DE10346205A1

DE10346205A1 - Vorrichtung zur Befestigung eines Messfühlers

Info

Publication number: DE10346205A1
Application number: DE2003146205
Authority: DE
Inventors: Helmut Weyl; Juergen Wilde; Leonore Schwegler; Rolf Speicher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-10-07
Also published as: DE10346205B4

Abstract

Eine Vorrichtung zur Befestigung eines eine physikalische Eigenschaft eines Messgases bestimmenden Messfühlers (10) mit Gehäuse (12) und darin angeordnetem Sensorelement (13) an einem das Messgas führenden Rohrabschnitt (11) weist zwei ineinander greifende Befestigungsteile (201, 202) zum axial kraftschlüssigen Aufspannen des Gehäuses (12) auf die mit einer Einführöffnung (15) für den Messfühler (10) versehene Rohrwand (111) des Rohrabschnitts (11) auf, von denen ein Befestigungsteil (201) dem Gehäuse (12) und das andere Befestigungsteil (202) dem Rohrabschnitt (11) zugeordnet ist. Für eine zeitsparende Schnellbefestigung des Messfühlers (10) bei der Montage sowie beim wartungs- und reparaturbedingten Ein- und Ausbau des Messfühlers (10) sind an den Befestigungsteilen (201, 202) miteinander paarweise korrespondierende Klemmstücke angeordnet, wobei von jedem Klemmstückpaar ein Klemmstück eine keilförmige Kontur derart aufweist, dass durch formschlüssiges Aufschieben der Klemmstücke aufeinander eine vom Gehäuse (12) zum Rohrabschnitt (11) gerichtete, axiale Kraftkomponente entsteht (Fig. 1).

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Befestigung eines eine physikalische Eigenschaft eines Messgases, insbesondere des Abgases von Brennkraftmaschinen, bestimmenden Messfühlers an einem das Messgas führenden Rohrabschnitt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Befestigungsvorrichtung dieser Art ( DE 43 18 107 A1 ) ist das dem Rohrabschnitt zugeordnete Befestigungsteil ein Montagestutzen mit Innengewinde, der außen an der Rohrwand des Rohrabschnitts, die Einführöffnung für den Messfühler konzentrisch umgebend, angeschweißt ist. Das dem Gehäuse zugeordnete Befestigungsteil ist eine über das Gehäuse geschobene Hohlschraube mit Außengewinde und Außensechskant, die sich stirnseitig auf einem am Gehäuse ausgebildeten Spannflansch abstützt und diesen durch Verschrauben im Innengewinde des Montagestutzens auf eine auf dem Außenmantel des Rohrabschnitts ausgebildete Passfläche aufpresst. Im montierten Zustand ragt der Messfühler mit dem messgasseitigen Ende des Sensorelements, über das eine Schutzkappe gestülpt ist, durch die Einführöffnung in der Rohrwand hindurch bis in das Innere des Rohrabschnitts.

Aus der DE 197 14 203 C2 ist es für die Befestigung eines Messfühlers zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Abgasen von Verbrennungsmotoren am Abgasrohr des Verbrennungsmotors bekannt, am Gehäuse des Messfühlers ein Außengewinde und einen Schlüsselsechskant auszuarbeiten und das Gehäuse in ein Innengewinde eines die Einführöffnung im Rohrabschnitt konzentrisch umgebenden Montagestutzens einzuschrauben.

Die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 11 hat den Vorteil, dass durch die den Befestigungsteilen zugeordneten, paarweise durch eine Schwenk- oder Schiebebewegung miteinander in Eingriff bringbaren Klemmstücke mit keilförmiger Kontur bzw. durch das die Befestigungsteile über deren Spannschultern kraftschlüssig verspannende Federelement eine Schnellmontage und Demontage des Messfühlers möglich ist, die wesentlich weniger Montagezeit als das zeitaufwendige Eindrehen von Gewindeteile erfordert und zudem eine gleich zuverlässige Sicherung gegen ungewolltes Lösen infolge von Erschütterungen bietet. Der Messfühler kann selbst an schwer zugänglichen Stellen montiert werden, an dem ein Eindrehen nicht mehr möglich ist. Diese Vorteile machen sich insbesondere beim Einsatz des Messfühlers als Lambdasonde oder Temperatursonde im Abgastrakt von Kraftfahrzeugen bezahlt, da hier die Kosten für die Arbeitszeit bei Montage, Wartung und Reparatur besonders zu Buche schlagen. Darüber hinaus müssen die Befestigungsteile im Gegensatz zu Gewindeteile nicht als teuere Drehteile gefertigt werden, sondern können im Umformverfahren hergestellt werden, wodurch die Fertigungskosten für die Befestigungsvorrichtung reduziert werden. Durch Verzicht auf die Gewinde an den Befestigungsteilen besteht keine Gefahr mehr, dass durch ein unzulässig hohes Anzugsdrehmoment die Befestigungsvorrichtung zerstört wird oder dass sich Gewindegänge festfressen, was die Demontage erschwert.

Durch die in den Ansprüchen 2 – 10 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Befestigungsvorrichtung und durch die in den Ansprüchen 12 – 21 aufgeführten Maßnahmen, sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 11 angegebenen Befestigungsvorrichtung möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 1 ist das eine Befestigungsteil ein Spannring, der mit einer radial nach innen vorspringenden Ringschulter eine am Gehäuse ausgebildete, ringförmige Auflagefläche übergreift, und das andere Befestigungsteil ein die Einführöffnung im Rohrabschnitt umschließender Gegenring. Die an Spannring und Gegenring angeordneten Klemmstücke greifen nach Art eines Bajonettverschlusses ineinander und erzeugen so eine axiale Anpresskraft zum axialen Festspannen des Messfühlers am Rohrgehäuse.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 1 ist das eine Befestigungsteil vom Gehäuse selbst und das andere Befestigungsteil von einer die Einführöffnung im Rohrabschnitt umschließenden Hülse gebildet. Die dem Gehäuse zugeordneten Klemmstücke sind von zwei am Gehäuse diametral angeordneten, nach außen abfallenden Schrägschulterabschnitten und die der Hülse zugeordneten Klemmstücke von zwei Schenkeln einer in der Querschnittsebene der Hülse radial verschieblich geführten Schiebeplatte gebildet, wobei die Schenkel in der Hülse so geführt sind, dass sie auf jeweils eine der Schrägschulterabschnitte aufschiebbar sind. Hier wird eine Schnellbefestigung des in die Hülse eingesetzten Messfühlers dadurch erreicht, dass die Schiebeplatte quer zur Längsachse des Messfühlers eingeschoben wird, dabei mit ihren Schenkeln auf die Schrägschulterabschnitte aufläuft und dadurch das Gehäuse mit einer zur Rohrwand hin gerichteten axialen Kraftkomponente beaufschlagt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 11 ist das dem Gehäuse zugeordnete Befestigungsteil ein einstückig am Gehäuse ausgebildeter Radialflansch und das dem Rohrabschnitt zugeordnete Befestigungsteil ein am Rohrabschnitt konzentrisch zur Einführöffnung befestigter Montagestutzen, in den der Messfühler eingeführt ist und an dem sich der Messfühler mit seinem Gehäuse axial abstützt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 11 ist die eine Spannschulter am Radialflansch auf dessen vom Montagestutzen abgekehrte Oberseite und die andere Spannschulter am Montageflansch auf der vom Radialflansch abgekehrten Unterseite eines am Montageflansch angeformten Ringwulstes ausgebildet. Das Federelement ist ein Ring aus Federstahl mit stern- oder strahlenförmig abgehenden, mit dem Federring einstückigen Federarmen, die unter einem spitzen Winkel zur Ringachse vom Federring abgebogen sind und an ihrem freien Ende eine abgewinkelte Verrastkralle tragen. Der Ring liegt auf der am Radialflansch ausgebildeten Spannschulter auf, und die Verrastkrallen werden auf die Spannschulter am Ringwulst aufgeclipst. Dabei ist vorzugsweise die Spannschulter am Ringwulst abgeschrägt und verläuft unter einem stumpfen Winkel zur Mantelfläche des Montagestutzens. Dadurch wird mit zunehmendem Aufschieben der Verastkrallen auf die Spannschulter am Ringwulst die axiale Anpresskraft des Gehäuses am Montagestutzen vergrößert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 11 ist der Ring auf dem Radialflansch befestigt, z.B. verschweißt oder aufgepresst, so dass das Federelement fester Bestandteil des Messfühlers ist und bei der Montage nicht als separates Teile gehandhabt werden muss.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 11 ist der Montagestutzen so ausgebildet, dass der Radialflansch am Gehäuse in den Montagestutzen eintaucht. Die Spannschulter am Montagestutzen ist von einem dem Radialflansch zugekehrten Hinterschnitt in der Innenwand des Montagestutzens gebildet und die Spannschulter am Gehäuse auf der dem Hinterschnitt zugekehrten Oberseite des Radialflansches ausgebildet. Das Federelement ist hier ein Sprengring, der nach Aufsetzen auf den Radialflansch sich aufspreizt und sich radial zwischen Spannflansch und Hinterschnitt einschiebt. Vorzugsweise ist der Hinterschnitt keilförmig derart abgeschrägt, dass mit zunehmendem Aufweiten des Sprengrings die axiale Klemmkraft zwischen Hinterschnitt und Radialflansch anwächst, so dass das Gehäuse fest an den Montagestutzen angepresst wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist an dem am Rohrabschnitt festgelegten, z.B. verschweißten, Befestigungsteil eine Andruckschulter ausgebildet, auf die sich eine am Gehäuse angeordnete Gegenschulter bei montierter Befestigungsvorrichtung gasdicht aufsetzt. Andruckschulter und Gegenschulter sind dabei vorzugsweise unter einem spitzen Winkel > 0° und ≤ 90° zur Gehäuseachse des Messfühlers geneigt, um so bei der Abdichtung Fertigungstoleranzen auszugleichen. Die Schultern können dabei ebene Flächen bilden, oder mindestens eine Schulter kann konvex ausgebildet sein.

Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ausschnittweise einen Längsschnitt eines mittels einer Befestigungsvorrichtung an einem gasführenden Rohrabschnitt befestigten Messfühlers,
2 eine perspektivische Darstellung des oberen Befestigungsteils der Befestigungsvorrichtung in 1,
3 eine perspektivische Darstellung des unteren Befestigungsteils der oberen Befestigungsvorrichtung in 1,
4 einen Schnitt längs der Linie IV – IV in 1 eines modifizierten Befestigungsteils der Befestigungsvorrichtung,
5 ausschnittweise einen Längsschnitt eines mittels einer Befestigungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel an einem gasführenden Rohrabschnitt befestigten Messfühlers,
6 eine perspektivische Darstellung der Befestigungsvorrichtung in 5,
7 einen Querschnitt der Befestigungsvorrichtung in 6,
8 ausschnittweise einen Längsschnitt eines mittels einer Befestigungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel an einem gasführenden Rohrabschnitt befestigten Messfühlers,
9 eine Draufsicht eines Federelements der Befestigungsvorrichtung in
8, als Blechteilzuschnitt gezeichnet,
10 ausschnittweise einen Längsschnitt eines mittels einer Befestigungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel an einem gasführenden Rohrabschnitt befestigten Messfühlers,
11 eine Draufsicht eines Federelements der Befestigungsvorrichtung in 9,
12 ausschnittweise einen Längsschnitt eines mittels einer Befestigungsvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel an einem gasführenden Rohrabschnitt befestigten Messfühlers,
13 eine Draufsicht eines Federelements der Befestigungsvorrichtung in 12 mit zusätzlich eingezeichnetem, am Gehäuse des Messfühlers ausgebildeten Radialflansch.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist beispielhaft ein Messfühler 10 für die Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Abgasen von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, kurz Lambda-Sonde genannt, dargestellt, der in einen Rohrabschnitt 11 einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine eingesetzt ist. Der ausschnittweise, teilweise geschnitten dargestellte Messfühler 10 besitzt ein Gehäuse 12, in dem ein Sensorelement 13 aufgenommen ist, das mit einem gasseitigen Ende aus dem Gehäuse 12 vorsteht, das seinerseits von einer am Gehäuse 12 befestigten Schutzkappe 14 überdeckt ist. In der Rohrwand 111 des Rohrabschnitts 11 ist eine Einführöffnung 15 für den Messfühler 10 vorgesehen, in die das Gehäuse 12 in der Weise eingesetzt ist, dass das gasseitige Ende des Sensorelements 13 mit Schutzkappe 14 in den im Rohrabschnitt 11 geführten Gasstrom hineinragt. Ein kompletter Aufbau des Messfühlers 10 ist beispielsweise in der DE 197 14 203 C2 beschrieben.
Der in den Rohrabschnitt 11 eingesetzte Messfühler 10 wird mittels einer Befestigungsvorrichtung 20 am Rohrabschnitt 11 axial festgespannt, wobei zugleich die Einführöffnung 15 gasdicht abgedeckt wird. Die zweiteilig ausgebildete Befestigungsvorrichtung 20 besteht aus zwei ineinandergreifenden Befestigungsteilen 201 und 202, von denen das obere Befestigungsteil 201 am Gehäuse 12 angreift und das untere Befestigungsteil 202 in die Einführöffnung 15 eingesetzt und mit der Rohrwand 111 gasdicht und fest, z.B. durch gasdichtes Schweißen, verbunden ist. An den Befestigungsteilen 201 und 202 sind paarweise miteinander korrespondierende Klemmstücke vorhanden, wobei bei jedem Klemmstückpaar ein Klemmstück eine keilförmige Kontur aufweist, die derart ausgerichtet ist, dass durch formschlüssiges Aufschieben der Klemmstücke eines Klemmstückpaars aufeinander eine vom Gehäuse 12 zum Rohrabschnitt 11 gerichtete, axiale Kraftkomponente entsteht.
Im Ausführungsbeispiel der 1 – 3 ist das obere Befestigungsteil 201 ein kreisrunder Spannring 21, der an seinem oberen Ende eine einstückig, radial nach innen vorspringende Ringschulter 22 und eine Mehrzahl, im Ausführungsbeispiel der 2 insgesamt sechs, um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzt angeordneter Spannlaschen 23 aufweist, die an dem von der Ringschulter 22 abgekehrten Stirnende des Spannrings 21 radial nach außen abstehen. Die Spannlaschen 23 bilden die am oberen Befestigungsteil 201 angeordneten Klemmstücke. Die Ringschulter 22 vermag sich auf eine am Gehäuse 12 ausgebildete, radial ausgerichtete, ringförmige Auflagefläche 16 aufzulegen, wenn der Spannring 21 von dem vom gasseitigen Ende abgekehrten Ende her auf das Gehäuse 12 aufgeschoben wird. Das in 3 dargestellte, untere Befestigungsteil 202 ist ein kreisrunder Gegenring 24, an dem ein eingezogener Hals 25 einstückig axial angeformt ist. Wie 2 zeigt, ist der Gegenring 24 mit seinem Hals 25 in die Einführöffnung 15 eingesetzt und durch eine umlaufende Schweißnaht 26 mit der Rohrwand 111 fest verbunden. Zur Realisierung der am Gegenring 24 angeordneten Klemmstücke mit keilförmiger Kontur ist in der Ringwand des Gegenrings 24 eine der Zahl der Spannlaschen 23 am Spannring 21 entsprechende Anzahl von zum oberen Stirnende hin offenen Aussparungen 27 ausgeschnitten, die gegeneinander um den gleichen Umfangswinkel versetzt sind wie die Spannlaschen 23 am Spannring 21. Am Grund einer jeden Aussparung 27 schließt sich an die Aussparung 27 ein in Umfangsrichtung mit sich verjüngender Schlitzbreite verlaufender Schlitz 28 an. Die Verjüngung der Schlitzbreite wird dadurch erreicht, dass die in Einbaulage vom Rohrabschnitt 11 abgewandte, obere Schlitzkante 281 keilförmig in Axialrichtung hin zum Rohrabschnitt 111 ansteigt, also unter einem spitzen Winkel zur Querschnittsebene des Gegenrings 24 verläuft. Am hinteren Ende des Schlitzes 28 ist die Schlitzbreite weitgehend konstant, und die in Umfangsrichtung gesehene Länge des Schlitzendes mit konstanter Schlitzbreite entspricht in etwa der in Umfangsrichtung gesehenen Breite der Spannlaschen 23. Um das Einführen der Spannlaschen 23 in die Schlitze 28 zu gewährleisten, ist die in Umfangsrichtung gesehene Breite der Aussparungen 27 etwas größer bemessen als die in Umfangsrichtung gesehene Breite der Spannlaschen 23. Der Innendurchmesser des Gegenrings 24 ist etwas kleiner gewählt als der Außendurchmesser des Spannrings 21, so dass letzterer bei axialer Ausrichtung von Spannlaschen 23 und Aussparungen 27 in den Gegenring 24 axial eingesetzt werden kann.
Bei der Montage des Messfühlers 10 ist dieser mit seinem schutzkappenseitigen Ende in den bereits an dem Rohrabschnitt 11 fixierten Gegenring 24 hindurch einzusetzen. Danach wird der Spannring 21 über das Gehäuse 12 geführt und unter fluchtendem Ausrichten der Spannlaschen 23 zu den Aussparungen 27 in den Gegenring 24 eingesetzt, wobei die Ringschulter 22 auf der Auflagefläche 16 am Gehäuse 12 zur Auflage kommt. Durch Verdrehen des Spannrings 21 um einen relativ kleinen Schwenkwinkel von beispielsweise 15° werden die Spannlaschen 23 in die Schlitze 28 hineingedreht, wobei durch die nach unten hin keilförmig ansteigenden Schlitzkanten 281 die Ringschulter 22 auf die Auflagefläche 16 zunehmend aufgepresst wird. Dadurch wird eine axiale Kraftkomponente erzeugt, die das Gehäuse 12 mit einer Gegenschulter 17 auf eine Andruckschulter 29 aufdrückt, die im Übergangsbereich zum Hals 25 am Spannring 21 ausgebildet ist. Die von den Spannlaschen 23 einerseits und den Schlitzen 28 andererseits gebildeten Klemmstücke an den Befestigungsteilen 201 und 202 wirken somit nach Art eines Bajonettverschlusses, der das Gehäuse 12 des Messfühlers 10 kraftschlüssig an der Rohrwand 111 mit einer in Achsrichtung des Gehäuses 12 wirkenden Kraftkomponente axial verspannt. Dadurch, dass der Gegenring 24 gasdicht in der Einführöffnung 15 im Rohrabschnitt 11 sitzt und das Gehäuse 12 gasdicht auf den Gegenring 24 aufgesetzt ist, ist insgesamt durch die Befestigungsvorrichtung 20 der Messfühler 10 gasdicht am Rohrabschnitt 11 axial festgespannt. Um Undichtigkeiten zwischen Andruckschulter 29 und Gegenschulter 17 infolge von Fertigungstoleranzen zu vermeiden, verlaufen die beiden ringförmigen Schultern 29, 17 unter einem Winkel zur Gehäuseachse, der größer 0° und kleiner oder gleich 90° ist, so dass sich eine Art Kegelsitz und eine Zentrierung zwischen Gehäuse 12 und Gegenring 24 ergibt. Im Ausführungsbeispiel der 1 sind die Schultern 29, 17 konvex ausgeführt. Aber auch eine ebene Ausbildung der einen und eine konvexe Ausbildung der anderen Schulter ist ebenso möglich wie die ebene Ausbildung beider Schultern 29, 17.
Zum Drehen des Spannrings 21 sind im Spannring 21 Bohrlöcher 30 vorgesehen, in welcher ein stiftartiges Montagewerkzeug eingesteckt werden kann. In dem in 1 – 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Bohrlöcher 30 in die Ringschulter 22 einge bracht, sie können aber genauso gut in die Ringwand des Spannrings 21 eingearbeitet werden.
Bei dem in 4 im Querschnitt dargestellten, modifizierten Spannring 21' ist zum Drehen des Spannrings 21' an einem Wandabschnitt des Spannrings 21' ein Schlüsselsechskant 31 ausgeformt. In seiner übrigen Ausgestaltung entspricht der Spannring 21' den in Verbindung mit 2 beschriebenen Spannring 21.
Bei dem in 5 – 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Messfühler 10 bis auf eine Modifikation am Gehäuse 12 identisch mit dem in 1 dargestellten Messfühler 10 aufgebaut, so dass gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Anstelle der Auflagefläche 16 ist das Gehäuse 12 mit einer umlaufenden, nach außen abfallenden Schrägschulter 18 versehen, die für die nachstehend beschriebene Befestigungsvorrichtung 20 von Bedeutung ist, mit welcher wiederum der Messfühler 10 am Rohrabschnitt 11 axial kraftschlüssig festgespannt wird. Das Gehäuse 12 wird dabei selbst als das obere Befestigungsteil 201 der Befestigungsvorrichtung 20 genutzt. Das untere Befestigungsteil 202 der Befestigungsvorrichtung 20 ist eine an der Rohrwand 111 festgelegte Hülse 33, die die Einführöffnung 15 für den Messfühler 10 gasdicht umschließt. Die Hülse 33 trägt einen einstückigen Ringsteg 34, der am unteren Ende der Hülse 33 radial nach innen vorspringt und eine abgeschrägte Andruckschulter 29 zur Aufnahme der am Gehäuse 12 ausgebildeten, ebenfalls schräg verlaufenden Gegenschulter 17 bildet. An der Hülse 33 ist ein radial nach außen abstehender Flansch 35 vorhanden, der nach Einstecken des unteren Endes der Hülse 33 mit Ringsteg 34 in die Einführöffnung 15 auf der Rohrwand 111 aufliegt und über eine umlaufende Schweißnaht 26 mit dieser fest verbunden ist, so dass die Einführöffnung 15 randseitig gasdicht abgeschlossen ist.
Wie bei der Befestigungsvorrichtung 20 gemäß 1 – 3 sind auch hier den beiden Befestigungsteilen 201 und 202 Klemmstücke zugeordnet. Die dem oberen Befestigungsteil 201, also dem Gehäuse 12, zugeordneten Klemmstücke mit keilförmiger Kontur werden dabei von zwei am Gehäuse 12 einander diametral gegenüberliegenden Schrägschulterabschnitten 181 der Schrägschulter 18 gebildet, während die der Hülse 33 zugeordneten Klemmstücke durch zwei Schenkel 361, 362 einer in der Querschnittsebene der Hülse 33 radial verschieblich geführten, hufeisenförmigen Schiebeplatte 36 realisiert werden, die sich unter federelastischem Abspreizen voneinander auf jeweils eine der beiden Schrägschulterabschnitte 181 aufzuschieben vermögen. Zur verbesserten Auflage der Schenkel 361, 362 auf den Schrägschulterabschnitten 181, 182 sind die Schenkel 361, 362 an ihrer dem Gehäuse 12 zugekehrten Innenkante kreisbogenförmig eingewölbt und umschließen nach ihrem Aufschieben auf die Schrägschulterabschnitte 181, 182 teilweise die Kontur des Gehäuses 12. Zur Führung der Schiebeplatte 36 weist die Hülse 33 – wie dies insbesondere in 7 zu erkennen ist – zwei diametral angeordnete, kreissegmentförmige Einschnitte 37 auf, deren axiale Breite größer ist als die Schenkelstärke der Schiebeplatte 36. In 7 ist ebenso wie in 6 noch ein Teil des leeren Gehäuses 12 des Messfühlers 10 dargestellt, um die Zuordnung der am Gehäuse 12 ausgebildeten Schrägschulter 18 zu den Schenkeln 361, 362 der Schiebeplatte 36 zu verdeutlichen.
Zur Montage des Messfühlers 10 wird der Messfühler 10 mit seinem Gehäuse 12 in die am Rohrabschnitt 11 befestigte Hülse 33 eingesetzt, bis die am Ringsteg 34 der Hülse 33 ausgebildete Andruckschulter 29 und die am Gehäuse 12 ausgebildete Gegenschulter 17 aufeinanderliegen. Dann wird die hufeisenförmige Schiebeplatte 36 mit ihren beiden Schenkeln 361, 362 in die segmentartigen Einschnitte 37 in der Hülse 33 eingeschoben, wobei sich die Schenkel 361, 362 zunehmend auf die diametralen Schrägschulterabschnitte 181 der am Gehäuse 12 ausgebildeten Schrägschulter 18 aufschieben und das Gehäuse 12 mit seiner Gegenschulter 217 kraftschlüssig auf die Andruckschulter 29 aufspannen, so dass die von dem Ringsteg 24 der Hülse 33 umschlossene Öffnung 32 rundum gasdicht abgeschlossen ist. In 7 sind die Schrägschulterabschnitte 181 der am Gehäuse 12 ausgebildeten Schrägschulter 18, auf die sich die Schenkel 361, 362 aufschieben deutlich erkennbar. Zum Lösen der Befestigungsvorrichtung 16 muss die Schiebeplatte 36 aus der Hülse 33 ausgezogen werden. Dies erfordert das federelastische Auseinanderspreizen der Schenkel 361, 362, wozu eine nennenswerte Zugkraft an der Schiebeplatte 36 angreifen muss. Diese Zugkraft wird relativ hoch bemessen, so dass die Schiebeplatte 36 mit einer gewissen Rastung am Gehäuse 12 festgelegt ist und sich durch Erschütterungen, wie sie im Fahrbetrieb auftreten, nicht selbsttätig und ungewollt lösen kann.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen müssen der Gegenring 24, ( 1 und 3) und die Hülse 33 (5 – 7) der beiden Befestigungsvorrichtungen 20 nicht in die Einführöffnung 15 im Rohrabschnitt 11 eingesetzt sein. Sie können auch auf die Rohrwand 111 des Rohrabschnitts 11 so aufgesetzt werden, dass sie die Einführöffnung 15 konzentrisch umgeben. Sie werden dann auf der Rohrwand 111 verschweißt oder in anderer Weise auf der Rohrwand 111 gasdicht festgelegt. Das Gehäuse 12 presst sich dann beim Verspannen mit seiner Gegenschulter 17 auf eine auf der Rohrwand 111 ausgebildete, die Einführöffnung 15 konzentrisch umschließende Andruckschulter gasdicht auf.
Die in 8, 10 und 12 ausschnittweise im Längsschnitt dargestellten Messfühler sind bis auf Modifikationen am Gehäuse 12 identisch mit dem in 1 bzw. 5 dargestellten Messfühler, so dass gleich Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Befestigungsvorrichtung 20 umfasst wiederum die beiden Befestigungsteile 201 und 202 sowie ein Federelement 40, das an einer an jedem Befestigungsteil 201, 202 ausgebildeten Spannschulter 41, 42 angreift und eine zwischen den Befestigungsteilen 201 und 202 wirkende, axiale Spannkraft aufbringt. Das dem Gehäuse 12 zugeordnete obere Befestigungsteil 201 ist ein am Gehäuse 12 einstückig ausgebildeter Radialflansch 43, und das dem Rohrabschnitt 11 zugeordnete Befestigungsteil 202 ein am Rohrabschnitt konzentrisch zur Einführöffnung 15 befestigter Montagestutzen 44. Der Montagestutzen 44 ist wiederum mit einer Andruckschulter 29 versehen, auf der sich das Gehäuse 12 mit einer Gegenschulter 17 abstützt. Der Montagestutzen 44 ist in die Einführöffnung 15 eingesetzt und mit der Rohrwand 111 des Rohrabschnitts 11 durch eine rundum verlaufende Schweißnaht 26 verbunden.
In dem Ausführungsbeispiel der 8 ist die dem oberen Befestigungsteil 201 zugeordnete Spannschulter 41 am Radialflansch 43 auf dessen vom Montagestutzen 44 abgekehrten Oberseite und die dem unteren Befestigungsteil 202 zugeordnete Spannschulter 42 am Montagestutzen 44 auf der vom Radialflansch 43 abgekehrten Unterseite eines am freien Ende des Montagestutzens 44 angeformten, umlaufenden Ringwulstes 45 ausgebildet. Die Spannschulter 42 an der Unterseite des Ringwulstes 45 verläuft dabei unter einem stumpfen Winkel zur Mantelfläche des Montagestutzens 44. Im Ausführungsbeispiel der Befestigungsvorrichtung 20 gemäß 8 und 10 ist das Federelement 40 ein Ring 46 aus Federstahl mit stern- oder strahlenförmig abgehenden Federarmen 47. Die einstückig mit dem Ring 46 ausgebildete Federarme 47 sind unter einem spitzen Winkel vom Ring 46 abgebogen und an ihrem freien Ende zu einer Verrastkralle 471 abgewinkelt. Der Ring 46 liegt auf der Spannschulter 41 am Radialflansch 43 auf und ist auf diesem entweder verschweißt oder aufgepresst. Im Ausführungsbeispiel der 8 wird der Ring 46 von einer Abdeckkappe 19, die auf das Gehäuse 12 aufgesetzt und mit diesem verschweißt ist, an dem Radialflansch 43 festgepresst.
Bei der Montage des Messfühlers gemäß 8 wird dieser mit seinem schutzkappenseitigen Ende in den bereits an dem Rohrabschnitt 11 verschweißten Montagestutzen 44 soweit eingesteckt, bis die am Gehäuse 12 ausgebildete Gegenschulter 17 auf der Andruckschulter 29 aufliegt. Danach werden die Federarme 47 mit ihren Verrastkrallen 471 auf den Ringwulst 45 aufgeclipst, wobei mit zunehmendem radialen Aufdrücken der Federarme 47 auf den Ringwulst 45 die Verrastkrallen 471 auf der schrägen Spannschulter 42 entlanggleiten und eine zunehmende axiale Anpresskraft zwischen Andruckschulter 29 und Gegenschulter 17 erzeugen, die zu einer gasdichten Halterung des Messfühlers 10 im Montagestutzen 44 führt.
In dem Ausführungsbeispiel der Befestigungsvorrichtung 20 gemäß 10 ist der das untere Befestigungsteil 202 bildende Montagestutzen 44 so ausgeführt, dass der am Gehäuse 12 einstückig ausgeformte, das obere Befestigungsteil 201 bildende Radialflansch 43 in den Montagestutzen 44 eintaucht. Die dem unteren Befestigungsteil 202 zugeordnete Spannschulter 42 ist von einem dem eingetauchten Radialflansch 43 zugekehrten Hinterschnitt 48 und die dem oberen Befestigungsteil 201 zugeordnete Spannschulter 41 auf der dem Hinterschnitt 48 zugekehrten Oberseite des Radialflansches 43 ausgebildet. Das Federelement 40 der Befestigungsvorrichtung 20 ist ein Sprengring 49, der an seinen beiden einander zugekehrten Enden nach oben abgebogene Greifstege 491 trägt, über die der Sprengring 49 zusammengezogen werden kann.
Zur Montage des Sprengrings 49 bei in dem Montagestutzen 44 eingesetztem Messfühler 10, wobei wiederum die am Gehäuse 12 ausgebildete Gegenschulter 17 auf der im Montagestutzen 44 ausgebildeten Andruckschulter 29 aufliegt, wird der Sprengring 49 durch Zusammendrücken der beiden Greifstege 491 mit einem Werkzeug im Durchmesser reduziert und in diesem Zustand von oben her auf den im Montagestutzen 44 einliegenden Radialflansch 43 aufgesetzt. Nach Freigeben der Greifstege 491 spreizt sich der Sprengring 49 radial auf und schiebt sich zwischen Radialflansch 43 und Hinterschnitt 48 ein, wobei er eine axiale Anpresskraft der Gegenschulter 17 auf der Andruckschulter 29 erzeugt. Der Hinterschnitt 48 ist vorzugsweise keilförmig derart abgeschrägt, dass mit zunehmender radialer Tiefe des Hinterschnitts 48 sein Abstand vom freien Ende des Montagestutzens 44 anwächst. Das hat zur Folge, dass die vorstehend genannte axiale Anpresskraft sich mit zunehmendem Aufspreizen des Sprengrings 49 verstärkt. In 11 ist der Sprengring 49 in Draufsicht zu sehen.
In dem Ausführungsbeispiel der Befestigungsvorrichtung 20 in 12 ist wiederum das obere Befestigungsteil 201 von einem am Gehäuse 12 ausgebildeten Radialflansch 43 und das untere Befestigungsteil 202 von dem Montagestutzen 44 gebildet, der in die Einführöffnung 15 eingesetzt und mit der Rohrwand 111 des Rohrabschnitts 11 über die umlaufende Schweißnaht 26 gasdicht verbunden ist. Am freien Ende des Montagestutzens 44 ist – wie in 8 – ein umlaufender Ringwulst 45 angeformt, der auf seiner vom Radialflansch 43 abgekehrten Unterseite die Spannschulter 43 trägt. Die andere Spannschulter 41 ist wiederum am Radialflansch 42 ausgebildet. Beide Spannschultern 41, 42 sind ringförmig umlaufende Abschrägungen 51, 52 am Radialflansch 43 und Ringwulst 45. Das Federelement 40 der Befestigungsvorrichtung 20 weist zwei diametral gegenüberliegende Elementbereiche 53, 54 mit einem V-förmigen Querschnittsprofil auf, die bei montierter Befestigungsvorrichtung 20 auf den Abschrägungen 51, 52 kraftschlüssig aufliegen (12). Im Ausführungsbeispiel der 12 und 13 ist das Federelement 40 als U-förmige Federklammer 50 mit zwei Federschenkeln 501 und 502 ausgebildet. Die angesprochenen Elementbereiche 53, 54 mit V-förmigem Querschnittsprofil sind an den Federschenkeln 501 und 502 ausgebildet. Alternativ kann auch die komplette Federklammer 50 ein V-förmiges Querschnittsprofil aufweisen. Bei der Montage wird die Federklammer 50 bei in den Montagestutzen 44 eingesetztem Messfühler 10 quer zum Messfühler 10 mit ihrem Federschenkeln 501, 502 auf Radialflansch 43 und Ringwulst 45 am Montagestutzen 44 aufgeschoben, wobei sich die Elementbereiche 53, 54 mit dem V-förmigen Querschnittsprofil an diametralen Bereichen der umlaufenden, ringförmigen Abschrägungen 51, 52 an Radialflansch 43 und Ringwulst 45 unter Auseinanderspreizen der Federschenkel 501, 502 auf die Abschrägungen 51, 52 kraftschlüssig aufschieben. Wie 13 zeigt, sind die Schenkelenden der Federschenkel 501, 502 so geformt, dass sich nach Aufschieben der Federklammer 50 eine gewisse Verrastung der Federschenkel 501, 502 ergibt. Zum Demontieren der Federklammer 50 müssen die Schenkelenden der Federschenkel 501, 502 etwas aufgespreizt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele des als Lambda-Sonde eingesetzten Messfühlers beschränkt. In gleicher Weise kann ein Messfühler zur Bestimmung der Konzentration von Stickoxiden oder anderen gasförmigen Schadstoffen im Abgas einer Brennkraftmaschine oder ein Temperaturfühler zur Messung der Abgastemperatur durch die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung 20 an einem das Abgas führenden Rohrabschnitt 11 festgelegt werden.

Claims

Vorrichtung zur Befestigung eines eine physikalische Eigenschaft eines Messgases, insbesondere des Abgases von Brennkraftmaschinen, bestimmenden, ein Gehäuse (12) und ein darin angeordnetes Sensorelement (13) aufweisenden Messfühlers (10) an einem das Messgas führenden Rohrabschnitt (11), mit zwei zusammenwirkenden Befestigungsteilen (201, 202) zum axial kraftschlüssigen Aufspannen des Gehäuses (12) auf eine eine Einführöffnung (15) für dem Messfühler (10) aufweisenden Rohrwand (111) des Rohrabschnitts (11), von denen ein Befestigungsteil (201) dem Gehäuse (12) und das andere Befestigungsteil (202) dem Rohrabschnitt (11) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsteile (201, 202) miteinander paarweise korrespondierende Klemmstücke aufweisen und dass von jedem Klemmstückpaar ein Klemmstück eine keilförmige Kontur aufweist, die derart ausgerichtet ist, dass durch formschlüssiges Aufschieben der Klemmstücke eines Klemmstückpaars aufeinander eine vom Gehäuse (12) zum Rohrabschnitt (11) gerichtete, axiale Kraftkomponente entsteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Gehäuse (12) zugeordnete Befestigungsteil (201) ein Spannring (21), der mit einer radial nach innen vorspringenden Ringschulter (22) eine am Gehäuse (12) ausgebildete, ringförmige Auflagefläche (16) übergreift, und das dem Rohrabschnitt (11) zugeordnete Befestigungsteil (202) ein am Rohrabschnitt (11) konzentrisch zur Einführöffnung (15) befestigter Gegenring (24) ist und dass die Klemmstücke an Spann- und Gegenring (21, 24) angeordnet sind und nach Art eines Bajonettverschlusses ineinandergreifen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die am Gegenring (24) angeordneten Klemmstücke von aus der Ringwand ausgeschnittenen, zum Stirnende hin offenen Aussparungen (27) mit jeweils einem am Aussparungsgrund sich in Umfangsrichtung fortsetzenden Schlitz (28) gebildet sind, dessen eine Schlitzkante (281) zumindest teilweise unter einem spitzen Winkel zur Querschnittsebene des Spannrings (21) verläuft, und dass die am Spannring (21) angeordneten Klemmstücke von in Umfangsrichtung zueinander versetzt radial abstehenden Spannlaschen (23) gebildet sind, deren in Umfangsrichtung gesehene Breite kleiner ist als die Breite der Aussparungen (27) und deren axiale Stärke kleiner ist als die axiale Schlitzbreite am Schlitzende des Schlitzes (28).
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Spannrings (21) kleiner ist als der Innendurchmesser des Gegenrings (24) und dass die Spannlaschen (23) an dem von der Ringschulter (22) abgekehrten Ende des Spannrings (21) angeordnet und nach außen gerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an Spannring (21) und Gegenring (24) jeweils eine gleiche Anzahl von um gleiche Umfangswinkel zueinander versetzte Aussparungen (27) mit Schlitzen (28) und Spannlaschen (23) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Spannring (21) Bohrlöcher (30) zum Einstecken eines stiftartigen Montagewerkzeugs für das Drehen des Spannrings (21) eingebracht sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 5, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ringwandabschnitt des Spannrings (21') ein Schlüsselsechskant (31) ausgeformt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Gehäuse (12) zugeordnete Befestigungsteil vom Gehäuse (12) selbst und das dem Rohrabschnitt (11) zugeordnete Befestigungsteil (202) von einer am Rohrabschnitt (11) konzentrisch zur Einführöffnung (15) befestigten Hülse (33) gebildet ist, dass die am Gehäuse (12) angeordneten Klemmstücke von am Gehäuse (12) diametral angeordneten, nach außen abfallenden Schrägschulterabschnitten (181) und die der Hülse (33) zugeordneten Klemmstücke von zwei Schenkeln (361, 362) einer in der Querschnittsebene der Hülse (33) radial verschieblich geführten, hufeisenförmigen Schiebeplatte (36) gebildet sind, die jeweils auf eine der Schrägschulterabschnitte (181) aufschiebbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (33) zur Führung der Schiebeplatte (36) zwei diametral angeordnete, kreissegmentförmige Einschnitte (37) aufweist, deren axiale Breite größer ist als die Schenkelstärke der Schiebeplatte (36).
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägschulterabschnitte (181) Teil einer am Gehäuse (12) umlaufend ausgebildeten, ringförmigen Schrägschulter (18) sind und dass die einander zugekehrten Schenkelkanten (281) der Schenkel (361, 362) der Schiebeplatte (36) kreisbogenförmige Einwölbungen (38) aufweisen, die nach unter Aufspreizen der Schenkel (361, 262) erfolgtem Einschieben der Schiebeplatte (36) in die Hülse (33) das Gehäuse (12) teilweise umgreifen.
Vorrichtung nach dem Obergebriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Befestigungsteil (201, 202) eine Spannschulter (41, 42) aufweist, und dass ein an den Spannschultern (41, 42) angreifendes Federelement (40) eine zwischen den Befestigungsteilen (201, 202) wirkende axiale Spannkraft aufbringt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Gehäuse (12) zugeordnete Befestigungsteil (201) ein einstückig am Gehäuse (12) ausgebildeter Radialflansch (43) und das dem Rohrabschnitt (11) zugeordnete Befestigungsteil (202) ein am Rohrabschnitt (11) konzentrisch zur Einführöffnung (15) befestigter Montagestutzen (44) ist, an dem sich das Gehäuse (12) axial abstützt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (40) ein Ring (46) aus Federstahl mit sternförmig abgehenden, mit dem Ring (46) einstückigen Federarmen (47) ist, die unter einem spitzen Winkel zur Ringachse vom Ring (46) abgebogen sind und an ihrem freien Ende eine abgewinkelte Verrastkralle (471) tragen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Spannschulter (41) am Radialflansch (43) auf dessen vom Montagestutzen (44) abgekehrten Oberseite und die andere Spannschulter (42) am Montagestutzen (44) auf der vom Radialflansch (43) abgekehrten Unterseite eines am Montagestutzen (44) angeformten Ringwulstes (45) ausgebildet ist und dass der Ring (46) auf der am Radialflansch (43) ausgebildeten Spannschulter (41) aufliegt und die Verrastkrallen (471) auf der am Ringwulst (45) ausgebildeten Spannschulter (42) aufgeclipst sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die am Ringwulst (45) ausgebildete Spannschulter (42) unter einem stumpfen Winkel zur Mantelfläche des Montagestutzens (44) verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 – 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (46) auf dem Radialflansch (43) befestigt, vorzugsweise verschweißt oder geklemmt, ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Montagestutzen (44) so ausgebildet ist, dass der Radialflansch (43) in den Montagestutzen (44) eintaucht, dass die Spannschulter (42) am Montagestutzen (44) von einem dem Radialflansch (43) zugekehrten Hinterschnitt (48) in der Innenwand des Montagestutzens (44) gebildet und die Spannschulter (41) am Radialflansch (43) auf dessen dem Hinterschnitt (48) zugekehrten Oberseite ausgebildet ist und dass das Federelement (40) ein nach Aufsetzen auf den Radialflansch (43) sich aufspreizender Sprengring (49) ist, der sich radial zwischen Radialflansch (43) und Hinterschnitt (48) einschiebt.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterschnitt (48) derart abgeschrägt ist, dass mit zunehmender radialer Tiefe sein Abstand vom freien Ende des Montagestutzens (44) anwächst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannschultern (41, 42) von umlaufenden Abschrägungen (51, 52) am Radialflansch (43) einerseits und an einem am Montagestutzen (44) angeformten Ringwulst (45) andererseits gebildet sind, dass die Abschrägungen (51, 52) auf voneinander abgekehrten Seiten von Radialflansch (43) und Ringwulst (45) mit gegenläufigen Schrägungswinkel angeordnet sind, und dass das Federelement (40) zwei diametral gegenüberliegende Elementbereiche (53, 54) mit V-förmigem Querschnittsprofil aufweist, die kraftschlüssig auf den Abschrägungen (51, 52) aufliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Elementbereiche (53, 54) an den Federschenkeln (501, 502) einer U-förmigen Federklammer (50) ausgebildet sind, die quer auf Radialflansch (43) und Ringwulst (45) aufgeschoben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergreifungsbereich der Abschrägungen (51, 52) durch die Federschenkel (501, 502) der Federklammer (50) ca. 90° Umfangswinkel beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 21, dadurch gekennzeichnet, dass an dem dem Rohrabschnitt (11) zugeordneten Befestigungsteil (202) eine Andruckschulter (29) ausgebildet ist, auf die sich eine am Gehäuse (12) ausgebildete Gegenschulter (17) gasdicht aufsetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass Andruckschulter (29) und Gegenschulter (17) ringförmig sind und sich unter einem Winkel größer 0° und kleiner oder gleich 90° zur Gehäuseachse erstrecken und, dass die Schultern (29, 17) eben sind oder mindestens eine der Schultern (29, 17) konvex ausgebildet ist.