EP2681747A2 - Hochtemperatursensor zur anordnung in einem metallrohr - Google Patents

Hochtemperatursensor zur anordnung in einem metallrohr

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EP2681747A2
EP2681747A2 EP12752149.0A EP12752149A EP2681747A2 EP 2681747 A2 EP2681747 A2 EP 2681747A2 EP 12752149 A EP12752149 A EP 12752149A EP 2681747 A2 EP2681747 A2 EP 2681747A2
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EP
European Patent Office
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metal tube
contact wires
temperature sensor
spacers
egg
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Withdrawn
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EP12752149.0A
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Thomas Niemann
Torsten Eggers
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Hella GmbH and Co KGaA
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Hella KGaA Huek and Co
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Publication date
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    • F01N11/002—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus the diagnostic devices measuring or estimating temperature or pressure in, or downstream of the exhaust apparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • G01K1/143—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations for measuring surface temperatures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/06—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a temperature sensor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2205/00—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle
    • G01K2205/04—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle for measuring exhaust gas temperature

Definitions

  • High-temperature sensor for arrangement in a metal tube, in particular within an exhaust line of an internal combustion engine
  • the invention relates to a high-temperature sensor with contact wires in a metal tube, preferably in a curved metal tube, for arrangement in particular within a Abgasstranges an internal combustion engine, along the contact wires arranged in rows distributed spacers to hold the contact wires at a predetermined distance from the inner wall of the metal tube ,
  • DE 10 2005 030 643 A1 specifies a temperature sensor.
  • DE 102 11 029 A1 describes a temperature sensor.
  • Internal combustion engines for vehicles but also other internal combustion engines, have a plurality of high-temperature sensors for compliance with the exhaust gas limit values and also for component protection in the exhaust gas system of the internal combustion engine. These are, as a so-called "contact group" housed in an associated metal tube.
  • the metal tube is to be curved, which corresponds to a frequently used 90 ° variant of high-temperature sensors, the metal tube present with the contact group positioned therein is bent by a bending process.
  • the entire contact group must have enough play for it to be easily joined, on the other hand, after the bending, any existing play must be eliminated, with the enormous vibrations
  • the invention has for its object to simplify the structure or the arrangement of a high-temperature sensor, especially in the 90 ° variant, manufacturing moderately.
  • the high-temperature sensor according to the invention with contact wires in a curved metal tube for arrangement within an exhaust line of a
  • each spacer body is approximately egg-shaped. This particular shape of the spacer body, wherein the diameter of the Eibauches at most equal to the clear width of the still uncurved metal tube, allows a fully automatic production of the entire assembly, the High-temperature sensor comprising contact wires, as well as the arranged in rows along the contact wires arranged spacers.
  • the spacers are with particular advantage to the contact wires molded injection molded parts made of polymer ceramic. Of course, other equivalent materials are suitable in order to automatically produce the spacers in the injection molding process can. In injection molds, any inserts can be arranged, which can be overmoulded. Due to their special shape, the egg-shaped spacers have an upper radius which is smaller than the lower radius. During the bending deformation of the metal tube occurs due to the extension of one of the walls of the metal tube and the compression of the other wall to rotate the egg-shaped spacers, such that the radius inner edge abuts the smaller radius of the metal tube and the outer edge of the larger , Thus, a compensation of the different radii of the metal tube is given.
  • each spacer corresponds to an eggline of a third degree equation.
  • an equation 2y 2 (x-1) (x-2) (x-3) is applicable.
  • FIG. 1 shows the sectional view of a metal tube with spacer bodies lined up along contact wires
  • FIG. 2 shows a side view of a spacer according to FIG. 1; FIG. and
  • FIG. 3 shows a section of the metal tube, which is curved relative to FIG. 1, with spacer bodies located therein.
  • Fig. 1 is a sectional view of a metal tube 1 is shown, in which a kind of pearl necklace from interconnected by contact wires 3 spacers 2, 2 ', 2 ", is retracted.
  • the number of spacers of such a contact group can be arbitrary, depending on the length of the contact wires, but always at least two spacers form a contact group.
  • the contact wires are connected to a sensor, not shown here, for example, a high-temperature sensor, the measured values on the Contact wires supplied to an electronics, not shown, in which the measured values are evaluated.
  • the metal tube 1 may, for example, lead via an associated hole in an exhaust line of an internal combustion engine to there over the on a
  • End of the metal tube located sensor to tap appropriate exhaust emissions.
  • the metal pipe 1 is preferably made of chromium-nickel steel (e.g., Inconel 601) which is and remains corrosion resistant even at high temperatures.
  • chromium-nickel steel e.g., Inconel 601
  • Each spacer body 2, 2 ', 2 " is a molded plastic ceramic injection molded part, the diameter of the egg tube being at most equal to the clear width of the still uncurved metal tube.
  • FIG. 2 shows a side view of a spacer 2, which has an egg shape, where "S” denotes the axis of symmetry of the egg-shaped body, and an egg becomes narrower at one end and shows the special feature of a single symmetry axis "S"
  • Radii such as R1 and R2 within an outline defining the outline.
  • the radius R1 is greater than the radius R2.
  • the metal pipe V is shown in a curved shape.
  • the spacers in the curved metal tube 1 ' are here designated by 2 and 2'.
  • the spacer 2 ' Since the outer wall 4 of the metal tube 1 'is stretched while bending in the intended curvature, while simultaneously compressing the inner wall 4', the spacer 2 'has turned relative to the adjacent spacer 2 in the direction of the short curved arrows 5. As a result of this rotation about the angle ⁇ , the contact point a of the spacer 2 'has moved out of its previous position a' and is now in a position in which a clearance would be provided between the spacer 2 'and the compressed inner wall surface of the metal tube 1'.

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Abstract

Bei einem Hochtemperatursensor mit Kontaktdrähten in einem Metallrohr, vorzugsweise einem gekrümmten Metallrohr zur Anordnung insbesondere innerhalb eines Abgasstranges einer Brennkraftmaschine, mit entlang den Kontaktdrähten reihenförmig verteilt angeordneten Distanzkörpern, um die Kontaktdrähte in einer vorbestimmten Distanz zur Innenwand des Metallrohres zu halten, ist jeder Distanzkörper etwa eiförmig ausgebildet ist, wobei der Durchmesser des Ei-Bauches höchstens gleich der lichten Weite des noch ungekrümmten Metallrohres ist. Die Distanzkörper sind an die Kontaktdrähte geformte Spritzgussteile aus Polymerkeramik.

Description

Hochtemperatursensor zur Anordnung in einem Metallrohr, insbesondere innerhalb eines Abgasstranges einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochtemperatursensor mit Kontaktdrähten in einem Metallrohr, vorzugsweise in einem gekrümmten Metallrohr, zur Anordnung insbesondere innerhalb eines Abgasstranges einer Brennkraftmaschine, mit entlang den Kontaktdrähten reihenförmig verteilt angeordneten Distanzkörpern, um die Kontaktdrähte in einer vorbestimmten Distanz zur Innenwand des Metallrohres zu halten.
In der DE 10 2005 030 643 A1 ist ein Temperaturfühler angegeben. Die DE 102 11 029 A1 beschreibt einen Temperatursensor.
Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge, aber auch andere Brennkraftmaschinen, weisen zur Einhaltung der Abgasgrenzwerte und auch zum Bauteileschutz im Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine mehrere Hochtemperatursensoren auf. Diese sind, als so genannte „Kontaktgruppe", in einem zugeordneten Metallrohr untergebracht.
Soll das Metallrohr gekrümmt sein, was einer häufig eingesetzten 90° Variante von Hochtemperatursensoren entspricht, wird das mit der darin positionierten Kontaktgruppe vorliegende Metallrohr durch einen Biegevorgang gekrümmt. Einerseits muss die gesamte Kontaktgruppe genug Spiel aufweisen, damit sie problemlos gefügt werden kann, andererseits muss nach dem Biegen noch vorhandenes Spiel eliminiert werden, damit durch die enormen Vibrationen
BESTÄTIGUNGSKOPIE während des Betriebs der Brennkraftmaschine kein Versagensbruch der Anordnung der Hochtemperatursensoren, insbesondere ihrer Kontaktdrähte, erfolgen kann. Es sind Anordnungen bekannt, die zum Beispiel durch Quarzglasseide ummantelt sind und in eine Einschüttung aus Aluminiumoxidpulver eingebettet sind.
Die Ummantelung mit Quarzglasseide und die anschließende Einbettung in eine Aluminiumoxidpulverschüttung erfordert entsprechende Fertigungsvorgänge, die zu entsprechenden Kostensteigerungen bei der Bereitstellung von Hochtemperatursensoren führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau beziehungsweise die Anordnung eines Hochtemperatursensors, insbesondere in der 90° Variante, fertigungsmäßig zu vereinfachen.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3.
Der erfindungsgemäße Hochtemperatursensor mit Kontaktdrähten in einem gekrümmten Metallrohr zur Anordnung innerhalb eines Abgasstrangs einer
Brennkraftmaschine, wobei entlang den Kontaktdrähten reihenförmig verteilt angeordnete Distanzkörper vorhanden sind, zeichnet sich dadurch aus, dass jeder Distanzkörper etwa eiförmig ausgebildet ist. Diese besondere Form des Distanzkörpers, wobei dessen Durchmesser des Eibauches höchstens gleich der lichten Weite des noch ungekrümmten Metallrohres, ermöglicht eine vollautomatische Herstellung der gesamten Einbaugruppe, die den Hochtemperatursensor mit Kontaktdrähten umfasst, sowie die reihenförmig entlang der Kontaktdrähte verteilt angeordneten Distanzkörper.
Da der Durchmesser des Eibauches der Distanzkörper höchstens gleich der lichten Weite des noch ungekrümmten Metallrohres ist, lässt sich die
Kontaktgruppe aus Kontaktdrähten, Distanzkörpern und Hochtemperatursensor problemlos fügen.
Die Distanzkörper sind mit besonderem Vorteil an die Kontaktdrähte geformte Spritzgussteile aus Polymerkeramik. Selbstverständlich sind auch andere gleichwertige Werkstoffe geeignet, um daraus die Distanzkörper im Spritzgussverfahren automatisch herstellen zu können. In Spritzgussformen lassen sich beliebige Einlegeteile anordnen, die umspritzt werden können. Die eiförmigen Distanzkörper weisen durch ihre besondere Form einen oberen Radius auf, der geringer ausfällt als der untere Radius. Während der Biegeverformung des Metallrohres kommt es, aufgrund der Streckung einer der Wandungen des Metallrohres und der Stauchung der jeweils anderen Wandung, zur Drehung der eiförmigen Distanzkörper, derart, dass die radiusinnenliegende Flanke an dem kleineren Radius des Metallrohres anliegt und die äußere Flanke an dem größeren. Somit ist eine Kompensation der unterschiedlichen Radien des Metallrohres gegeben. Diese Kompensation führt zu einer Verklemmung der Distanzkörper innerhalb des Metallrohres, sodass die Distanzkörper in dem Rohr verspannt sind. Eine Füllung mit Aluminiumoxidpulver oder eine Ummantelung mit einem Quarzglasseide entfällt. Dadurch sind die Herstellungskosten vermindert. Für die Erfindung ist es von nicht unerheblicher Bedeutung, dass die Kontaktgruppe zunächst in das Metallrohr eingezogen wird und erst danach der Biegevorgang erfolgt, durch den das Metallrohr die vorbestimmte Krümmung erhält.
Dadurch wird während des Biegens die Kompensation des Spiels aufgrund der herstellungsbedingt auftretenden Variation der Passungen zwischen den weiten des Metallrohres und den Durchmessern der Distanzkörper der Kontaktgruppe erreicht.
Vorzugsweise entspricht der Umriss jedes Distanzkörpers einer Eilinie einer Gleichung dritten Grades. Zum Beispiel ist eine Gleichung 2y2 = (x-1) (x-2) (x- 3) anwendbar.
Auch andere Eilinien, die geeignet sind die vorbeschriebene Verklemmung zu bewirken, sind zur Ausbildung von Distanzkörpern geeignet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 : die Schnittansicht eines Metallrohres mit entlang Kontaktdrähten aufgereihten Distanzkörpern;
Fig. 2: eine Seitenansicht eines Distanzkörpers gemäß Fig. 1 ; und
Fig. 3: einen Abschnitt des gegenüber Fig. 1 gekrümmten Metallrohres mit darin befindlichen Distanzkörpern.
In Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Metallrohres 1 dargestellt, in welches eine Art Perlenkette aus durch Kontaktdrähte 3 miteinander verbundenen Distanzkörpern 2, 2', 2", eingezogen ist.
Die Anzahl der Distanzkörper einer solchen Kontaktgruppe kann, je nach Länge der Kontaktdrähte beliebig sein, jedoch bilden stets mindestens zwei Distanzkörper eine Kontaktgruppe.
Die Kontaktdrähte sind an einen hier nicht dargestellten Sensor, zum Beispiel einen Hochtemperatursensor, angeschlossen, der Messwerte über die Kontaktdrähte an eine nicht weiter dargestellte Elektronik liefert, in welcher die Messwerte ausgewertet werden.
Das Metallrohr 1 kann zum Beispiel über ein zugeordnetes Loch in einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine führen, um dort über den an einem
Ende des Metallrohres befindlichen Sensor, entsprechende Abgaswerte abzugreifen.
Das Metallrohr 1 besteht vorzugsweise aus Chrom-Nickel-Stahl (z.B. Inconel 601), der auch bei hohen Temperaturen korrosionsfest ist und bleibt.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Kontaktgruppe sind drei Distanzkörper 2, 2', 2" dargestellt, die durch Kontaktdrähte 3 miteinander verbunden sind. Es handelt sich normalerweise um zwei Kontaktdrähte, die etwa parallel zueinander verlaufen, auf welche die Distanzkörper 2, 2', 2" zum Beispiel gefädelt sind.
Jeder Distanzkörper 2, 2', 2" ist ein geformtes Spritzgussteil aus Polymerkeramik, das eiförmig ausgebildet ist. Dabei ist der Durchmesser des Eibauches höchstens gleich der lichten Weite des noch ungekrümmten Metallrohres.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines Distanzkörpers 2, der Eiform aufweist, wobei mit„S" die Symmetrieachse des eiförmigen Körpers bezeichnet ist. Ein Ei wird an einem Ende schmaler und zeigt neben der Besonderheit einer einzigen Symmetrieachse „S" noch die Besonderheit unterschiedlicher
Radien, beispielsweise R1 und R2 innerhalb einer den Umriss vorgebenden Eilinie.
Wird ein Distanzkörper mit der aus Fig. 2 ersichtlichen Form in das Metallrohr 1 gemäß Fig. 1 eingefügt, berühren die Anlagepunkte a und b die innere
Wandfläche des Metallrohres 1 , wobei die Berührungspunkte a und b den Abstand c aufweisen, der in etwa der lichten Weite des Metallrohres 1 entspricht.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Distanzkörper ist der Radius R1 größer als der Radius R2.
In Fig. 3 ist das Metallrohr V in gekrümmter Form dargestellt. Die Distanzkörper in dem gekrümmten Metallrohr 1 ' sind hier mit 2 und 2' bezeichnet.
Da bei der Biegung in die vorgesehene Krümmung die Außenwand 4 des Metallrohres 1 ' gestreckt wird, während gleichzeitig die innere Wand 4' gestaucht wird, hat sich der Distanzkörper 2' gegenüber dem benachbarten Distanzkörper 2 in Richtung der kurzen Bogenpfeile 5 gedreht. Durch diese Drehung um den Winkel ß ist der Berührungspunkt a des Distanzkörpers 2' aus seiner bisherigen Position a' herausgewandert und befindet sich nunmehr in einer Position, bei der zwischen Distanzkörper 2' und der gestauchten Innenwandfläche des Metallrohres 1 ' ein Spiel gegeben sein würde. Dadurch dass sich der Distanzkörper 2' gedreht hat, kommt nunmehr aber sein größerer Radius R1 zur Anlage mit der Innenwandfläche des Metallrohres, die mit einem engeren Radius um den Krümmungsmittelpunkt m verläuft, womit die verspannte Anlage im Punkt a' wieder hergestellt ist.

Claims

Patentansprüche
Hochtemperatursensor mit Kontaktdrähten in einem Metallrohr, vorzugsweise einem gekrümmten Metallrohr zur Anordnung insbesondere innerhalb eines Abgasstranges einer Brennkraftmaschine, mit entlang den Kontaktdrähten reihenförmig verteilt angeordneten Distanzkörpern, um die Kontaktdrähte in einer vorbestimmten Distanz zur Innenwand des Metallrohres zu halten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass jeder Distanzkörper etwa eiförmig ausgebildet ist, wobei der Durchmesser des Ei-Bauches höchstens gleich der lichten Weite des noch ungekrümmten Metallrohres ist.
Hochtemperatursensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzkörper an die Kontaktdrähte geformte Spritzgussteile aus Polymerkeramik sind.
Hochtemperatursensor nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umriss jedes Distanzkörpers einer Ei-Linie einer Gleichung dritten Grades; zum Beispiel 2Y2 = (x-1) (x-2) (x-3), entspricht.
Kraftfahrzeug mit Brennkraftmaschine und Abgasstrang und mit wenigstens einem Hochtemperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
EP12752149.0A 2011-03-01 2012-02-28 Hochtemperatursensor zur anordnung in einem metallrohr Withdrawn EP2681747A2 (de)

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