DE60018776T2

DE60018776T2 - Kriechgeförderte sensorbefestigung

Info

Publication number: DE60018776T2
Application number: DE60018776T
Authority: DE
Inventors: D. Paul DALY
Original assignee: Siemens VDO Automotive Inc
Current assignee: Continental Tire Canada Inc
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: EP1221022A1; US6374685B1; DE60018776D1; EP1221022B1; JP2003511630A; WO2001027564A1; HUP0204039A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeugsensor, genauer gesagt eine Sensorbefestigungsanordnung für Strömungsmittelleitkomponenten von Fahrzeugen, die eine verbesserte Haltekraft über die Zeit vorsieht.
Versehiedene Arten von Lufteinlasskomponenten, wie Luftansaugkrümmer, Luftfiltereinheiten und Drosselklappen, finden bei Brennkraftmaschinen Verwendung. Viele bekannte Lufteinlasskomponenten werden gegenwärtig aus einem nichtmetallischen Material, wie Nylon, hergestellt, um die Herstellung zu vereinfachen und das Gewicht zu verringern.
Das Vorherrschen von im wesentlichen nichtmetallischen Lufteinlasskomponenten kann jedoch zu Schwierigkeiten bei der Installation von Sensoren, wie Temperatursensoren, Ansaugkrümmerabsolutdrucksensoren (MAP), Luftmassenstromsensoren, Potentiometern u. ä., führen. Derartige Sensoren werden normalerweise direkt in Öffnungen in den Lufteinlasskomponenten geschraubt. Andere Sensoren besitzen ausgedehnte Laschen, die Schraubbefestigungselemente aufnehmen, welche in die Lufteinlasskomponenten eindringen. Während des Gebauches über die Zeit erhitzen sich jedoch die Lufteinlasskomponenten, und der eingeschraubte Sensor oder das Befestigungselement können dazu neigen, sich von der installierten Position weg zu bewegen. Der Sensor kann sich dann gegenüber seiner ursprünglichen Position verschieben und zu einer Funktionsverschlechterung führen.
Eine andere bekannte Sensorbefestigungsanordnung besitzt einen Widerhaken, der gegen eine Leiste schnappt. Diese bekannte Widerhaken-Leisten-Einheit kann jedoch relativ einfach gelöst werden. Ein Maß für eine solche Rastverbindung ist das Verriegelungsverhältnis, das als die Kraft zum Erstellen der Rastverbindung geteilt durch die Kraft zum Lösen der Rastverbindung definiert werden kann. Dieses Verriegelungsverhältnis für die bekannte Widerhaken-Leisten-Anordnung beträgt etwa 1 : 2. Mit anderen Worten, zum Entfernen des Widerhakens benötigt man nur etwa die doppelte Kraft, die zum Einsetzen des Widerhakens erforderlich ist. Ein niedriges Verriegelungs- bzw. Halteverhältnis ist besonders nachteilig, wenn die Verbindung benachbart zu einer Fahrzeugkomponente mit hohen Vibrationen angeordnet ist.
Typischerweise sind bekannte Sensorbefestigungsanordnungen für jeden speziellen Sensor einzigartig. Diese einzigartigen Befestigungsanordnungen komplizieren die Herstellung der Lufteinlasskomponente und erhöhen die Schwierigkeiten beim Ersatz von Sensoren für unterschiedliche Fahrzeug- und Motortypen.
Andere bekannte Anwendungen umfassen Kriechvorkehrungen in den Befestigungsanordnungen von Spielzeug. Typischer weise ist eine Widerhaken-Leisten-Anordnung oder Bajonettanordnung bei Kunststoffspielzeug vorgesehen, um die Haltekraft über die Zeit zu erhöhen. Die bekannten Spielzeugbefestigungsanordnungen sind jedoch noch relativ einfach zu demontieren, da sie eine vereinfachte Eingriffsanordnung besitzen.
Es ist daher wünschenswert, eine Sensoreinheit zu schaffen, die in einfacher, sicherer und billiger Weise an einer nichtmetallischen Strömungsmittelleitkomponente befestigt werden kann und die für eine verbesserte Haltekraft sorgt, wenn während des Einsetzens erzeugte Restspannungen abgebaut werden. Es ist ferner wünschenswert, eine generelle Befestigungsanordnung zum einfachen Herstellen der Lufteinlasskomponente zu schaffen, die die Austauschbarkeit von Sensoren ermöglicht.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeuggasansaugkrümmer geschaffen, der umfasst:
einen Kunststoffkrümmer mit einem Sensoraufnahmeelement, das aus einem ersten Kunststoffmaterial geformt ist und eine Öffnung mit einer Eingriffsfläche aufweist, und einen Sensorkörper, der aus einem zweiten Kunststoffmaterial geformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kunststoffmaterial eine Kunststoffhärte besitzt, die geringer ist als die des ersten Kunststoffmateriales, und dass der Sensorkörper so in die Öffnung in einer ersten Richtung einsetzbar ist, dass ein Bereich erhöhter Spannung benachbart zur Eingriffsfläche erzeugt wird, der im wesentlichen über eine Zeitdauer in einer zweiten Richtung abbaubar ist, wodurch der Sensor kriecht, um einen sicheren Eingriffszustand in bezug auf das Sensoraufnahmeelement aufrechtzuerhalten.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Montage einer Sensoreinheit in einer Gaskrümmereinheit eines Fahrzeuges vorgesehen, das die folgenden Schritte umfasst:

(1) Ausbilden eines Luftansaugkrümmers einschließlich eines Sensoraufnahmeelementes aus einem ersten Kunststoffmaterial;
(2) Ausbilden eines Sensorkörpers aus einem zweiten Kunststoffmaterial, das eine geringere Kunststoffhärte als das erste Material und eine Eingriffsfläche besitzt; und
(3) Einsetzen des Sensorkörpers in das Sensoraufnahmeelement in einer ersten Richtung;

Die vorliegende Erfindung sieht somit eine Fahrzeugsensoreinheit aus einem Material relativ geringer Dichte für eine Strömungsmittelleitkomponente eines Fahrzeuges, wie einen Luftansaugkrümmer, mit einem Sensoraufnahmeelement aus einem Material relativ hoher Dichte vor. Die Sensoreinheit umfasst vorzugsweise eine Sensoreingriffsfläche, wie eine Nut, in einem Haltesegment des Sensors. Die Sensoreingriffsfläche hat eine Außenumfangsabmessung, und eine Sensoraufnahmeelementeingriffsfläche besitzt eine Innenumfangsabmessung, die einen geringeren Durchmesser aufweist als der Außendurchmesser der Sensoreingriffsfläche im freien Zustand. Da die Sensoreingriffsfläche größer ist als die Sensoraufnahmeelementeingriffsfläche, wird vorzugsweise ein Presssitz erzeugt, wenn der Sensor in das Sensoraufnahmeelement eingesetzt wird.
Wenn der Sensor in das Sensoraufnahmeelement eingesetzt wird, wird die weichere Sensoreingriffsfläche durch die härtere Sensoraufnahmeelementeingriffsfläche aus ihrem freien Zustand verschoben. Auf diese Weise wird ein Bereich hoher Spannung im Sensor benachbart zur Sensoreingriffsfläche ausgebildet. Wenn der Sensor in einer speziellen Richtung in das Sensoraufnahmeelement eingesetzt wird, bildet sich der Bereich hoher Spannung im wesentlichen auf der Seite der Sensoreingriffsfläche, die der Einsetzrichtung gegenüberliegt. Die weichere Sensoreingriffsfläche ist elastisch und versucht immer, die Lage ihres freien Zustandes wiedereinzunehmen, um die hohe Spannung abzubauen. Bei einem Versuch, in ihren freien Zustand zurückzukehren, „kriecht" die Sensoreingriffsfläche zu einem Bereich niedriger Spannung.
Über eine Zeitdauer neigt das „Kriechen" vom Bereich hoher Spannung zum Bereich niedriger Spannung dazu, die Sensoreingriffsfläche relativ zur Sensoraufnahmeelementeingriffs fläche zu verschieben. Diese Bewegung nimmt zu, wenn die Sensoreingriffsfläche Wärme ausgesetzt ist. Daher spricht der Sensorkörper auf das „Kriechen" in Richtung auf die Strömungsmittelleitkomponente des Fahrzeuges an. Die vorliegende Erfindung nutzt daher in vorteilhafter Weise den Abbau von Restspannungen, die während des Einsetzens des Sensorkörpers erzeugt werden, aus, um die Montage des Sensors in der Strömungsmittelleitkomponente des Fahrzeuges zu verfestigen.
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden für den Fachmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform deutlich. Die Zeichnungen, die der detaillierten Beschreibung beigefügt sind, können kurz wie folgt beschrieben werden:
1 ist eine generelle Schnittansicht einer Sensoreinheit mit zugehöriger Strömungsmittelleitkomponente eines Fahrzeuges, die erfindungsgemäß ausgebildet ist;
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die das Eingriffselement zeigt; und
2A ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die den Bereich hoher Spannung, der benachbart zur Eingriffsfläche ausgebildet wird, und dessen Verschiebung zeigt.
1 ist eine auseinandergezogene Ansicht einer Fahrzeugsensoreinheit 10 und einer Strömungsmittelleitkomponente 12 eines Fahrzeuges, wie eines Luftansaugkrümmers. Die Strömungsmittelleitkomponente 12 ist vorzugsweise aus einem nichtmetallischen Material hergestellt, wie mit Glas gefülltem Nylon, PET, LCP, PPC, PBT oder verschiedenen anderen relativ harten Kunststoffen oder Kunststoffen mit hoher Dichte. Die Sensoreinheit 10 umfasst einen Sensorkörper 14, um ein Sensorelement 16 zu halten, wie Temperatursensoren, Ansaugkrümmerabsolutdrucksensoren (MAP), Luftmassenstromsensoren, Potentiometer oder andere Sensorelemente. Der Sensorkörper 14 ist vorzugsweise aus einem nichtmetallischen Material hergestellt, wie Polypropylen oder diversen anderen relativ weichen Kunststoffen oder Kunststoffen mit niedriger Dichte.
Ein Sensoraufnahmeelement 18 ist vorzugsweise in der Strömungsmittelleitkomponente 12 des Fahrzeuges, wie einem Luftansaugkrümmer, ausgebildet. Wie in 1 gezeigt, erstreckt sich das Sensoraufnahmeelement 18 von einer Außenwand 20 der Strömungsmittelleitkomponente 12 aus und bildet eine Öffnung 22 in das Innere 24 der Strömungsmittelleitkomponente 12. Das Sensoraufnahmeelement 18 umfasst vorzugsweise eine Eingriffsfläche 26, wie einen Umfangsrand 26, die sich von einer Innenwand 28 der Öffnung 22 nach innen erstreckt.
Der Sensor 10 besitzt eine Sensoreingriffsfläche 30, wie eine Nut 30, in einem Haltesegment 32 des Sensorkörpers 14. Das Haltesegment 32 ist in die Öffnung 26 entlang einer ersten Achse 34 eingepasst. Ein Sensorkörpersegment 36 er streckt sich vom Haltesegment 32 aus und ist vorzugsweise als Zylinder hergestellt, der einen größeren Durchmesser als das Haltesegment 32 besitzt.
Eine Dichtung 38, wie ein O-Ring, ist am Haltesegment 32 angeordnet. Nach der Montage wird die Dichtung 38 zwischen dem Sensorhaltelement 32 und der Innenwand 28 auf Druck beaufschlagt, um eine luftdichte Passung des Sensorkörpers 14 in der Strömungsmittelleitkomponente 12 sicherzustellen. Obwohl eine Radialdichtung dargestellt ist, versteht es sich, dass auch andere Dichtungskonfigurationen und Stellen Anwendung finden können, beispielsweise eine Stirndichtung benachbart zum Körpersegment 36.
Die Sensoreingriffsfläche 30 hat eine Außenumfangsabmessung. Die Sensoraufnahmeelementeingriffsfläche 26 hat eine Innenumfangsabmessung, die einen kleineren Durchmesser besitzt als der Außendurchmesser der Sensoreingriffsfläche 30 im freien Zustand. Da die Sensoreingriffsfläche 30 größer ist als die Sensoraufnahmeelementeingriffsfläche 26 wird vorzugsweise eine Presspassung erzeugt, wenn der Sensor 14 in das Sensoraufnahmeelement 18 eingesetzt wird (durch den Pfeil I angedeutet).
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Sensoreingriffsfläche 30, die mit der Sensoraufnahmeelementeingriffsfläche 26 in Eingriff steht. Wenn der Sensor 14 in das Sensoraufnahmeelement 18 eingesetzt wird (Pfeil I), wird die weichere Sensoreingriffsfläche 30 aus ihrem freien Zustand durch die härtere Sensoraufnahmeelementeingriffsfläche 26 verschoben. Auf diese Weise wird ein Bereich hoher Spannung (schematisch bei 40 gezeigt) im Sensorkörper 14 benachbart zur Sensoreingriffsfläche 30 ausgebildet. Wenn der Sensor 14 in der Richtung des Pfeiles I in das Sensoraufnahmeelement 18 eingesetzt wird, bildet sich der Bereich 40 hoher Spannung im wesentlichen auf der Seite der Sensoreingriffsfläche 30 in Einsetzrichtung I.
Die weichere Sensoreingriffsfläche 30 ist elastisch und versucht permanent, in die Position ihres freien Zustandes zurückzukehren, um die hohe Spannung im Bereich 40 abzubauen. Bei dem Versuch, in ihren freien Zustand zurückzukehren, „kriecht" die Sensoreingriffsfläche 30 in Richtung auf einen Bereich geringer Spannung (schematisch bei 42 gezeigt). Die Spannung im Bereich 40 hoher Spannung bewegt sich in Einsetzrichtung C vom Bereich 40 hoher Spannung zum Bereich 42 niedriger Spannung (schematisch durch den Pfeil C in 2A angedeutet). Über eine Zeitdauer neigt das „Kriechen" vom Bereich 40 hoher Spannung bis zum Bereich 42 niedriger Spannung dazu, die Sensoreingriffsfläche 30 relativ zur Sensoraufnahmeelementeingriffsfläche 26 zu verschieben. Diese Bewegung nimmt zu, wenn die Sensoreingriffsfläche 30 Wärme ausgesetzt wird.
Der Sensorkörper 14 antwortet daher durch „Kriechen" in der Einsetzrichtung I entlang der ersten Achse 34. Über die Zeit setzt sich daher der Sensorkörper 14 selbst in das Sensoraufnahmeelement 18. Mit anderen Worten, anstelle eines Lösens aus der Montageposition nutzt die vorliegende Erfindung den Abbau der Restspannungen, die während des Einsetzens des Sensorkörpers 14 erzeugt werden, aus, um den Eingriff zwischen der Sensoreingriffsfläche 30 und der Sensoraufnahmeelementeingriffsfläche 26 zu verfestigen.
Die vorstehende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und in keiner Weise beschränkend. Viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind angesichts der vorstehend wiedergegebenen Lehre möglich. Die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung wurden offenbart. Es versteht sich jedoch, dass der Fachmann ohne weiteres erkennt, dass bestimmte Modifikationen möglich sind, die unter den Umfang der Erfindung fallen. Es versteht sich daher, dass die Erfindung im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche auch anders als hier speziell beschrieben ausgeführt werden kann. Aus diesem Grund sollten die nachfolgenden Patentansprüche geprüft werden, um den echten Schutzumfang dieser Erfindung festzulegen.

Claims

Fahrzeuggaskrümmer mit einem Kunststoffkrümmer (12) mit einem Sensoraufnahmeelement (18), das aus einem ersten Kunststoffmaterial geformt ist und eine Öffnung mit einer Eingriffsfläche (26) aufweist, und einem Sensorkörper (14), der aus einem zweiten Kunststoffmaterial geformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kunststoffmaterial eine Kunststoffhärte besitzt, die geringer ist als die des ersten Kunststoffmateriales, und dass der Sensorkörper (14) in die Öffnung in einer ersten Richtung so einsetzbar ist, dass ein Bereich erhöhter Spannung (40) benachbart zur Eingriffsfläche (26) erzeugt wird, der in einer zweiten Richtung über eine Zeitdauer im wesentlichen abbaubar ist, wodurch der Sensor kriecht, um einen sicheren Eingriffszustand relativ zum Sensoraufnahmeelement aufrechtzuerhalten.
Sensoreinheit nach Anspruch 1, bei der die Eingriffsfläche einen Umfangsrand aufweist.
Sensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Bereich erhöhter Spannung eine Druckspannung umfasst.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das erste Material ein mit Glas gefülltes Nylonmaterial umfasst.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das zweite Material ein Polypropylenmaterial umfasst.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die des weiteren eine mit dem Sensoraufnahmeelement und dem Sensorkörper in Eingriff bringbare Dichtung aufweist.
Verfahren zur Montage einer Sensoreinheit in der Gaskrümmereinheit eines Fahrzeuges mit den folgenden Schritten: (1) Ausbilden eines Lufteinlasskrümmers (12), der ein Sensoraufnahmeelement (16) aus einem ersten Kunststoffmaterial aufweist; (2) Ausbilden eines Sensorkörpers (14) aus einem zweiten Kunststoffmaterial mit einer Kunststoffhärte, die geringer ist als die Härte des ersten Materiales, und einer Eingriffsfläche (26); und (3) Einsetzen des Sensorkörpers (14) in das Sensoraufnahmeelement (16) in einer ersten Richtung; dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich erhöhter Spannung (40) benachbart zur Eingriffsfläche (26) ausgebildet wird, um ein Kriechen des Sensorkörpers zu verursachen und auf diese Weise einen sicheren Eingriffszustand in bezug auf das Sensoraufnahmeelement aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem Schritt (3) das Vorsehen einer Presspassung zwischen dem Sensorkörper und dem Sensoraufnahmeelement beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem Schritt (4) das Ausbilden des Bereiches erhöhter Spannung auf einer Seite der Sensoreingriffsfläche im wesentlichen gegenüber der ersten Richtung beinhaltet.