden kann, um zu verhindern, dass sich eine Verschraubung lockert.
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Die oben beschriebene Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfüllt, indem ein Anbauelement (1) für einen Verbrennungsmotor geschaffen wird, das an einem Schraub-Anbringungselement angebracht wird, das an einem Strömungsrohr installiert ist, durch das Abgas strömt, das von einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, wobei das Anbauelement einen Ring-Druckabschnitt, der eine einem vorderen Ende zugewandte Fläche hat, die an einer Ring-Auflagefläche aufliegt, die sich an einer Außenwand des Strömungsrohrs befindet, sowie ein Befestigungselement umfasst, dass eine zylindrische Form hat und einen Gewindeabschnitt an einem Außenumfang des Befestigungselementes umfasst, wobei der Gewindeabschnitt in das Schraub-Anbringungselement eingeschraubt werden kann, der Ring-Druckabschnitt an der Ring-Auflagefläche befestigt wird, indem das Befestigungselement in einem Zustand in das Schraub-Anbringungselement eingeschraubt wird, in dem der Ring-Druckabschnitt an der Ring-Auflagefläche aufliegt, und eine einem vorderen Ende zugewandte Fläche des Befestigungselementes, die sich näher an der Seite des vorderen Endes befindet als der Gewindeabschnitt, an eine einem hinteren Ende zugewandte Fläche des Ring-Druckabschnitts gepresst wird, wobei ein Trockenfilm, der ein siliziumorganisches Polymer mit einem Skelett aus Polycarbosilan, das mit einem Metallelement vernetzt ist, und ein festes Schmiermittel umfasst, an der einem vorderen Ende zugewandten Fläche des Befestigungselementes oder/und der einem hinteren Ende zugewandten Fläche des Ring-Druckabschnitts vorhanden ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform (2) des oben beschriebenen Anbauelementes (1) umfasst das feste Schmiermittel Molybdändisulfid oder/und Glimmer.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (3) des oben beschriebenen Anbauelementes (1) oder (2) ist der Trockenfilm auch an einer Oberfläche des Gewindeabschnitts des Befestigungselementes vorhanden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (4) umfasst das Anbauelement einer beliebigen der oben beschriebenen Ausführungsformen (1) bis (3) einen Temperatursensor, der einen Temperaturmessabschnitt enthält, der so eingerichtet ist, dass er die Abgastemperatur erfasst, und ist an dem Schraub-Anbringungselement des Strömungsrohrs so angebracht, dass der Temperaturmessabschnitt in das Strömungsrohr hinein vorsteht.
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Vorteile der Erfindung
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Bei dem Anbauelement (1) für einen Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung ist/sind die dem vorderen Ende zugewandte Fläche, die näher an der Seite des oberen Endes liegt als der Gewindeabschnitt des Befestigungselementes oder/und die dem hinteren Ende zugewandte Fläche des Ring-Druckabschnitts mit dem Trockenfilm versehen, der das feste Schmiermittel enthält. Der so aufgebrachte Trockenfilm kann selbst dann verhindern, dass die Materialien der Reibflächen in direkten Kontakt miteinander kommen, wenn beide Reibflächen aneinander gepresst werden. Hingegen tritt, wenn ein flüssiges Schmiermittel, wie beispielsweise ein Schmieröl, eingesetzt wird, das flüssige Schmiermittel nach außen aus, so dass das zugeführte Schmiermittel (Öl) aufgebracht wird. Dadurch kommen die Materialien der Reibflächen in direkten Kontakt miteinander. Des Weiteren kann durch die Gleiteigenschaften, die das in dem Trockenfilm enthaltene feste Schmiermittel verleiht, der Reibungskoeffizient zwischen den Materialien der Reibflächen des Befestigungselementes und des Ring-Druckabschnitts vorteilhaft verringert werden. So kann, selbst wenn das Befestigungselement mit einem vorgegebenen Anzieh-Drehmoment in das Schraub-Anbringungselement eingeschraubt (befestigt) wird, durch die Verringerung des Reibungskoeffizienten zwischen den Materialien der Reibflächen aufgrund des Pressens der dem vorderen Ende zugewandten Fläche des Befestigungselementes an die dem hinteren Ende zugewandte Fläche des Ring-Druckabschnitts (das heißt, aufgrund des Durchführens einer relativen Bewegung) das Befestigungselement effektiv in das Schraub-Anbringungselement eingeschraubt (befestigt) werden. Auf diese Weise kann die axiale Kraft beim Befestigen des Anbauelementes für einen Verbrennungsmotor effektiver verstärkt werden als bei einem herkömmlichen Anbauelement für einen Verbrennungsmotor.
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Des Weiteren weist das siliziumorganische Polymer, das in dem Trockenfilm enthalten ist, ausreichende Wärmebeständigkeit bei hohen Temperaturen, wie beispielsweise 500 bis 800°C, auf. Das heißt, das Polymer selbst wird nicht einfach zersetzt, so dass es verdunstet/verdampft, und geht bei Erhitzung nicht einfach verloren. Daher ist der Trockenfilm selbst auch in einer Hochtemperaturumgebung, wie beispielsweise bei 500°C oder darüber, thermisch stabil. So können eine Änderung der Qualität aufgrund eines lang anhaltenden Einsatzes in einer Hochtemperaturumgebung sowie Lockerung der Verschraubung in einer tatsächlichen Betriebsumgebung des Anbauelementes für einen Verbrennungsmotor verhindert werden.
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Obwohl Beispiele für das feste Schmiermittel Molybdändisulfid, Graphit, Glimmer und Bornitrid einschließen, wird vorzugsweise, wie in der bevorzugten Ausführungsform (2) der Erfindung beschrieben, ein festes Schmiermittel eingesetzt, bei dem es sich um Molybdändisulfid oder/und Glimmer handelt. Diese festen Schmiermittel weisen ausgezeichnete Wärmebeständigkeit auf. Des Weiteren haben Molybdändisulfid und Glimmer eine geschichtete Kristallstruktur, so dass, wenn der Druck-Ringabschnitt und die Ring-Auflagefläche beim Einschrauben relativ zueinander in einem Zustand gedreht werden, in dem die dem vorderen Ende zugewandte Fläche des Befestigungselementes an die dem hinteren Ende zugewandte Fläche des Ring-Druckabschnitts gepresst wird, das Gleiten der geschichteten Kristalle (der Schichten zueinander) erleichtert wird. Dadurch kann die von dem festen Schmiermittel (dem Trockenfilm) verliehene Reibungsarmut effektiver zum Tragen kommen. Dadurch kann die axiale Kraft beim Befestigen des Anbauelementes für einen Verbrennungsmotor weiter verstärkt werden.
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Bei dem Anbauelement für einen Verbrennungsmotor gemäß der bevorzugten Ausführungsform (3) der Erfindung ist der Trockenfilm auch an einer Oberfläche des Gewindeabschnitts des Befestigungselementes vorhanden. Dadurch kann der Reibungskoeffizient zwischen den Materialien der Reibflächen des Schraub-Anbringungselementes und des Gewindeabschnitts des Befestigungselementes verringert werden. So kann das Befestigungselement effektiv in das Schraub-Anbringungselement eingeschraubt (befestigt) werden, und damit kann die axiale Kraft beim Befestigen des Anbauelementes für einen Verbrennungsmotor effektiver verstärkt werden.
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In den letzten Jahren hat die Temperatur der Umgebung im Inneren von Auspuffrohren, durch die über Verbrennung ausgestoßenes Abgas hindurchströmt, zugenommen. Dadurch sind, wenn ein Anbauelement für einen Verbrennungsmotor an einem Strömungsrohr angebracht ist, Ringelemente und Schraub-Anbringungselemente mitunter einer Temperatur von 500°C oder darüber ausgesetzt. Zu Beispielen für die oben beschriebenen Anbauelemente für einen Verbrennungsmotor gehören Temperatursensoren, die einen Temperaturerfassungsabschnitt aufweisen. Daher kann bei diesen Temperatursensoren mit einem Temperatursensor, der einen Trockenfilm enthält, eine Änderung der Qualität aufgrund eines lang anhaltenden Einsatzes in einer Hochtemperaturumgebung vermieden werden und verhindert werden, dass sich eine Verschraubung in einer tatsächlichen Betriebsumgebung des Temperatursensors lockert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Schnittansicht eines Anbauelementes für einen Verbrennungsmotor (Temperatursensor) gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der axialen Richtung; und
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2 ist eine Schnittansicht des Anbauelementes für einen Verbrennungsmotor (Temperatursensor) gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das Anbauelement an einem Strömungsrohr angebracht ist, durch das Abgas strömt, und relevante Abschnitte in Schnittansicht dargestellt sind.
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Beschreibung der Bezugszeichen
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Bezugszeichen, die zum Kennzeichnen verschiedener struktureller Elemente in den Zeichnungen verwendet werden, schließen die im Folgenden aufgeführten ein:
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anbauelement für einen Verbrennungsmotor (Temperatursensor)
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- Thermistor-Element (wärmeempfindliche Einheit)
- 23
- Auspuffrohr (Strömungsrohr)
- 21
- Ring-Druckabschnitt
- 21c
- hinterem Ende zugewandte Fläche (des Ring-Druckabschnitts)
- 25
- Befestigungselement
- 25b
- vorderem Ende zugewandte Fläche (des Befestigungselementes)
- 27
- Sockel
- 29
- Gewindeabschnitt
- 37
- Schraub-Anbringungselement
- 39b
- Ring-Auflagefläche
- 41
- Trockenfilm
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Im Folgenden wird der Aufbau eines Anbauelementes für einen Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht als darauf beschränkt betrachtet werden.
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Ein Anbauelement 1 für einen Verbrennungsmotor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird von einem Temperatursensor 1 (im Folgenden wird das Anbauelement 1 für einen Verbrennungsmotor als der Temperatursensor 1 bezeichnet) gebildet, der an einem Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen angebracht ist, und ist so eingerichtet, dass es die Temperatur von Abgas erfasst, das durch das Auspuffrohr strömt.
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Das Anbauelement 1 kann, obwohl nicht dargestellt, ein Gassensor zum Erfassen der Konzentration einer speziellen Gaszusammensetzung in dem Abgas (das heißt, ein Sauerstoffsensor zum Erfassen der Konzentration von Sauerstoff und ein Stickoxidsensor zum Erfassen der Konzentration von Stickoxiden), ein Partikelsensor zum Erfassen einer Partikelmasse (PM) in dem Abgas, ein Drucksensor zum Erfassen des Drucks des Abgases, ein Strömungsmengensensor zum Erfassen der Strömungsmenge des Abgases, eine Heizeinrichtung zum Erhitzen eines in dem Auspuffrohr angeordneten Katalysators und dergleichen sein.
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Der Temperatursensor 1 enthält, wie in 1 gezeigt, ein Gehäuse 3, ein Thermistor-Element 5, das in dem Gehäuse 3 aufgenommen ist und einen Temperaturmessabschnitt bildet, der ein elektrisches Signal ausgeben kann, das entsprechend der Temperatur variiert, sowie ein Paar Zuleitungsdrähte 7, die das von dem Thermistor-Element 5 ausgegebene elektrische Signal aus dem Gehäuse 3 leiten.
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Das Gehäuse 3 schließt im Einzelnen ein erstes Gehäuse 9 an der Seite des vorderen Endes (in 1 im unteren Abschnitt dargestellt), einen Zwischenabschnitt 11 sowie ein zweites Gehäuse 13 an der Seite des hinteren Endes (in 1 in dem oberen Abschnitt gezeigt) ein. Das erste Gehäuse 9 hat die Form eines Zylinders mit einem geschlossenen unteren Ende und enthält das Thermistor-Element 5 zum Ausgeben eines elektrischen Signals, das entsprechend der Temperatur variiert, an ein Paar Elektroden 15, wobei das Thermistor-Element 5 an der inneren Seite näher an dem vorderen Ende des ersten Gehäuses 9 angeordnet ist. Die paarigen Elektroden 15 sind mit Enden 17a paariger Kerndrähte 17 verbunden. Die paarigen Kerndrähte 17 sind mit einem Ummantelungselement 19 (das heißt, zur Isolierung) überzogen und die Kerndrähte 17 an der Seite des hinteren Endes des Ummantelungselementes 19 stehen aus dem ersten Gehäuse 9 vor. Das Ummantelungselement 19 ist so aufgebaut, dass die paarigen Kerndrähte 17 im Inneren eines äußeren Metallzylinders 121 isoliert gehalten werden, der eine zylindrische Form hat.
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Das zweite Gehäuse 13 hat die Form eines Kreiszylinders, dessen Durchmesser größer ist als der des ersten Gehäuses 9. Der vordere Endabschnitt des zweiten Gehäuses 13 und der hintere Endabschnitt des ersten Gehäuses 9 überlappen einander koaxial und sind miteinander an der Seite des hinteren Endes eines Ring-Druckabschnitts 21 verbunden.
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Der Zwischenabschnitt 11 schließt den Ring-Druckabschnitt 21, der ein Element bildet, mit dem das Austreten von Abgas verhindert wird, und der an einer Ring-Auflagefläche 39b eines weiter unten beschriebenen Sockels 27 befestigt ist, sowie ein Befestigungselement 25 ein, das eine zylindrische Form hat und so eingerichtet ist, dass damit der Temperatursensor 1 an einem Auspuffrohr 23 angeschraubt und befestigt wird (siehe auch 2). Das Befestigungselement 25 ist eine Mutter.
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Der Ring-Druckabschnitt 21 ist an einem Außenumfang an der Seite des hinteren Endes des ersten Gehäuses 9 angeschweißt und befestigt. Der Abschnitt des vorderen Endes des zweiten Gehäuses 13 ist an einem Außenumfang eines zylindrischen Abschnitts angeschweißt und befestigt, der sich an der Seite des hinteren Endes des Ring-Druckabschnitts 21 befindet. Der Ring-Druckabschnitt 21 enthält einen vorstehenden Abschnitt 21a, der in einer radialen Richtung vorsteht, eine konische Fläche 21b, die sich an dem vorderen Ende des vorstehenden Abschnitts 21a befindet, sowie eine einem hinteren Ende zugewandte Fläche 21c, die nahezu plan ist und sich an dem hinteren Ende des vorstehenden Abschnitts 21a befindet.
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Das Befestigungselement 25 ist dabei an der Seite des zweiten Gehäuses 13 drehbar an einem Außenumfang des Ring-Druckabschnitts 21 angeordnet. Das Befestigungselement 25 ist ein Element, das in ein Schraub-Anbringungselement 37 des Sockels 27 eingeschraubt wird, und es enthält ein Mittelloch 25a in seiner axialen Mitte, einen Gewindeabschnitt 29, der ein Außengewinde 29a (Außengewindegang) enthält, das an seinem Außenumfang ausgebildet ist, sowie einen Sechskant-Mutterabschnitt 31, der sich an der Seite des hinteren Endes des Gewindeabschnitts 29 befindet. Des Weiteren befindet sich eine einem vorderen Ende zugewandte Fläche 25b, die annähernd plan ist, an dem vorderen Ende des Befestigungselementes 25 und ist so eingerichtet, dass sie nach dem Anbringen des Temperatursensors 1 auf die dem hinteren Ende zugewandte Fläche 21c des Ring-Druckabschnitts 21 drückt. Bei dem Temperatursensor 1 ist ein Trockenfilm 41, der ein siliziumorganisches Polymer mit einem Skelett aus Polycarbosilan, das mit einem Metallelement vernetzt ist, und ein festes Schmiermittel enthält, an der dem vorderen Ende zugewandten Fläche 25b des Befestigungselementes 25 vorhanden, wie dies weiter unten beschrieben wird.
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Die anderen Enden 17b der paarigen Kerndrähte 17, die von der Seite des hinteren Endes des ersten Gehäuses 19 vorstehen, sind mit Enden 7a der paarigen Zuleitungsdrähte 7 und Quetschanschlüssen 33 im Inneren des zweiten Gehäuses 13 verquetscht. Des Weiteren deckt eine Isolierröhre 35 den Umfang der anderen Enden 17b der paarigen Kerndrähte 17 und der Enden 7a der paarigen Zuleitungsdrähte 7 ab und umschließt damit auch die Quetschanschlüsse 33.
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Weiterhin ist ein Dichtungselement 131, das aus wärmebeständigem Gummi besteht, so verquetscht, dass es an der innen liegenden Seite befestigt ist, die näher an dem hinteren Ende des zweiten Gehäuses 13 liegt, wodurch der Innenraum des zweiten Gehäuses 13 wasserdicht ist. Die paarigen Zuleitungsdrähte 7 treten vollständig durch das Dichtungselement 131 hindurch und stehen von dem hinteren Ende des zweiten Gehäuses 13 vor, und die Zuleitungsdrähte 7 sind mit einem Verbinder zur Verbindung mit externen Schaltungen (nicht dargestellt) verbunden.
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Es folgt eine Beschreibung des Aufbaus des an dem Auspuffrohr 23 angebrachten Temperatursensors 1.
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In 2 ist eine Anbringungsstruktur des Temperatursensors 1 dargestellt, bei der der Temperatursensor 1 in Bezug auf die axiale Richtung des Auspuffrohrs 23 eines Fahrzeugs vertikal angebracht ist und dazu dient, die Temperatur von Abgas über einen breiten Temperaturbereich zu erfassen.
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Bei der Anbringungsstruktur des Temperatursensors 1 wird der Sockel 27 mittels Schweißen so mit dem Auspuffrohr 23 verbunden, dass ein Durchgangsloch 23a, das sich in dem Auspuffrohr 23 öffnet, in Verbindung mit einem Mittelloch 27a des Sockels 27 steht. Dann wird der Temperatursensor 1 so an dem Auspuffrohr 23 (dem Sockel 27) angebracht, dass das vordere Ende des ersten Gehäuses 9 über das Durchgangsloch 23a des Auspuffrohrs 23 in das Auspuffrohr 23 hinein vorsteht, das heißt, dass sich das Thermistor-Element 5 im Inneren des Auspuffrohrs 23 befindet.
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Der Sockel 27 bildet ein Element, in das das Befestigungselement 25 eingeschraubt wird, und schließt das Schraub-Anbringungselement 37, das ein Innengewinde 37a (Innengewindegang) enthält, das an einem Innenumfang des Mittellochs 27a ausgebildet ist, sowie einen Verbindungsabschnitt 39 ein, der näher an dem Auspuffrohr 23 liegt als das Schraub-Anbringungselement 37. Der Verbindungsabschnitt 39 schließt ein Einführloch 39a, dessen Durchmesser kleiner ist als der kleinste Durchmesser des Schraub-Anbringungselementes 37, und die Ring-Auflagefläche 39b ein, die eine Ringform hat und eine konische Fläche enthält, die sich an einer Innenwand des Einführlochs 39a befindet.
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Das Ringelement 21 besteht beispielsweise aus SUS310S oder SUS430. Das Befestigungselement 25 besteht beispielsweise aus SUS430, SUS304 oder SUSXM7. Der Sockel 27, der die Ring-Auflagefläche 39b und das Schraub-Anbringungselement 37 enthält, besteht beispielsweise aus einem ferritischen Metall, zum Beispiel SUS430, oder einem austenitischen Metall, zum Beispiel SUS304. Bei der Anbringungsstruktur des Temperatursensors 1 ist das Befestigungselement 25 nicht an dem Ring-Druckabschnitt 21 oder dem zweiten Gehäuse 13 befestigt bzw. fixiert und kann gedreht werden. Der Temperatursensor 1 wird, wie im Folgenden beschrieben, unter Verwendung des Befestigungselementes 25 an dem Auspuffrohr 23 angebracht.
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Zunächst werden, wenn das erste Gehäuse 9 an der Seite des oberen Endes des Temperatursensors 1 durch das Mittelloch 27a des Sockels 27 und das Durchgangsloch 23a des Auspuffrohrs 23 hindurchgeführt ist, der Ring-Druckabschnitt 21 und das obere Ende des zweiten Gehäuses 13 in das Mittelloch 27a des Sockels 27 eingeführt, so dass der Ring-Druckabschnitt 21 an der Ring-Auflagefläche 39b des Sockels 27 aufliegt.
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Das Außengewinde 29a (Außengewindegang) des Gewindeabschnitts 29 des Befestigungselementes 25 wird in diesem Zustand in das Innengewinde 37 (Innengewindegang) des Schraub-Anbringungselementes 37 des Sockels 27 eingeschraubt, und das Befestigungselement 25 wird mit einem vorgegebenen Anzieh-Drehmoment in den Sockel 27 (das Schraub-Anbringungselement 37) eingeschraubt, um das Befestigungselement 25 an dem Sockel 27 zu befestigen (das heißt, der Ring-Druckabschnitt 21 wird an der Ring-Auflagefläche 39b befestigt). Dabei dreht sich das Befestigungselement 25, und damit wird die dem vorderen Ende zugewandte Fläche 25b des Befestigungselementes 25 an die dem hinteren Ende zugewandte Fläche 21c des Ring-Druckabschnitts 21 gepresst und die konische Fläche 21b des Ring-Druckabschnitts 21 wird an die Ring-Auflagefläche 39b des Sockels 27 gepresst und damit befestigt.
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Bei dem Temperatursensor 1 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Trockenfilm 41 wenigstens entweder an der dem vorderen Ende zugewandten Fläche 25b des Befestigungselementes 25 oder der dem hinteren Ende zugewandten Fläche 21c des Ring-Druckabschnitts 21 vorhanden. Das heißt, bei dem Temperatursensor 1 ist ein Trockenfilm 41, der beispielsweise eine Dicke von 10 μm hat, wie in 1 gezeigt, an der dem vorderen Ende zugewandten Fläche 25b des Befestigungselementes 25 vorhanden. Des Weiteren ist bei dem Temperatursensor 1 der Trockenfilm 41, der beispielsweise eine Dicke von 10 μm hat, nicht nur an der dem vorderen Ende zugewandten Fläche 25b des Befestigungselementes 25 vorhanden, sondern auch an einer Oberfläche des Gewindeabschnitts 29. Die Dicke des Trockenfilms 41 ist in 1 vergrößert dargestellt.
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Im Folgenden wird der Trockenfilm 41 beschrieben.
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Der Trockenfilm 41 ist ein Feststofffilm, der sich von einem flüssigen Schmiermittel unterscheidet, und er enthält ein siliziumorganisches Polymer sowie ein festes Schmiermittel. Das siliziumorganische Polymer ist ein Polymer, das eine Hauptkette aus einem Skelett aus Polycarbosilan (-(Si-C)n-), das mittels eines Metallelementes, wie beispielsweise Ti, Zn, Cr und Mo (das heißt, eine metallorganische Verbindung) vernetzt ist. Ein siliziumorganisches Polymer, das mittels Ti (Metallelement) vernetzt ist, wird entsprechend den oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als das in dem Trockenfilm 41 enthaltene siliziumorganische Polymer eingesetzt, und dieses Polymer wird auch als ein TYRANNO-Harz (Erzeugnis von UBE Industries, Ltd.) bezeichnet. Dieses siliziumorganische Polymer erfährt, selbst bei Wärmebehandlung in einer Luftatmosphäre von 1000°C über 10 Stunden oder länger nur geringen Erhitzungsverlust, so dass eine Qualitätsänderung, wie beispielsweise Schrumpfen oder Rissbildung aufgrund von Gewichtsverringerungen in dem Film, durch die der Trockenfilm 41 verdichtet würde, nicht ohne Weiteres auftritt.
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Des Weiteren schließen Beispiele für das in dem Trockenfilm 41 enthaltene feste Schmiermittel Molybdändisulfid, Graphit und Glimmer ein. Von diesen wird bevorzugt ein festes Schmiermittel eingesetzt, bei dem es sich um Molybdändisulfid oder/und Glimmer handelt. Der Gehalt an dem festen Schmiermittel liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 400 Masseteilen pro 100 Masseteile des siliziumorganischen Polymers. Wenigstens 10 Masseteile an festem Schmiermittel auf 100 Masseteile an siliziumorganischem Polymer führen zu Rissen bei der Filmbildung. Bei mehr als 400 Masseteilen an festem Schmiermittel verringert sich der Anteil des siliziumorganischen Polymers, wodurch sich die Bindekraft (Adhäsion) des Trockenfilms 41 an der Oberfläche des Befestigungselementes 25 oder des Ring-Druckabschnitts 21 verringern könnte. Um stabile Filmbildung zu gewährleisten, liegt der Gehalt an dem festen Schmiermittel vorzugsweise in einem Bereich von 25 bis 300 Masseteilen auf 100 Masseteile an siliziumorganischem Polymer.
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Das heißt, der Trockenfilm 41 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein TYRANNO-Harz, und Molybdändisulfid, das das feste Schmiermittel bildet, ist in dem TYRANNO-Harz gleichmäßig dispergiert. Der Trockenfilm 41 weist eine Zusammensetzung von 150 Masseteilen an Molybdändisulfid auf 100 Masseteile an TYRANNO-Harz auf.
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Des Weiteren kann der Trockenfilm 41 wie folgt ausgebildet werden. Das heißt, nachdem das Befestigungselement 25 oder der Ring-Druckabschnitt 21 einem Entbinderungs-Prozess (binder burnout process) unterzogen worden ist, wird das Befestigungselement 25 oder der Ring-Druckabschnitt 21 Oberflächenbehandlung zum Verbessern von Haftung des Trockenfilms 41 und anschließend einer Spülbehandlung unterzogen. Danach wird eine Beschichtungszusammensetzung (die ein organisches Lösungsmittel zusätzlich zu einem siliziumorganischen Polymer und einem festen Schmiermittel enthält), die durch Trocknen oder Erhitzen ausgehärtet wird und die ein Vorläufer des Trockenfilms 41 ist, aufgebracht, indem ein Zielabschnitt (Zielfläche) des Befestigungselementes 25 oder des Ring-Druckabschnitts 21 besprüht wird. Wenn der Trockenfilm 41 auf dem Befestigungselement 25 oder dem Ring-Druckabschnitt 21 nicht ausgebildet werden muss, wird die Beschichtungszusammensetzung nach dem Abdecken (masking) nicht benötigter Abschnitte aufgebracht. Abschließend wird das Befestigungselement 25 oder der Ring-Druckabschnitt 21, auf das/den die Beschichtungszusammensetzung aufgebracht ist, bei Raumtemperatur getrocknet oder zum Aushärten erhitzt, und so wird der Trockenfilm 41 ausgebildet.
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Bei dem Temperatursensor 1, bei dem der so ausgebildete Trockenfilm 41 an der dem vorderen Ende zugewandten Fläche 25b des Befestigungselementes 25 vorhanden ist, kommt es, selbst wenn die dem vorderen Ende zugewandte Fläche 25b des Befestigungselementes 25 beim Anbringen des Befestigungselementes 25 an dem Sockel 27 an die dem hinteren Ende zugewandte Fläche 21c des Ring-Druckabschnitts 21 gepresst wird, nicht zum Austreten. Beim Einsatz eines flüssigen Schmiermittels, wie beispielsweise Schmieröl, das nach außen austritt, würde es jedoch zum Austreten kommen und dadurch würde das zugeführte Schmiermittel (Öl) verbraucht. So kann mit dem Vorhandensein des Trockenfilms 41 verhindert werden, dass die Materialien von Reibflächen der dem vorderen Ende zugewandten Fläche 25b und der dem hinteren Ende zugewandten Fläche 21c in direkten Kontakt miteinander kommen. Des Weiteren kann durch die Gleiteigenschaften, die das feste Schmiermittel (Molybdändisulfid) verleiht, das in dem Trockenfilm 41 vorhanden ist, der Reibungskoeffizient zwischen den Materialien der Reibflächen der dem vorderen Ende zugewandten Fläche 25b des Befestigungselementes 25 und der dem hinteren Ende zugewandten Fläche 21c des Ring-Druckabschnitts 21 vorteilhaft verringert werden. So ermöglicht es, selbst wenn das Befestigungselement 25 mit einem Anzieh-Drehmoment in das Schraub-Anbringungselement 37 eingeschraubt (befestigt) wird, die Verringerung des Reibungskoeffizienten zwischen den Materialien der Reibflächen aufgrund des Pressens der dem vorderen Ende zugewandten Fläche 25b des Befestigungselementes 25 an die dem hinteren Ende zugewandte Fläche 21c des Ring-Druckabschnitts 21, dass das Befestigungselement 25 effektiv in den Sockel 27 (das Schraub-Anbringungselement 37) eingeschraubt (befestigt) wird, und damit kann die axiale Kraft beim Befestigen des Temperatursensors 1 erheblich verstärkt werden.
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Des Weiteren wird, da das in dem Trockenfilm 41 enthaltene siliziumorganische Polymer ausreichend Wärmebeständigkeit aufweist, das Polymer selbst nicht leicht zersetzt und damit verdunstet/verdampft, und so kommt es nicht leicht zu Verlust beim Erhitzen. Daher ist der Trockenfilm 41 selbst in einer Hochtemperaturumgebung bei beispielsweise 500°C oder darüber thermisch stabil, und so können eine Änderung der Qualität (Abbau) aufgrund eines langanhaltenden Einsatzes in einer Hochtemperaturumgebung sowie eine Lockerung der Verschraubung in einer tatsächlichen Betriebsumgebung des Temperatursensors 1 verhindert werden.
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Des Weiteren ist bei dem Temperatursensor 1 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung der Trockenfilm 41 auch an der Oberfläche des Gewindeabschnitts 29 (des Außengewindes 29a) des Befestigungselementes 25 vorhanden. Dadurch kann der Reibungskoeffizient zwischen den Materialien der Reibflächen des Schraub-Anbringungselementes 37 des Sockels 27 und des Gewindeabschnitts 29 des Befestigungselementes 25 verringert werden, und so kann das Befestigungselement 25 effektiv in das Schraub-Anbringungselement 37 eingeschraubt (befestigt) werden. Auf diese Weise kann die axiale Kraft beim Befestigen des Temperatursensors 1 wirkungsvoller verstärkt werden. Des Weiteren kann verhindert werden, dass sich der Verschraubungsabschnitt des Schraub-Anbringungselementes 37 und des Gewindeabschnitts 29 des Befestigungselementes 25 festfressen, da sich die Qualität des Trockenfilms 41 selbst in einer Hochtemperaturumgebung bei 500°C oder darüber nicht leicht ändert.
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Es folgt eine Beschreibung des Effektes, der erzielt wird, wenn der Trockenfilm 41 an der dem vorderen Ende zugewandten Fläche 25b des Befestigungselementes 25 vorhanden ist. Zwei Temperatursensoren 1 mit dem in 1 gezeigten Aufbau wurden hergestellt, wobei der Trockenfilm 41 mit einer Dicke von 10 μm an der dem vorderen Ende zugewandten Fläche 25b des Befestigungselementes 25 eines der zwei Temperatursensoren 1 vorhanden war, während an der dem vorderen Ende zugewandten Fläche 25b des Befestigungselementes 25 des anderen Temperatursensors 1 als Vergleichsbeispiel kein Trockenfilm 41 vorhanden war. In diesem Zustand wurden die zwei Temperatursensoren 1 mit einem vorgegebenen Anzieh-Drehmoment an einer Installationsvorrichtung angebracht, und die axialen Kräfte zu diesem Zeitpunkt wurden unter Verwendung einer Kraftmesszelle gemessen. Bei der Bewertung ergab sich, dass der Temperatursensor 1 gemäß der Erfindung, bei dem der Trockenfilm 41 an dem Befestigungselement 25 vorhanden war, eine sehr hohe axiale Kraft von ungefähr 900 N pro 1 Nm Drehmoment aufwies, während der Temperatursensor 1, bei dem kein Trockenfilm 41 an dem Befestigungselement 25 vorhanden war, eine niedrige axiale Kraft von ungefähr 189 N pro 1 Nm Drehmoment aufwies. Die oben aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass mit dem Temperatursensor 1 gemäß der vorliegenden Erfindung eine bessere axiale Kraft beim Befestigen an dem Strömungsrohr (Auspuffrohr 23) erzeugt werden kann, mit der Lockern der Verschraubung verhindert werden kann.
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Die obenstehende Beschreibung der oben erläuterten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient der Darstellung und Beschreibung, sie soll jedoch nicht erschöpfend sein oder die vorliegende Erfindung auf die konkrete offenbarte Form beschränken, und die vorliegende Erfindung erstreckt sich auf verschiedene Abwandlungen und Äquivalente, die innerhalb des Schutzumfangs und des Geistes der beigefügten Patentansprüche liegen.
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Beispielsweise kann, obwohl bei der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Trockenfilm 41 an der dem vorderen Ende zugewandten Fläche 25b des Befestigungselementes 25 vorhanden ist, der Trockenfilm 41 an der dem hinteren Ende zugewandten Fläche 21c des Ring-Druckabschnitts 21 anstelle des Befestigungselementes 25 vorhanden sein, oder er kann sowohl an dem Befestigungselement 25 als auch an dem Ring-Druckabschnitt 21 vorhanden sein. Des Weiteren kann, obwohl bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Trockenfilm 41 nicht nur an der dem vorderen Ende zugewandten Fläche 25b des Befestigungselementes 25 vorhanden ist, sondern auch an der Oberfläche des Gewindeabschnitts 29 (das heißt, des Außengewindes 29a), der Trockenfilm 41 an der Oberfläche des Gewindeabschnitts 29 weggelassen werden, so dass das Hauptaugenmerk auf die Verbesserung der axialen Kraft beim Befestigen des Temperatursensors gerichtet wird.
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Die vorliegende Anmeldung basiert auf den am 30. April 2013 bzw. am 20. März 2014 eingereichten
japanischen Patentanmeldungen 2013-095050 und
2014-059261 , die hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit einbezogen werden.
