JP7328163B2 - 排ガス設備のためのゾンデ接続用パイプ - Google Patents

Description

本発明は、排ガス設備に測定ゾンデ、例えばラムダゾンデを取り付けるためのゾンデ接続用パイプに関する。このような目的のために、開口部が排ガス設備のハウジング内に設けられ、接続用パイプがこの開口部内に挿嵌され、ハウジングが再び気密に閉じられている状態になるようにハウジングと溶接される。接続用パイプは通常、雌ねじ山を有しており、この雌ねじ山に各ゾンデを螺合することができる。接続用パイプの、外側に位置する端面には、平面のシーリング面が設けられている。ねじ山にゾンデを螺合する際に、ゾンデのシーリング面が接続用パイプのシーリング面に押し当てられ、これによって開口部が気密に閉じられることが保証される。

排ガス設備の幾何学的形状は基本的には、排ガス設備が組み込まれるべき各車両に合うようにされている。一般的には、エンジンルーム内およびフロアパネル領域内の使用可能な空間はぎりぎりの大きさにされているので、手間をかけて排ガス設備を使用可能な空間内に構築しなければならない。

特に、排ガス設備から突出している構成部分、例えば冒頭に記載した測定ゾンデを収納するのは困難である。したがって、すべての状況に適合するだろう標準接続用パイプを使用するための十分な空間は設けられていない。これらの理由から、各車両タイプに対して、別々の接続用パイプが必要になる。

さらに、接続用パイプは、しばしば、平らな構成部分ではなく、自由形状部分に溶着される。これは通常、鍛造部品または鋳造部品としての構成を必要にする。ねじ山と平面の面を生成するために、このような鍛造部品または鋳造部品は次に、さらなる作業ステップにおいて処理されなければならない。この結果、ゾンデ接続用パイプの製造コストは極めて高くなる。

さらに、シーリング面の寸法安定性およびねじ山の強度に対する要求が高い。一方では、密閉性が保証されなければならず、他方では、触媒設備の耐用年数を超えて、ゾンデの交換が必要になり得る。しかし、ゾンデ交換時にねじ山が損傷すると、触媒ハウジング全体の交換が必要になり得る。

欧州特許出願公開第２２７０３２０号明細書から、例えば、完全に、薄板からの深絞り加工部品として製造されているゾンデ接続用パイプが既知である。このような方式で、ゾンデ接続用パイプは安価に製造されるが、密閉性および強度に対する上述した要求はいずれにせよ保証されない。

本発明の課題は、容易かつ安価に製造可能でありながらも、良好な密閉性、高い強度およびねじ山の長い耐用年数が保証される、標準接続用パイプを提供することである。

上述の課題は、独立請求項に記載されている構成要件によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明は、シンプルな幾何学的形状を有する標準構成部分として、適切な材料、例えば鋼からゾンデ接続用パイプを製造し、各排ガス設備に合わせられている別の構成部分を介して、排ガス設備と接続するという全体的な考えに基づいている。したがって、元来の接続用パイプは中空円柱として、例えば鋼からの旋盤加工部品として、全タイプの車両に対して大量に安価に製造される。別の構成部分は、例えば鍛造部品または焼結部品として同様に安価に製造されてもよい。なぜならこの構成部分には、もはやねじ山が設けらなくてよいからである。このようにしてそれぞれ安価に製造される２つの構成部分を組み合わせることによって、全タイプの設備に合わせることが可能でありながらも、全体的に、純粋な鍛造部品または鋳造部品より安価であるゾンデ接続用パイプが製造される。

特に有利な実施形態に相応して、排ガス設備のためのゾンデ接続用パイプは実質的に中空円柱状に構成されている第１のボディを有しており、第１のボディは、第１の端面に第１の平面の円環面を有している。ゾンデ接続用パイプは第２のボディを有しており、第２のボディは、第１の端部に平らな円環面を有しており、かつこの平らな円環面の内側に通路を有している。この通路の直径は、第１のボディの内径以上である。第２のボディの第２の端部は、第２の端部が、ゾンデ接続用パイプと接続面との気密性の接続を可能にするように構成されている。これは、第２の端部が、平面からの接続面の幾何学形状的な偏差を補償することによって実現される。第１のボディと第２のボディは、第１のボディの第２の端面の領域および平らな円環面の領域において相互に接しており、かつ第１のボディと第２のボディが相互に気密性に接続されている状態になるように、第１のボディを取り囲んでいる溶接継ぎ目によって相互に溶接されている。

本発明の有利な発展形態では、第１のボディは、第２の端面で実質的に平面の第２の円環面を有しており、その外側面には、取り囲んでいる隆起部が設けられている。第２のボディは、第１の端部に平らな円環面を有しており、その形状公差は０．２ｍｍの範囲にあり、かつその内径は通路の直径以上であり、かつその外径は第１のボディの外径以上である。組み立てられた状態において、第１のボディと第２のボディが、取り囲んでいる隆起部の領域および平らな円環面の領域において相互に接しているように、第１のボディと第２のボディが相互に配置されており、取り囲んでいる溶接継ぎ目によって相互に溶接されている。

一方のボディにおける、取り囲んでいる隆起部の形成と、他方のボディにおける、このような形状公差範囲での平らな円環面の形成とによって、取り囲んでいる気密性の溶接継ぎ目を生成するために、極めて高速な溶接方法、例えばコンデンサ式溶接（Ｋｏｎｄｅｎｓａｔｏｒｉｍｐｕｌｓｓｃｈｗｅｉｓｓｅｎ）を使用することが可能になる。このような溶接方法の別の大きい利点は、ソケットの変形が生じないということである。したがって、例えば、ＭＡＧ溶接の場合と同様に、ソケットのねじ山が検査される必要も、後処理される必要もない。これによって、製造コストがさらに低減される。

本発明の有利な発展形態では、第１のボディは第２の端面において、第１のボディの直径が通路の直径以下である部分を有している。

このような構成によって、組み立てられた状態において、上述した部分は第２のボディ内に突出する。これは、簡易な取り付け装置を可能にする。なぜなら、取り付け前に、第１のボディが第２のボディにおいてセンタリングされるからである。このようにして、ゾンデ接続用パイプの製造が容易になる。

本発明の有利な発展形態では、第２のボディは、平らな円環面に続いて、実質的に中空円柱状に構成されている領域へ移行し、第２のボディの第２の端部は、第２の端部の終端面が、平らな円環面に対して平行でない平面に位置するように構成されている。

このような構成によって、極めて小さい、同様に中空円柱状に構成された構成部分を用いて、ゾンデ接続用パイプが、排ガス設備のハウジングの幾何学的形状に合わせられる。例えば、極めて薄いディスクによって、ハウジングの斜面への整合が補償される。このディスクの端面は相互に平行平面ではなく、相互に所定の角度を有している。

本発明の有利な発展形態では、第２のボディは、平らな円環面に続いて、湾曲したまたは部分的に円柱状に構成されている領域へ移行する。

排ガス設備への結合のために設けられている、湾曲した面または部分的に円柱状の面としての第２のボディの端部のこの設計によって、ゾンデ接続用パイプを異なって構成された、多数の排ガス設備タイプに結合することが可能になる。

本発明の有利な発展形態では、第２のボディの平らな円環面は、平坦化方法によって後処理されている。

平坦化とは、平らな円環面に対して垂直な方向において、構成部分に圧力が加えられる方法であり、これによって、構成部分の僅かな変形によって、平らな面が必要な形状公差で製造される。これは、極めて容易かつ高速な方法であり、これによって、構成部分のさらなる切削加工が回避され、さらなるコスト削減が可能になる。

本発明の有利な発展形態では、第１のボディは、鋼からの旋盤加工部品として構成されている。

旋盤加工部品として標準ソケットを製造することによって、極めて正確な形状公差での、高速かつ安価なソケット製造が保証される。

本発明の有利な発展形態では、第２のボディは、薄板からの深絞り加工部品として構成されている。

特定の状況では、第２のボディを鍛造部品または焼結部品として製造することは必要でない。さらに安価な深絞り方法を使用することによって、さらなるコスト削減が実現される。これによって、ゾンデ接続用パイプは安価に、ほぼ任意に形成された排ガス設備タイプに合わせられる。

本発明の有利な発展形態では、ゾンデ接続用パイプは、はじめに、２つの端部で平面の円環面を備える中空円柱を形成する第１のボディが鋼から旋盤加工されるように製造される。円環面の１つには、取り囲んでいる隆起部が形成され、この隆起部は横断面において正三角形の形状を有している。次に、第２のボディが、焼結されたまたは鍛造された構成部分として製造される。第２のボディの１つの端部に、平坦化方法によって、円環面が、０．２ｍｍの形状公差で生成される。次に、第１のボディの取り囲んでいる隆起部が、第２のボディの平らな円環面に接するように、第１のボディと第２のボディが配置され、第１のボディと第２のボディがコンデンサ式溶接を用いて相互に接続される。

コンデンサ式溶接は、局部的なエネルギーの集中を伴い、かつ構成部分における熱影響領域が無い、極めて短い溶接時間を特徴とする。これによって、第１のボディにおけるねじ山の熱による変形が回避され、ねじ山を調節する作業過程および頻繁に必要な後処理が回避される。さらに、高い強度の鋼の確実な溶接および極めて多様な材料組み合わせ、および極めて多様な寸法の伝導性が良好な溶接相手も可能になる。

本発明のさらなる特徴および利点は、本発明の重要な特徴を示す図面に基づく、本発明の実施例の後続の説明および特許請求の範囲から明らかになる。個々の特徴は、それぞれ個々に、または複数で任意の組み合わせにおいて、本発明の変形形態のもとで実現可能である。

本発明の実施例を図示し、後続の説明においてより詳細に説明する。

ゾンデ接続用パイプの実施形態の断面図 ゾンデ接続用パイプの別の実施形態の断面図 ゾンデ接続用パイプの別の実施形態の断面図 上記の実施形態の第１のボディの断面図 第２のボディの実施形態の断面図

実施例の詳細な説明
図１に示されているゾンデ接続用パイプ１は、（図示されていない）測定ゾンデを収容する第１のボディ２を有している。第１のボディ２は、実質的に中空円柱状のソケットとして、適切な材料、例えば鋼から製造されている。ゾンデは一方では、確実に、第１のボディ２に固定されなくてはならないが、他方では、故障時に再び取り外すことができなければならいので、ソケットの内側面３には、雌ねじ山が設けられている。ゾンデは、取り付けられた状態において、ゾンデに設けられている雄ねじ山を介してソケットに螺合されている。ソケットの、排ガス設備とは反対側にある開口部４を介して排ガスが外へ漏れ出すのを阻止するために、開口部４は、ゾンデに対して気密に閉じられていなくてはならない。気密とは本発明では、排ガス設備内に通常存在している圧力のもとで、実質的にガスが開口部から周辺に漏れ出さない、ということを意味している。この目的のために、ソケットには、取り付けられた状態において排ガス設備とは反対側にある、ソケットの端部に、第１の平面の円環面５が設けられている。平面の円環面とは、０．２ｍｍの範囲の平面の形状公差を有している、平面に位置する環状の面のことである。ソケットは例えば旋盤加工部品として製造されてよく、ここで円環面５は、必要な公差で製造される。

このような円環面５は、組み立てられた状態において、ゾンデに設けられているシーリング面とともに作用する。ここでこれらのシーリング面は、ソケットへのゾンデの螺合によって、相互に押し当てられる。選択的に、円環面５とシーリング面との間にシールリングが設けられていてよい。さらにソケットには、取り付けられた状態において排ガス設備に面している、ソケットの端部に、第２の平面の円環面６が設けられている。このような平面の円環面６の形状公差は同様に、０．２ｍｍの範囲にある。このような範囲に形状公差を保持することによって、ソケットの一方の端部で良好な封止が可能になる他に、さらに、ソケットの他方の端部で種々の接合技術を使用することが可能になる。これらの接合技術は、形状公差がより粗い場合には、実行するのは困難だろう、または全く実行不可能だろう。

ゾンデ接続用パイプ１はさらに、第２のボディ７を有しており、この第２のボディを介してゾンデ接続用パイプ１は排ガス設備に結合される。図１に示されている実施形態では、第２のボディ７は、第１の端部１４において、平らな円環面９を有しており、この円環面の内側に、測定ゾンデ用の通路１２が設けられている。組み立てられた状態において、第１のボディ２は、平面の円環面６でもって、この平らな円環面９に接している。製造が完了した状態において、これらのボディは、この領域において、第１のボディ２を取り囲んでいる溶接継ぎ目１０によって相互に気密性に接続されている。第２のボディ７の第２の端部１５は、この実施形態では、湾曲した自由形状部分として構成されている。これは同様に、排ガス設備の湾曲した接続面１６に合わせられている。第２のボディ７のこのような設計によって、標準構成部分として製造されている第１のボディ２を、幾何学的形状において平面とは異なっている任意の表面に取り付けることが可能になる。第２のボディ７は自身の第２の端部１５で接続面１６に面状に接しているので、例えばＭＡＧ溶接または他の現行の溶接方法のように容易に、第２のボディ７と接続面１６との間の気密性の接続を生成することができる。

特に有利な実施形態では、第１のボディと第２のボディは、コンデンサ式溶接によって相互に溶接され、これによって、極めて短い製造時間が実現される。さらに、第１のボディ２の極めて小さい領域においてのみ、極めて短い時間にわたって熱が入力される。したがってソケットの内側面３の雌ねじ山が熱の入力によって変形することが回避される。これによって、そうでない場合にはねじ山の寸法安定性および機能性の保証のために必要になるだろう、雌ねじの、後から行われる調節および後処理が省かれる。

図２に示されている、まだ溶接されていないゾンデ接続用パイプ１は、コンデンサ式溶接に特に有利である幾つかの特徴を有している。例えば、第１のボディ２は、第２の平面の円環面６の外側面に、取り囲んでいる隆起部１８を有している。これは、溶接前には、正三角形の横断面を有している。この三角形は、頂点において、約７０°の角度α_１を有している。第１のボディ２の側壁と三角形の外側面との間の角度α_２は約３５°である。この三角形は自身の頂点で、溶接前には、有利には、最大で０．２ｍｍの幅ｂ_２を有している。これによって、第１のボディ２が第２のボディ７の平らな円環面９に溶接前に接している載置面は極めて小さくなる。これによって、この領域において、溶接過程時に高い電流密度が生じ、これは、この領域における金属の加熱と部分的な融解を生じさせる。第１のボディ２と第２のボディ７は、溶接過程前に相互に押しつけられ、これによって第１のボディ２は約０．５ｍｍ、第２のボディ７内に埋没する。これによって、溶接されていない状態における、約１．５ｍｍの、取り囲んでいる隆起部１８の高さｈは、溶接された状態において約１ｍｍに低減する。したがって、２つのボディの取り囲んでいる気密性の接続が保証される。第２のボディ７は、０．２ｍｍの形状公差を有する、平らな円環面９を有している。このような形状公差によって、溶接前に第２のボディ７上に第１のボディ２を一様に載置することが保証される。これは、コンデンサ式溶接にとって重要である。なぜなら極めて小さい亀裂でさえも、溶接継ぎ目の中断を生じさせることがあるからである。平らな円環面９は、載置線Ｌの内側および外側でさらに２ｍｍの幅ｂ_１を有しているべきである。

図３には、コンデンサ式溶接を用いて製造されたゾンデ接続用パイプ１の断面図が示されている。第２のボディ７は、依然として、０．２ｍｍの形状公差を有する平らな円環面９を有している。第１のボディ２は、第２の平面の円環面６に配置されている、取り囲んでいる隆起部１８でもって、溶接継ぎ目によって固定的に第２のボディ７と接続されている。図示の実施形態では、第１のボディ２は、その直径が通路１２の直径よりも小さい部分８を有している。この部分は、通路１２内に突出している。このような実施形態によって、溶接前に、第１のボディ２を、第２のボディ内７に挿嵌することが可能になる。挿嵌を容易にするために、第１のボディ２に面取り１１が設けられている。このような実施形態は、溶接前に構成部分を張設する取り付け装置の簡易化を可能にする。

上述した形状公差に関して、本発明では、これによって、例えば円環面９の平面度が意図され、それ自体、図５において記号によって示されている、ということを示唆しておく。したがって、０．２ｍｍもしくは０．２ｍｍの範囲の形状公差もしくは平面度によって、観察されている面、例えば円環面９上の２つの点相互の最大の軸方向の偏差もしくは最大の軸方向のオフセットが、円環面によって取り囲まれており、図１～４において、一点鎖線で示されている軸の方向において、例えば約０．２ｍｍの値を上回らない、ということが表され得る。

図４には、溶接前のこのような実施形態の第１のボディ２が示されており、ここでは、取り囲んでいる隆起部１８が、変形されていない状態で示されている。

図５には、溶接前の第２のボディ７、特に平らな円環面９の図が示されている。

本発明の特定の要素、実施形態および適用を示し、説明してきたが、本発明はこれに制限されず、特に上記の教示を鑑みて、本開示の有効範囲から逸脱することなく当業者は変更を行うことができる、ということを理解されたい。

１ ゾンデ接続用パイプ
２ 第１のボディ
３ ソケットの内側面
４ 開口部
５ 第１の平面の円環面
６ 第２の平面の円環面
７ 第２のボディ
８ 部分
９ 平らな円環面
１０ 溶接継ぎ目
１１ 面取り
１２ 通路
１３ 第１の端面
１４ 第１の端部
１５ 第２の端部
１６ 接続面
１７ 第２の端面
１８ 取り囲んでいる隆起部

Claims (7)

1. 平面とは異なる幾何学形状を有する面に取り付けるための、排ガス設備のためのゾンデ接続用パイプ（１）であって、
   前記ゾンデ接続用パイプ（１）は、中空円柱状に、内径を伴って構成されている第１のボディ（２）を有しており、前記第１のボディ（２）は、第１の端面（１３）における第１の平面の円環面（５）と第２の端面（１７）とを有しており、前記第１のボディ（２）は、自身の第２の端面（１７）の領域において、第２の平面の円環面（６）を有しており、前記第２の平面の円環面（６）には循環している隆起部（１８）が設けられており、
   前記ゾンデ接続用パイプ（１）は、第２のボディ（７）を有しており、前記第２のボディ（７）は、鍛造部品、焼結部品または薄板からの深絞り加工部品として構成されており、かつ、第１の端部（１４）に平坦化方法によって後処理されている平らな円環面（９）を有しており、かつ前記平らな円環面（９）の内側に通路（１２）を有しており、前記通路（１２）の直径は、前記第１のボディ（２）の内径以上であり、
   前記第１のボディ（２）は、前記循環している隆起部（１８）によって前記第２のボディ（７）の前記平らな円環面（９）と接しており、かつ、前記第１のボディ（２）を、循環している溶接継ぎ目（１０）によって、前記第２のボディ（７）と気密性を有するように接続されている、ゾンデ接続用パイプ（１）において、
   前記平らな円環面（９）は、前記第２のボディ（７）の前記第１の端部（１４）において、前記平らな円環面（９）の形状公差が０．２ｍｍの範囲にあるように、平坦化方法によって後処理されており、
   前記循環している隆起部（１８）が、前記第２の平面の円環面（６）の外側面に、前記隆起部（１８）の外側面が前記第１のボディ（２）の側壁に接しているように設けられており、
   前記第２のボディ（７）は、前記排ガス設備の湾曲した接続面（１６）と接続するための第２の端部（１５）を有し、前記第２の端部（１５）は、前記ゾンデ接続用パイプ（１）と前記接続面（１６）との気密性の接続を可能にするように、平面からの前記接続面（１６）の幾何学形状的な偏差を補償するように湾曲している、
   ことを特徴とする、排ガス設備のためのゾンデ接続用パイプ（１）。
2. 前記平らな円環面（９）の内径は前記通路（１２）の直径以上であり、かつ前記平らな円環面（９）の外径は前記第１のボディ（２）の外径以上であり、
   組み立てられた状態において、前記第１のボディ（２）と前記第２のボディ（７）が前記循環している隆起部（１８）の領域および前記平らな円環面（９）の領域において相互に接しているように、前記第１のボディ（２）と前記第２のボディ（７）は相互に配置されており、循環している溶接継ぎ目（１０）によって相互に溶接されている、
   請求項１記載の、排ガス設備のためのゾンデ接続用パイプ（１）。
3. 前記第１のボディ（２）は前記第２の端面（１７）において、前記第１のボディ（２）の外径が前記通路（１２）の直径以下である部分（８）を有しており、当該部分（８）は、前記通路（１２）内部に延在している、請求項１または２記載の、排ガス設備のためのゾンデ接続用パイプ（１）。
4. 前記部分（８）は前記第２のボディ（７）の前記通路（１２）内に突出している、請求項３記載の、排ガス設備のためのゾンデ接続用パイプ（１）。
5. 前記第２のボディ（７）の前記平らな円環面（９）の半径方向内側は中空であり、
   前記第２のボディ（７）の前記第２の端部（１５）は、前記第２の端部（１５）の終端面が、前記平らな円環面（９）に対して平行でない平面に位置するように構成されている、
   請求項１から４までのいずれか１項記載のゾンデ接続用パイプ（１）。
6. 前記第２のボディ（７）は、前記平らな円環面（９）に続いて、湾曲したまたは部分的に円柱状に構成されている領域へ移行する、請求項１から４までのいずれか１項記載のゾンデ接続用パイプ（１）。
7. 前記第１のボディ（２）は、鋼からの旋盤加工部品として構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のゾンデ接続用パイプ（１）。