WO2020148006A1 - Wärmeabschirmsystem für einen einer hochtemperaturbeaufschlagung ausgesetzten sensor sowie sensoraufnahme hierfür - Google Patents

Wärmeabschirmsystem für einen einer hochtemperaturbeaufschlagung ausgesetzten sensor sowie sensoraufnahme hierfür Download PDF

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WO2020148006A1
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heat
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Alwin Geiser
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ElringKlinger AG
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    • G01K2205/04—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle for measuring exhaust gas temperature

Definitions

  • the invention relates to a heat shielding system for a sensor exposed to high temperature, as well as a sensor receptacle therefor.
  • a generic heat shielding system 100 e.g. B. for a lambda sensor of a motor vehicle, is from the prior art
  • such a heat shielding system 100 has a sensor receptacle 101 which has a through opening 102 for a sensor, e.g. B. has a lambda probe (not shown in Figure 3).
  • the sensor receptacle 101 is cup-shaped and has a collar 103 in the axial direction A at its end opposite the through opening 102.
  • the sensor receptacle 101 is surrounded in the circumferential direction by a sealing element 105, which extends radially outward from the cup wall 104.
  • the sealing element 105 is with its radially outer area
  • the heat shield system 100 according to this specification, is arranged between two layers 106a, 106b of a heat shielding part 107.
  • the heat shield system 100 according to this specification, is arranged between two layers 106a, 106b of a heat shielding part 107.
  • Embodiment from the prior art is difficult to assemble, since the sealing element 105 between two layers 106a, 106b of a heat shielding part 107 must be introduced and the two layers 106a, 106b must be attached to each other for local fixing of the sealing element 105, z. B. must be riveted in the vicinity of the sealing element 105. Furthermore, in the generic heat shielding system 100 disadvantage that the entire pre-assembly including the
  • Thickness direction relatively bulky sensor receptacle 101 can be mounted in the vehicle.
  • a heat shielding part with two sheet metal layers 106a, 106b is absolutely necessary to fix the sealing element 105.
  • Another disadvantage is that the prepositioning of the
  • Sheet metal layers 106a, 106b is installed, is not fixed locally.
  • the sealing element 105 can shift during transport, which can slow down the assembly at the installation site.
  • the object of the invention is therefore to provide a heat shielding system which avoids the disadvantages mentioned above from the prior art.
  • Embodiments are specified in the subclaims. Furthermore, these tasks are solved by a sensor receptacle for forming the heat shielding system with the features of claim 13. Advantageous embodiments are given in claims 14 and 15.
  • a heat shield system according to the invention is set up and designed for heat shielding one
  • Internal combustion engine sensor and has at least:
  • the coupling element for axial force transmission, the coupling element only with one of the two free outer sides of the
  • the heat shielding part can first be mounted in a vehicle, and only after it has been positioned in the vehicle, the sensor together with the sensor receptacle with the coupling element interposed in a corresponding opening in the
  • the sensor in can be screwed into the hot gas line in a simple manner. This is particularly easy to achieve, since in a special embodiment the sensor receptacle together with the coupling element has a radial play within the opening in the heat shielding part.
  • Heat shielding system is characterized in that the coupling element for axial force transmission only with the free outside of the heat shielding part, which of the
  • Hot gas line is facing away, cooperates.
  • Heat shielding part can be done here. A slightly larger installation space is generally to be expected there, so that assembly is simplified here.
  • a degree of freedom (distance of the heat shielding part) from the hot gas line in the direct vicinity of the sensor can be limited to a maximum. This is because screwing in the sensor
  • Coupling element the heat shield part is moved towards the hot gas line (with elastic deformation).
  • Heat shielding part which faces the hot gas line, cooperates.
  • Coupling element a structure formed from metal wire, for. B. is a wire mesh, wire mesh, wire tangle or wire scrim.
  • Wire structures in particular formed from metal wire, have provided sufficient heat resistance
  • Coupling elements proven that z. B. are made of a wire mesh, a wire mesh, a tangled wire or a wire scrim.
  • the sensor receptacle is flat-plate or cup-shaped with the push-through opening for the sensor in the flat plate or a bottom of the cup.
  • This configuration ensures good accessibility during assembly / disassembly of the sensor and in the case of a
  • Cup-shaped design of the sensor receptacle also ensures a certain environmental protection of a base section of the sensor.
  • Coupling element surrounds the sensor receptacle radially on the outside and interacts with an axial stop flange of the sensor receptacle.
  • the coupling element is plugged onto the outside of the sensor receptacle in an axial direction and both parts together in a counter-axial direction through the
  • Heat shield can be inserted until that
  • Coupling element comes to rest axially.
  • Sensor receptacle is pressed at least in some areas and is integrally connected to the sensor receptacle, e.g. B.
  • the coupling element can be pressed along its circumferential direction in the radial direction and fastened to the sensor receptacle by means of a weld, preferably a spot weld.
  • Coupling element in cross section is L-shaped and a first Has leg, which is essentially in
  • Axial direction A extends.
  • an outer diameter D ⁇ of the deformable coupling element in the region of the first leg in the axial direction A is smaller than an inner diameter Di one
  • the elastically deformable coupling element in the mounting position of the sensor, together with the sensor receptacle, is biased in the axial direction A against the free outside of the heat shielding part.
  • the senor is an exhaust gas temperature sensor or a lambda sensor.
  • the sensor receptacle and / or the elastically deformable coupling element is formed from a corrosion-resistant metal material.
  • a sensor receptacle according to the invention for forming a heat shielding system according to the invention is thereby
  • the sensor receptacle is arranged surrounding an elastically deformable coupling element which is formed from a wire structure, in particular a metal wire structure.
  • Coupling element is at least locally pressed, that is, is increased compared to the remaining density and is integrally connected to the sensor receptacle in the pressed area.
  • the joining method in particular offers this
  • Figure 1 schematically a cross section through a
  • Heat shield system in a mounted position on a hot gas line
  • Figure 2a a sensor holder according to the invention in a
  • Figure 2b the sensor holder from Figure 2a in a plan view
  • Figure 2c a cross section of the sensor holder according to Figures 2a, 2b along the line AA in Figure 2b;
  • Figure 3 is a perspective sectional view of a
  • FIG. 1 shows a heat shielding system 1 according to the invention in a cross-sectional representation through a sensor 2, which in the present case is designed, for example, as a lambda probe.
  • the lambda probe is usually arranged in a hot gas line 3 and measures a gas component of a
  • Exhaust gas composition e.g. B. an oxygen component.
  • the lambda sensor is exposed to a particularly high thermal load, as it is due to recent developments in the
  • Internal combustion engine is to be arranged, which tends to be exposed to increasing exhaust gas temperatures.
  • Installation locations require a heat shielding part 4, which is to be arranged in the area of the sensor 2 on the hot gas line 3, in order to protect the sensor 2 and any other components present in this area from radiant heat
  • Sensor receptacle 5 is provided, which is essentially pot-shaped or cup-shaped.
  • the sensor receptacle has a bowl wall 6 and a bowl bottom 7, which is connected to a
  • Push-through opening 8 is provided, the passage of the sensor 2, for. B. for the purpose of screwing into the
  • Hot gas line 3 allows.
  • the latter has a collar 9 pointing outwards in a radial direction R.
  • the heat shielding part 4 facing the underside of the collar 9, the sensor receptacle 5 is preferably elastic
  • the heat shielding part 4 is single-layer in the embodiment according to FIG. H. at least in the area of the mounting point of the sensor receptacle 5, and has a first free outer side 11 and a second free outer side 12, the two outer sides being opposite and in the
  • Hot gas line 3 is facing.
  • Single-layer in the aforementioned sense is also to be understood to mean that a heat-shielding part formed from several sheet-metal layers is provided, but which does not have a sufficiently large gap between the sheet-metal layers that the elastically deformable coupling element with a first leg 13 pointing outward in the radial direction R between these layers could be arranged.
  • Shielding system that also single-layer, in particular formed from a single sheet metal heat shielding parts with the
  • Sensor receptacle 5 can be provided with the aid of the coupling element, which is in particular elastically deformable.
  • elastically deformable coupling element 10 includes constructions of coupling elements which have special measures for elastic deformability, for example have a special choice of material, which on the one hand withstand the high temperature loads and on the other hand have a more than microscopic deformability in the forces to be encountered in operation owns.
  • Such an element is, for example, one formed from a deformed / pressed metal knit, tangled metal, knitted metal or metal braid
  • Coupling element A solid steel part, or otherwise a part that cannot be assumed to be deformable in the technical sense, is not considered an elastically deformable coupling element in the sense of the invention, even if theoretically, of course, any force acting on a solid causes a microscopically small elastic deformation.
  • the coupling element becomes
  • Heat shielding part can be made. Nevertheless, there is of course also the possibility, which is not shown in the drawing, however, that the
  • the senor 2 can advantageously be preassembled together with the sensor receptacle 5 and the coupling element 10 on the hot gas line 3, and an assembly of the
  • Heat shielding part 4 only take place later, in which case the heat shielding part 4 is then supported in the vicinity of the
  • Fastening point of the sensor 2 is such that there is a minimum distance between the hot gas line and the
  • Heat shield 4 is set.
  • the collar acts as an axial stop flange 14, by means of which an axial force in the axial direction A can be transmitted to the heat shielding part 4 via the coupling element.
  • a second leg 15 of the coupling element surrounds the
  • Circumferential direction U is preferably on the outside of the cup wall 6 without play.
  • Coupling element 10 is preferably dimensioned such that between the second leg 15 of the coupling element and an edge 16 of a through opening 17, which is provided in the heat shielding part 4, there is a play gap S, which causes a radial displacement of the sensor receptacle 5 together with the coupling element 10
  • Metal wire mesh, metal wire mesh, metal wire mesh, metal wire mesh or the like is formed and has a basic collar-shaped spatial shape with the first leg 13 and the second leg 15.
  • Such a coupling element 10 can, for example
  • the invention therefore proposes, in particular, to provide a portion on the collar 9, which - as described above - acts as an axial stop flange 14, which has a sufficient area in the axial direction, for example, to have a surface
  • tongue-like projections 18 are provided, for example, which offer a sufficient area to
  • tongue-like projections is elastic on the side of the deformable coupling element, a pressed area 19 is provided, in which the elastically deformable coupling element, in particular in the embodiment as a metal wire structure, is pressed in such a way and is thus compressed in such a way that a materially welded connection with the tongue 18 can be produced.

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Abstract

Die Erfindung zeigt ein Wärmeabschirmsystem, welches eingerichtet und ausgebildet ist zur Wärmeabschirmung eines einer Hochtemperaturbeaufschlagung ausgesetzten Sensors (2), insbesondere eines in einer Heißgasleitung (3) einer Brennkraftmaschine eingesetzten Sensors (2) mit mindestens: - einem flächigen Wärmeabschirmteil (4) zur Wärmeabschirmung von in einer Umgebung eines Montageortes des Sensors (2) in der Heißgasleitung (3) abgegebenen Wärme; - einer Sensoraufnahme (5) mit einer Durchstecköffnung (8) für den Sensor, wobei in einem montierten Zustand der Sensoraufnahme (5) die Sensoraufnahme (5) mittels des Sensors (2) an der Heißgasleitung (3) festgelegt ist, wobei - in einer Axialrichtung (A) kraftübertragend ein elastisch verformbares Kopplungselement einerseits mit der Sensoraufnahme (5) und andererseits mit dem Wärmeabschirmteil (4) zusammenwirkt, wobei - zur Axialkraftübertragung das Kopplungselement nur mit einer von beiden freien Außenseiten (11; 12) des Wärmeabschirmteils (4) zusammenwirkt.

Description

Wärmeabschirmsystem für einen einer
Hochtemperaturbeaufschlagung ausgesetzten Sensor sowie
Sensoraufnähme hierfür
Die Erfindung betrifft ein Wärmeabschirmsystem für einen einer Hochtemperaturbeaufschlagung ausgesetzten Sensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Sensoraufnahme hierfür.
Ein gattungsgemäßes Wärmeabschirmsystem 100, z. B. für eine Lambdasonde eines Kraftfahrzeuges, ist aus dem Stand der
Technik bekannt, der in Figur 3 bildlich dargestellt ist. Im Stand der Technik besitzt ein solches Wärmeabschirmsystem 100 eine Sensoraufnahme 101, welche eine Durchgangsöffnung 102 für einen Sensor, z. B. eine Lambdasonde (nicht gezeigt in Figur 3) hat.
Die Sensoraufnahme 101 ist napfförmig ausgebildet und weist an ihrem, der Durchgangsöffnung 102 gegenüberliegenden Ende, in Axialrichtung A einen Kragen 103 auf.
Im Bereich einer Napfwand 104 ist die Sensoraufnahme 101 in Umfangsrichtung von einem Dichtelement 105 umgeben, welches sich radial von der Napfwand 104 nach außen erstreckt. Das Dichtelement 105 ist mit seinem radial äußeren Bereich
zwischen zwei Lagen 106a, 106b eines Wärmeabschirmteiles 107 angeordnet. Das Wärmeabschirmsystem 100 gemäß dieser
Ausführungsform aus dem Stand der Technik ist aufwendig zu montieren, da das Dichtelement 105 zwischen zwei Lagen 106a, 106b eines Wärmeabschirmteils 107 eingebracht werden muss und zur örtlichen Fixierung des Dichtelements 105 die beiden Lagen 106a, 106b zueinander befestigt werden müssen, z. B. in der Umgebung des Dichtelements 105 vernietet werden müssen. Des Weiteren ist bei dem gattungsgemäßen Wärmeabschirmsystem 100 von Nachteil, dass die gesamte Vormontage inklusive der
Sensoraufnahme 101 außerhalb des Fahrzeuges erfolgen muss und das gesamte Wärmeabschirmsystem 100 inklusive der in
Dickenrichtung relativ sperrigen Sensoraufnahme 101 in das Fahrzeug montiert werden. Außerdem ist zur Festlegung des Dichtelements 105 zwingend ein Wärmeabschirmteil mit zwei Blechlagen 106a, 106b erforderlich. Zudem kommen aufwendige Verbindungsschritte, z. B. das Vernieten der beiden Blechlagen 106a, 106b des Wärmeabschirmteils 107 als Nachteil hinzu. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Vorpositionierung des
Dichtelements 105, welches schwimmend zwischen den zwei
Blechlagen 106a, 106b verbaut ist, örtlich nicht festgelegt ist. Das Dichtelement 105 kann sich während des Transports verschieben, was am Verbauort die Montage verlangsamen kann. Zusammengefasst bestehen also folgende Nachteile:
- hohe Kosten;
- aufwendige Handhabung in der Montage;
zweite Blechlage;
- Nietvorgänge;
- erhöhter Bauraumbedarf;
- erhöhtes Systemgewicht und
- Vorpositionierung des Dichtelements kann aufgrund
schwimmender Lagerung zwischen zwei Blechlagen bis zum Verbauzeitpunkt des Wärmeabschirmsystems verrutschen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Wärmeabschirmsystem anzugeben, welches oben genannte Nachteile aus dem Stand der Technik vermeidet.
Diese Aufgabe wird mit einem Wärmeabschirmsystem mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Des Weiteren werden diese Aufgaben durch eine Sensoraufnahme zur Ausbildung des Wärmeabschirmsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 14 und 15 angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Wärmeabschirmsystem ist eingerichtet und ausgebildet zur Wärmeabschirmung eines einer
Hochtemperaturbeaufschlagung ausgesetzten Sensors,
insbesondere eines in einer Heißgasleitung einer
Brennkraftmaschine eingesetzten Sensors und weist mindestens auf :
ein flächiges Wärmeabschirmteil zur Wärmeabschirmung von in einer Umgebung eines Montageortes des Sensors in der Heißgasleitung abgegebenen Wärme;
eine Sensoraufnahme mit einer Durchstecköffnung für den Sensor, wobei in einem montierten Zustand der
Sensoraufnahme die Sensoraufnahme mittels des Sensors an der Heißgasleitung festgelegt ist, wobei
in einer Axialrichtung A kraftübertragend ein elastisch verformbares Kopplungselement einerseits mit der Sensoraufnahme und andererseits mit dem
Wärmeabschirmteil zusammenwirkt,
wobei
zur Axialkraftübertragung das Kopplungselement nur mit einer von beiden freien Außenseiten des
Wärmeabschirmteils zusammenwirkt .
Mit dem erfindungsgemäßen Wärmeabschirmsystem ist eine
erhebliche Montagevereinfachung erzielt. Beispielsweise kann zunächst das Wärmeabschirmteil in einem Fahrzeug montiert werden und erst nach dessen Positionierung im Fahrzeug der Sensor zusammen mit der Sensoraufnahme unter Zwischenlegung des Kopplungselements in eine entsprechende Öffnung des
Wärmeabschirmteils eingesetzt werden, wobei der Sensor in einfacher Art und Weise in die Heißgasleitung eingeschraubt werden kann. Dies gelingt ganz besonders einfach, da in einer besonderen Ausführungsform die Sensoraufnahme zusammen mit dem Kopplungselement ein Radialspiel innerhalb der Öffnung im Wärmeabschirmteil hat.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Wärmeabschirmsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement zur Axialkraftübertragung nur mit der freien Außenseite des Wärmeabschirmteils , welche von der
Heißgasleitung abgewandt ist, zusammenwirkt.
Bei dieser Ausführungsform ist von Vorteil, dass die Montage der Sensoraufnahme, des Kopplungselements und des Sensors von der der Heißgasleitung abgewandten Seite des
Wärmeabschirmteils her erfolgen kann. Dort ist im Allgemeinen mit einem etwas größer bemessenen Einbauraum zu rechnen, so dass die Montage hier vereinfacht wird.
Des Weiteren kann bei dieser Ausführungsform ein Freiheitsgrad (Abstand des Wärmeabschirmteils) von der Heißgasleitung in der direkten Umgebung des Sensors auf ein Maximum begrenzt werden. Dies deswegen, weil durch Einschrauben des Sensors
gegebenenfalls über die Sensoraufnahme und das
Kopplungselement das Wärmeabschirmteil auf die Heißgasleitung zubewegt wird (unter elastischer Verformung) .
Eine weiterhin vorteilhafte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Wärmeabschirmsystems ist dadurch
gekennzeichnet, dass das Kopplungselement zur
Axialkraftübertragung nur mit der freien Außenseite des
Wärmeabschirmteils, welche der Heißgasleitung zugewandt ist, zusammenwirkt . Eine weiterhin vorteilhafte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Wärmeabschirmsystems ist dadurch
gekennzeichnet, dass das elastisch verformbare
Kopplungselement ein aus Metalldraht gebildetes Gebilde, z. B. ein Drahtgestrick, Drahtgeflecht, Drahtgewirr oder Drahtgelege ist .
Als Kopplungselement zur Schwingungsdämpfung und zur
Bereitstellung ausreichender Hitzebeständigkeit haben sich Drahtgebilde, insbesondere aus Metalldraht gebildete
Kopplungselemente bewährt, die z. B. aus einem Drahtgestrick, einem Drahtgeflecht, einem Drahtgewirr oder einem Drahtgelege hergestellt sind.
Eine weiterhin vorteilhafte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Wärmeabschirmsystems ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Sensoraufnahme flachplattenförmig oder napfförmig mit der Durchstecköffnung für den Sensor in der Flachplatte oder einem Boden des Napfes ausgebildet ist.
Diese Ausgestaltung gewährleistet eine gute Zugänglichkeit bei der Montage/Demontage des Sensors und im Falle einer
napfförmigen Ausgestaltung der Sensoraufnahme ist zudem ein gewisser Umgebungsschutz eines Sockelabschnittes des Sensors gewährleistet .
Eine weiterhin vorteilhafte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Wärmeabschirmsystems ist dadurch
gekennzeichnet, dass das elastisch verformbare
Kopplungselement die Sensoraufnahme radial außenseitig umgibt und mit einem axialen Anschlagflansch der Sensoraufnahme zusammenwirkt . Bei dieser Ausbildung des Wärmeabschirmsystems kann eine Stecklösung verwirklicht werden, dahingehend, dass
beispielsweise das Kopplungselement in einer Axialrichtung außenseitig auf die Sensoraufnahme aufgesteckt wird und beide Teile zusammen in einer Gegenaxialrichtung durch das
Wärmeabschirmteil gesteckt werden können, bis das
Kopplungselement axial zur Anlage kommt.
Eine weiterhin vorteilhafte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Wärmeabschirmsystems ist dadurch
gekennzeichnet, dass das elastisch verformbare
Kopplungselement in einer Umfangsrichtung U um die
Sensoraufnahme zumindest teilbereichsweise verpresst und mit der Sensoraufnahme Stoffschlüssig verbunden ist, z. B.
verschweißt ist.
Zur Sicherstellung einer mechanisch dauerhaften Verbindung kann das Kopplungselement entlang seiner Umfangsrichtung in Radialrichtung verpresst sein und mittels einer Schweißung, bevorzugt einer Punktschweißung, an der Sensoraufnahme befestigt sein.
Die teilbereichsweise verpressten Bereiche sorgen für ein ausreichend dichtes Aneinanderliegen der das Kopplungselement bildenden Drähte, so dass eine Schweißung, insbesondere eine Punktschweißung möglich ist. Durch die lediglich
teilbereichsweise Verpressung geht nur wenig des
Dämpfungsvermögens des Kopplungselements verloren.
Eine weiterhin vorteilhafte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Wärmeabschirmsystems ist dadurch
gekennzeichnet, dass das elastisch verformbare
Kopplungselement im Querschnitt L-förmig ist und einen ersten Schenkel besitzt, welcher sich im Wesentlichen in
Axialrichtung A erstreckt.
Eine solche geometrische Ausgestaltung ist leicht herstellbar und einfach in der Handhabung.
Eine weiterhin vorteilhafte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Wärmeabschirmsystems ist dadurch
gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser DÄ des verformbaren Kopplungselements im Bereich des in Axialrichtung A ersten Schenkels kleiner ist als ein Innendurchmesser Di einer
Durchgangsöffnung des Wärmeabschirmteils , sodass ein radialer Spielspalt S gebildet ist.
Das Vorsehen eines radialen Spielspaltes S zwischen dem
Kopplungselement und einer Durchtrittsöffnung im
Wärmeabschirmteil dient in vorteilhafter Art und Weise als Toleranzausgleich und bewirkt zudem eine
Montage/Demontageerleichterung .
Eine weiterhin vorteilhafte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Wärmeabschirmsystems ist dadurch
gekennzeichnet, dass in der Montageposition des Sensors zusammen mit der Sensoraufnahme das elastisch verformbare Kopplungselement in Axialrichtung A vorgespannt gegen die eine freie Außenseite des Wärmeabschirmteils gesetzt ist.
Durch eine vorgespannte Anordnung des Kopplungselements gegen die freie Außenseite des Wärmeabschirmteils kann eine
definierte Lagefixierung des Bereichs des Abschirmteils um den Sensor gewährleistet werden und trägt als Befestigungsknoten zur Schwingungsminimierung des Wärmeabschirmteils bei. Eine weiterhin vorteilhafte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Wärmeabschirmsystems ist dadurch
gekennzeichnet, dass der Sensor ein Abgastemperatursensor oder eine Lambdasonde ist.
Eine weiterhin vorteilhafte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Wärmeabschirmsystems ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Sensoraufnahme und/oder das elastisch verformbare Kopplungselement aus einem korrosionsbeständigen Metallwerkstoff gebildet ist.
Eine erfindungsgemäße Sensoraufnahme zur Ausbildung eines erfindungsgemäßen Wärmeabschirmsystems ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Sensoraufnahme umgebend ein elastisch verformbares Kopplungselement angeordnet ist, welches aus einem Drahtgebilde, insbesondere einem Metalldrahtgebilde, gebildet ist.
Eine erfindungsgemäße Sensoraufnahme hat den Vorteil, dass sie als Unterbaueinheit für eine Vielzahl von Sensoren
vorgefertigt werden kann und ein Kopplungselement besitzt, welches sowohl hinsichtlich thermischer Durchlässigkeit wie auch hinsichtlich akustischer Dämpfung und hinsichtlich des Reibverhaltens mit üblichen Materialien von
Wärmeabschirmteilen gut zusammenwirkt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Sensoraufnahme ist dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch verformbare
Kopplungselement mindestens lokal verpresst ist, das heißt, gegenüber der übrigen Dichte erhöht ist und im verpressten Bereich Stoffschlüssig mit der Sensoraufnahme verbunden ist.
Eine lokale Verpressung des Kopplungselements bewirkt zum einen eine Schweißbarkeit, z. B. Punktschweißbarkeit des Kopplungselements an der Sensoraufnahme, ohne dass ein
weiteres Bauteil, z. B. ein Massivbauteil, eingesetzt werden muss. Zum anderen ist insbesondere durch eine
teilbereichsweise Verpressung die Kopplungs- und
Dämpfungseigenschaften des Kopplungselements gegenüber einem nicht verpressten Bauteil nicht wesentlich eingeschränkt.
Insgesamt stellt der Kompromiss aus stark verbesserten
Fügeeigenschaften des Kopplungselements, obwohl es aus Draht ausgebildet ist, zusammen mit dem geringen, in Kauf zu
nehmendem Nachteil hinsichtlich eines Verlustes der
Dämpfungswirkung, einen vorteilhaften Kompromiss dar.
Eine weiterhin vorteilhafte Ausführungsform der Sensoraufnahme ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffschlüssige
Verbindung mittels Schweißen, insbesondere Punktschweißen oder Laserschweißen erfolgt.
Zur stoffflüssigen Verbindung eines Metalldrahtgebildes, insbesondere mit verpressten Bereichen mit der Sensoraufnahme bietet sich als Fügeverfahren insbesondere das
Schweißverfahren an. Unter den Schweißverfahren erscheint das Punktschweißen oder das Laserschweißen besonders vorteilhaft.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen
beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1: schematisch einen Querschnitt durch ein
erfindungsgemäßes Wärmeabschirmsystem in einer montierten Stellung an einer Heißgasleitung;
Figur 2a: eine Sensoraufnahme gemäß der Erfindung in einer
perspektivischen Draufsicht;
Figur 2b: die Sensoraufnahme aus Figur 2a in einer Draufsicht; Figur 2c: einen Querschnitt der Sensoraufnahme gemäß Figuren 2a, 2b entlang der Linie A-A in Figur 2b;
Figur 3: eine perspektivisch geschnittene Ansicht auf ein
Wärmeabschirmsystem gemäß dem Stand der Technik.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Wärmeabschirmsystem 1 in einer Querschnittsdarstellung durch einen Sensor 2, der im vorliegenden Fall beispielsweise als Lambdasonde ausgebildet ist. Die Lambdasonde ist üblicherweise in einer Heißgasleitung 3 angeordnet und misst eine Gaskomponente einer
Abgaszusammensetzung, z. B. eine Sauerstoffkomponente .
Die Lambdasonde ist einer besonders hohen Wärmebelastung ausgesetzt, da sie aufgrund neuerer Entwicklungen in der
Technologie der Abgasbehandlung immer näher am
Verbrennungsmotor anzuordnen ist, wobei sie tendenziell steigenden Abgastemperaturen ausgesetzt ist. Derartige
Montageorte verlangen nach einem Wärmeabschirmteil 4, welches im Bereich des Sensors 2 an der Heißgasleitung 3 anzuordnen ist, um den Sensor 2 und auch gegebenenfalls in diesem Areal vorhandene andere Bauteile vor Abstrahlungswärme der
Heißgasleitung 3 zu schützen.
Bei dem erfindungsgemäßen Wärmeabschirmsystem ist eine
Sensoraufnahme 5 vorgesehen, welche im Wesentlichen topf- oder napfförmig ausgebildet ist. Die Sensoraufnahme besitzt eine Napfwand 6 und einen Napfboden 7, welcher mit einer
Durchstecköffnung 8 versehen ist, die ein Hindurchführen des Sensors 2, z. B. zum Zwecke des Einschraubens in die
Heißgasleitung 3, ermöglicht. An dem der Durchstecköffnung 8 gegenüberliegenden Ende der Sensoraufnahme weist diese einen in einer Radialrichtung R nach außen weisenden Kragen 9 auf. Mit einem Teilbereich der Napfwand 6, insbesondere einem Teilbereich, der vom Napfboden 7 aus gesehen näher am Kragen 9 liegt, und einer zum
Wärmeabschirmteil 4 weisenden Unterseite des Kragens 9, steht die Sensoraufnahme 5 mit einem bevorzugt elastisch
verformbaren Kopplungselement 10 in Verbindung.
Das Wärmeabschirmteil 4 ist in der Ausführungsform gemäß Figur 1 einlagig, d. h. zumindest im Bereich der Montagestelle der Sensoraufnahme 5 einlagig ausgebildet, und besitzt eine erste freie Außenseite 11 und eine zweite freie Außenseite 12, wobei die beiden Außenseiten sich gegenüberliegen und im
vorliegenden Beispiel die freie Außenseite 12 der
Heißgasleitung 3 zugewandt ist.
Unter "einlagig" im vorgenannten Sinne ist auch zu verstehen, dass ein aus mehreren Blechlagen gebildetes Wärmeabschirmteil vorgesehen ist, welches aber zwischen den Blechlagen keine ausreichend große Lücke hat, dass das elastisch verformbare Kopplungselement mit einem in Radialrichtung R nach außen weisenden ersten Schenkel 13 zwischen diesen Lagen angeordnet werden könnte.
Vielmehr ist es gerade der Vorteil des erfindungsgemäßen
Abschirmsystems, dass auch einlagige, insbesondere aus einer einzigen Blechlage gebildete Wärmeabschirmteile, mit der
Sensoraufnahme 5 unter Zuhilfenahme des insbesondere elastisch verformbaren Kopplungselements versehen werden können.
Hierdurch entfällt das im Stand der Technik als nachteilig empfundene Anordnen des Kopplungselements zwischen den
Blechlagen . Als elastisch verformbares Kopplungselement 10 im Sinne der Erfindung gelten Konstruktionen von Kopplungselementen, die spezielle Maßnahmen zur elastischen Verformbarkeit aufweisen, beispielsweise eine besondere Materialwahl aufweisen, welche einerseits der hohen Temperaturbelastung standhalten und andererseits aber über eine mehr als mikroskopisch kleine Verformbarkeit bei den im Betrieb aufzutretenden Kräften besitzt. Ein derartiges Element ist beispielsweise ein aus einem verformten/verpressten Metallgestrick, Metallgewirr, Metallgewirke oder Metallgeflecht ausgebildetes
Kopplungselement. Ein massives Stahlteil oder ansonsten im fachmännischen Sinne als nicht verformbar anzunehmendes Teil gilt im Sinne der Erfindung nicht als elastisch verformbares Kopplungselement, auch wenn im akademischen Maße theoretisch natürlich jede Krafteinwirkung auf einen Festkörper eine mikroskopisch kleine elastische Verformung hervorruft.
Derartige fachfremde und theoretische Betrachtungen sollen bei der Auswahl eines elastisch verformbaren Kopplungselements außen vor bleiben.
Im Beispiel gemäß Figur 1 wird das Kopplungselement zur
Axialkraftübertragung nur mit der freien Außenseite 11 des Wärmeabschirmteils 4 zusammen, die von der Heißgasleitung 3 abgewandt ist. Eine derartige Konstruktion hat den Vorteil, dass durch das Einschrauben des Sensors 2, beispielsweise der Lambdasonde in die Heißgasleitung 3 über die napfförmige
Ausgestaltung der Sensoraufnahme und der gegebenenfalls elastisch verformbaren Ausgestaltung des Kopplungselements eine Kraft in Axialrichtung A auf das Wärmeabschirmteil 4 auf die Heißgasleitung ausgeübt werden kann und somit durch das Einschrauben des Sensors 2 in die Heißgasleitung einen Beitrag zur Befestigung und Schwingungsvermeidung des
Wärmeabschirmteils geleistet werden kann. Gleichwohl besteht natürlich auch die Möglichkeit, welche allerdings zeichnerisch nicht dargestellt ist, dass das
Kopplungselement zur Axialkraftübertragung nur mit der freien Außenseite 12 des Wärmeabschirmteils 4, welche der
Heißgasleitung zugewandt ist, zusammenwirkt. Bei einer solchen Anordnung kann vorteilhafter Weise der Sensor 2 zusammen mit der Sensoraufnahme 5 sowie dem Kopplungselement 10 an der Heißgasleitung 3 vormontiert werden und eine Montage des
Wärmeabschirmteils 4 erst später erfolgen, wobei dann eine Abstützung des Wärmeabschirmteils 4 in der Umgebung der
Befestigungsstelle des Sensors 2 dahingehend erfolgt, dass ein Mindestabstand zwischen der Heißgasleitung und dem
Wärmeabschirmteil 4 festgelegt ist.
In dem in Figur 1 dargestellten Fall ist es umgekehrt. Das Wärmeabschirmteil ist durch seine Anlage an dem ersten
Schenkel 13 des Kopplungselements mit der freien Außenseite 11 hinsichtlich seines Maximalabstandes zwischen der
Heißgasleitung und dem Wärmeabschirmteil 4 vorbestimmt
festgelegt .
Der Kragen wirkt in der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung als axialer Anschlagflansch 14, mittels dem eine Axialkraft in Axialrichtung A über das Kopplungselement auf das Wärmeabschirmteil 4 übertragbar ist.
Ein zweiter Schenkel 15 des Kopplungselements umgibt die
Sensoraufnahme 5 im Bereich der Napfwandung 6 in
Umfangsrichtung U und liegt bevorzugt an der Napfwandung 6 außenseitig spielfrei an.
Die radiale Ausdehnung des zweiten Schenkels 15 des
Kopplungselements 10 ist bevorzugt derart bemessen, dass zwischen dem zweiten Schenkel 15 des Kopplungselements und einem Rand 16 einer Durchgangsöffnung 17, welche im Wärmeabschirmteil 4 vorgesehen ist, ein Spielspalt S vorhanden ist, der eine radiale Verschiebung der Sensoraufnahme 5 zusammen mit dem Kopplungselement 10 relativ zum
Wärmeabschirmteil 4 zulässt. Hierdurch können Spannungen im Wärmeabschirmteil 4, die beispielsweise aufgrund von
Montagetoleranzen oder Wärmeausdehnungen im Betrieb entstehen, abgebaut oder verhindert werden.
Zur Erleichterung der Montage wird in einer Ausführungsform gemäß Figur 2a, 2b, 2c vorgeschlagen, dass das elastisch verformbare Kopplungselement als verpresstes
Metalldrahtgestrick, Metalldrahtgewebe, Metalldrahtgewirke, Metalldrahtgeflecht oder dergleichen ausgebildet ist und eine grundsätzliche kragenförmige Raumform mit dem ersten Schenkel 13 und dem zweiten Schenkel 15 besitzt.
Ein derartiges Kopplungselement 10 kann beispielsweise
lediglich durch ein Aufstecken auf die konische Sensoraufnahme 5 montiert sein. Eine derartige Lösung kann aber dazu führen, dass auf dem Transportweg zur Montagestelle ein
unbeabsichtigtes Lösen des Kopplungselements von der
Sensoraufnahme 5 erfolgt und somit unerwünscht viele
Einzelteile zu montieren sind.
Die Erfindung schlägt daher insbesondere vor, am Kragen 9, der - wie oben beschrieben - als axialer Anschlagflansch 14 wirkt, einen Teilbereich vorzusehen, der in Axialrichtung gesehen eine ausreichende Fläche hat, um beispielsweise eine
stoffschlüssige Verbindung mit dem Kopplungselement hersteilen zu können. Hierzu sind beispielsweise zungenartige Vorsprünge 18 vorgesehen, die eine ausreichende Fläche bieten, um
beispielweise eine Punktschweißung auszuführen. Diesen
zungenartigen Vorsprüngen ist auf Seite des elastisch verformbaren Kopplungselements ein verpresster Bereich 19 vorgesehen, in dem das elastisch verformbare Kopplungselement, insbesondere in der Ausführungsform als Metalldrahtgebilde, derart verpresst ist und somit derart verdichtet ist, dass eine Stoffschlüssige Schweißverbindung mit der Zunge 18 hergestellt werden kann. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass für die Wandmontage des Wärmabschirmsystems die gesamte Sensoraufnahme 5 zusammen mit dem Kopplungselement 10 eine einteilige Baugruppe bilden und somit eine
Montagevereinfachung sichergestellt ist. Eine derartige
Punktschweißverbindung ist in Figur 2c durch Andeutung von Schweißlinsen 20 vorgenommen.
Bezugszeichenliste
1 Wärmeabschirmsystem
2 Sensor
3 Heißgasleitung
4 Wärmeabschirmteil
5 Sensoraufnahme
6 Napfwand
7 Napfboden
8 Durchstecköffnung
9 Kragen
10 elastisch verformbares Kopplungselement
11 erste freie Außenseite
12 zweite freie Außenseite
13 erster Schenkel
14 axialer Anschlagflansch
15 zweiter Schenkel
16 Rand
17 Durchgangsöffnung
18 Zunge
19 verpresster Bereich
20 Schweißlinsen
A Axialrichtung
DÄ Außendurchmesser
Di Innendurchmesser
R Radialrichtung
S radialer Spielspalt
U Umfangsrichtung

Claims

Ansprüche
1. Wärmeabschirmsystem eingerichtet und ausgebildet zur
Wärmeabschirmung eines einer Hochtemperaturbeaufschlagung ausgesetzten Sensors (2), insbesondere eines in einer
Heißgasleitung (3) einer Brennkraftmaschine eingesetzten Sensors (2) mit mindestens:
einem flächigen Wärmeabschirmteil (4) zur
Wärmeabschirmung von in einer Umgebung eines
Montageortes des Sensors (2) in der Heißgasleitung (3) abgegebenen Wärme;
einer Sensoraufnahme (5) mit einer Durchstecköffnung (8) für den Sensor (2), wobei in einem montierten
Zustand der Sensoraufnahme (5) die Sensoraufnahme (5) mittels des Sensors (2) an der Heißgasleitung (3) festgelegt ist, wobei
in einer Axialrichtung (A) kraftübertragend ein elastisch verformbares Kopplungselement (10) einerseits mit der Sensoraufnahme (5) und andererseits mit dem Wärmeabschirmteil (4) zusammenwirkt,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Axialkraftübertragung das Kopplungselement (10) nur mit einer von beiden freien Außenseiten (11; 12) des Wärmeabschirmteils (4) zusammenwirkt.
2. Wärmeabschirmsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kopplungselement (10) zur Axialkraftübertragung nur mit der freien Außenseite (11) des Wärmeabschirmteils (4), welche von der Heißgasleitung (3) abgewandt ist,
zusammenwirkt .
3. Wärmeabschirmsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (10) zur Axialkraftübertragung nur mit der freien Außenseite (12) des Wärmeabschirmteils (4), welche der Heißgasleitung (3) zugewandt ist, zusammenwirkt.
4. Wärmeabschirmsystem nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das elastisch verformbare Kopplungselement (10) ein aus Metalldraht gebildetes Gebilde, z. B. ein Drahtgestrick, Drahtgeflecht, Drahtgewirr ist.
5. Wärmeabschirmsystem nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensoraufnahme (5) flachplattenförmig oder napfförmig mit der Durchstecköffnung (8) für den Sensor (2) in der Flachplatte oder einem Boden (7) des Napfes ausgebildet ist .
6. Wärmeabschirmsystem nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das elastisch verformbare Kopplungselement (10) die
Sensoraufnahme (5) radial außenseitig umgibt und mit einem axialen Anschlagflansch (14) der Sensoraufnahme (5)
zusammenwirkt .
7. Wärmeabschirmsystem nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das elastisch verformbare Kopplungselement (10) in einer Umfangsrichtung (U) um die Sensoraufnahme (5) zumindest teilbereichsweise verpresst und mit der Sensoraufnahme (5) stoffschlüssig verbunden ist, z. B. verschweißt ist.
8. Wärmeabschirmsystem nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das elastisch verformbare Kopplungselement (10) im
Querschnitt L-förmig ist und einen ersten Schenkel (13) besitzt, welcher sich im Wesentlichen in Axialrichtung (A) erstreckt .
9. Wärmeabschirmsystem nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Außendurchmesser (DÄ) des verformbaren
Kopplungselements (10) im Bereich des in Axialrichtung (A) ersten Schenkels (13) kleiner ist als ein Innendurchmesser (Di) einer Durchgangsöffnung (17) des Wärmeabschirmteils (4), sodass ein radialer Spielspalt (S) gebildet ist.
10. Wärmeabschirmsystem nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Montageposition des Sensors (2) zusammen mit der Sensoraufnahme (5) das elastisch verformbare
Kopplungselement (10) in Axialrichtung (A) vorgespannt gegen die eine freie Außenseite (11; 12) des
Wärmeabschirmteils (4) gesetzt ist.
11. Wärmeabschirmsystem nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor (2) ein Abgastemperatursensor oder eine
Lambdasonde ist.
12. Wärmeabschirmsystem nach einem der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensoraufnahme (5) und/oder das elastisch verformbare Kopplungselement (10) aus einem korrosionsbeständigen
Metallwerkstoff gebildet ist.
13. Sensoraufnahme (5) zur Ausbildung eines
Wärmeabschirmsystems nach einem oder mehreren der
vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensoraufnahme (5) umgebend ein elastisch verformbares Kopplungselement (10) angeordnet ist, welches aus einem Drahtgebilde, insbesondere einem Metalldrahtgebilde, gebildet ist.
14. Sensoraufnahme zur Ausbildung eines Wärmeabschirmsystems (1) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das elastisch verformbare Kopplungselement (10) mindestens lokal verpresst ist, dass heißt gegenüber der übrigen
Dichte erhöht ist und im verpressten Bereich Stoffschlüssig mit der Sensoraufnahme (5) verbunden ist.
15. Sensoraufnahme nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die stoffschlüssige Verbindung mittels Schweißens,
insbesondere Punktschweißen oder Laserschweißen erfolgt.
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