DE10324956B4

DE10324956B4 - Messfühler

Info

Publication number: DE10324956B4
Application number: DE10324956A
Authority: DE
Inventors: Helmut Weyl; Juergen Wilde; Andreas Pesch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: JP2006514311A; CN1798971A; US7434448B2; DE10324956A1; CN100545649C; WO2004109270A1; US20070056353A1; EP1634067A1

Abstract

Messfühler zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft, wie die Konzentration einer Gaskomponente oder die Temperatur, eines Messgases, insbesondere des Abgases von Brennkraftmaschinen, mit einem Sensorelement (14), das in einem Gehäuse (12) festgesetzt und an einem messgasseitigen Endabschnitt (141) von einem Schutzrohr (13) und an einem anschlussseitigen Endabschnitt (142) von einer Schutzhülse (11) umschlossen ist, und mit einem radial abstehenden Flansch zum Festspannen des Messfühlers auf einem an einer Messgasleitung ausgebildeten Dichtsitz (21), wobei der Flansch (111; 131) einstückig an der Schutzhülse (11) und/oder an dem Schutzrohr (13) angeformt ist, mit einem den messgasseitigen Endabschnitt (141) des Sensorelements (14) umschließenden Innenschutzrohr (27), das seinerseits von dem Schutzrohr (13) umgeben ist und an einem der Schutzhülse (11) zugekehrten Rohrende einen einstückigen Flansch (271) trägt und dass die Flansche (131, 271, 111) am Schutzrohr (13), am Innenschutzrohr (27) und an der Schutzhülse (11) aufeinandergelegt und auf dem Dichtsitz (21) festspannbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Messfühler zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft, wie die Konzentration einer Gaskomponente oder der Temperatur, eines Messgases, insbesondere des Abgases von Brennkraftmaschinen.
Bei einem bekannten Messfühler zur Detektion von in einer Gasleitung strömenden Gasen ( DE 43 18 107 A1 ) ist das das Sensorelement aufnehmende Gehäuse als rohrförmiges Metallgehäuse mit einer Längsbohrung ausgebildet. Am äußern Umfang besitzt das Metallgehäuse einen einstückigen, umlaufenden Flansch, der zum Festspannen des Metallgehäuses auf einem an der Gasleitung ausgebildeten Dichtsitz dient. Das Sensorelement ist mit einem mittleren Abschnitt zentral in das Metallgehäuse eingesetzt und wird mittels einer Dichtungsanordnung, die sich einerseits an das Sensorelement und andererseits an die Bohrungswand der Längsbohrung anpresst, festgelegt, und steht mit einem messgasseitigen Endabschnitt und einem anschlussseitigen Endabschnitt an beiden Gehäuseseiten aus dem Gehäuse vor. Auf dem anschlussseitigen Endabschnitt ist ein Anschlussstecker aufgesetzt, der das Sensorelement mit Anschlusskabeln verbindet. Der anschlussseitige Endabschnitt mit Anschlussstecker ist von einer Schutzhülse überdeckt, die auf das Metallgehäuse aufgeschoben und mit dieser verschweißt ist. Der messgasseitige Endabschnitt des Sensorelements ist von einem Schutzrohr mit Gasdurchtrittsöffnungen umschlossen, das an seinem gehäuseseitigen Ende einen nach außen weisenden Ringflansch trägt, der innen im Metallgehäuse befestigt ist.
Bei einem ebenfalls bekannten Messfühler zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Abgasen von Verbrennungsmotoren ( DE 197 39 435 A1 ) ist das Sensorelement in einem rohrförmigen, metallischen Gehäuse aufgenommen, an dem ein Dichtflansch dadurch ausgebildet ist, dass das Rohrelement zunächst gestaucht wird, wobei sich ein gerundeter Wulst ausbildet, und danach der Wulst durch Rundkneten derart bearbeitet wird, dass zwei gegeneinander geneigte, axial um das Gehäuse umlaufende Dichtflächen entstehen. Das Sensorelement ist mittels einer Dichtungsanordnung, bestehend aus einem messgasseitigen Keramikformteil, einem anschlussseitigen Keramikformteil und einem dazwischen angeordneten Dichtelement, im Gehäuse so festgelegt und gasdicht abgedichtet, dass es mit dem messgasseitigen Endabschnitt aus dem Gehäuse herausragt. Die Keramikformteile bestehen aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) und weisen zentrale Durchführungen für das Sensorelement auf. Das ebenfalls eine Durchführung für das Sensorelement aufweisende Dichtelement aus Steatit wird in einem vorgepressten Zustand zwischen die Keramikformteile eingesetzt. Anschließend wird messgasseitig mit einem Stempel auf das messgasseitige Keramikformteil mit einer Anpresskraft eingewirkt, die das vorgepresste Dichtelement zerquetscht und an Gehäusewand und Sensorelement anpresst. Anschließend wird in das Gehäuse eine Einformung eingebracht, um die Druckposition bezüglich des Dichtelements zu halten. Das anschlussseitige Keramikformteil stützt sich dabei an einer im Gehäuse vorhandenen Radialschulter ab. Ein Doppelschutzrohr mit Gasdurchtrittsöffnungen wird über den messgasseitigen Endabschnitt gestülpt, endseitig in das Gehäuse eingeschoben und mit diesem verschweißt. In Einbaulage liegt der Dichtflansch des Gehäuses auf einem in einem Anschlussstück des Abgasrohrs ausgebildeten Dichtsitz auf und wird von einer sich mit einer Ringfläche auf den Dichtflansch aufsetzenden Überwurfmutter, die auf einem Außengewinde des Anschlussstücks verschraubt ist, festgespannt. Das Anschlussstück umgibt gasdicht ein in der Messgasleitung bzw. in dem Abgasrohr angeordnetes Einführloch für das Doppelschutzrohr.
Aus der DE 196 08 543 A1 und der DE 78 37 694 U1 ist bekannt, das Sensorelement in einer aus einer Schutzhülse und einem Schutzrohr gebildeten Gehäusehülle anzuordnen. In der DE 196 08 543 A1 ist das Sensorelement an dem Schutzrohr und in der DE 78 37 694 U1 an der Schutzhülse festgesetzt.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Messfühler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Umhüllung des Sensorelements, die zugleich der Montage des Messfühlers an der Messgasleitung dient, aus Baukomponenten zusammengesetzt ist, die mit recht einfachen und kostengünstigen Fertigungsverfahren hergestellt und in nur wenigen Montageschritten gefügt werden können.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhaften Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Messfühlers möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Schutzhülse und/oder Schutzrohr als Tiefziehteil hergestellt, wobei der nach dem Tiefziehen vorhandene Tiefzieh- oder Beschneidungsrand, der üblicherweise nach dem Tiefziehen entfernt wird, als Spannflansch zum Festspannen des Messfühlers im Dichtsitz der Messgasleitung verwendet wird. Als Material für die Tiefziehteile werden nicht rostende, hitzebeständige Stähle oder Nickellegierungen verwendet. Nach dem Tiefziehen wird der Teil des Beschneidungsrands, der in dem außerhalb der Tiefziehmatrize liegenden, niedergehaltenen Bereich liegt, ausgestanzt oder abgeschnitten, so dass der Flansch ein definiertes Radialmaß besitzt. Die beiden Tiefziehteile werden mit dem als einfaches Rohr gefertigten Gehäuse zusammengesetzt und mit diesem verschweißt.
Alternativ kann nur die Schutzhülse oder nur das Schutzrohr mit einem Flansch versehen sein. Das Vorhalten nur eines Dichtungsflansches an einem der beiden Baukomponenten eröffnet die Möglichkeit, für die jeweils andere Baukomponente ein anderes Fertigungsverfahren als das Tiefziehen einzusetzen.
Werden beide Beschneidungsränder an den Tiefziehteilen als Flansche genutzt, so bildet der am Schutzrohr vorhandene Flansch den Spannflansch für den Dichtsitz der Messgasleitung, während der Flansch an der Schutzhülse die Funktion einer Verliersicherung für eine auf das Gehäuse aufgeschobene Hohlschraube übernimmt. Die Hohlschraube wird dabei vor dem Zusammenfügen von Schutzhülse und Gehäuse auf das Gehäuse aufgeschoben. Die Hohlschraube besitzt an der einen Stirnseite eine ringförmige Anschlagfläche, die sich an die zum Gehäuse weisenden Unterseite des Flansches an der Schutzhülse anzulegen vermag, und an der anderen Stirnseite eine ringförmige Spannfläche, die sich auf den Flansch an dem Schutzrohr aufzusetzen vermag.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuse von einem das messgasseitige Ende des Sensorelements umschließenden Innenschutzrohr gebildet, das seinerseits von dem Schutzrohr konzentrisch umgeben ist. Das Innenschutzrohr trägt an einem der Schutzhülse zugekehrten Rohrende einen einstückigen Flansch, der mit den beiden Flanschen am Schutzrohr und an der Schutzhülse zusammengefügt und auf dem Dichtsitz festgespannt ist. Durch diese konstruktive Maßnahme übernimmt das bei Abgassensoren häufig eingesetzte Doppelschutzrohr für den messgasseitigen Endabschnitt des Sensorelements zugleich die Funktion des Gehäuses, wobei mit dem Wegfallen des Gehäuses ein Bauteil eingespart wird. Die insgesamt drei Komponenten, nämlich Innenschutzrohr, Schutzrohr und Schutzhülse, werden zu der Hülle des Sensorelements gefügt, und im Flanschbereich durch Festspannen auf dem Dichtsitz gefügt gehalten. Zusätzliche Schweißungen zur Herstellung einer z.B. lasergeschweißten Überlappnaht oder axialen I-Naht oder Kehlnaht zwischen Gehäuse und Schutzhülse einerseits und Gehäuse und Schutzrohr andererseits entfallen. Dadurch vermindert sich sowohl der Investitionsaufwand als auch die Fertigungszeit für die Herstellung des Messfühlers. Gleichzeitig werden eine größere Flexibilität in dem messgasseitigen Vorstehmaß des Sensorelements und eine sich ebenfalls kostengünstig auswirkenden Verkürzung des Sensorelements ermöglicht.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 bis 5 jeweils auszugsweise eine Seitenansicht einer in ein Abgasrohr eingesetzten Abgassonde in fünf verschiedenen Ausführungsbeispielen, teilweise geschnitten,
6 einen Längsschnitt einer in ein Abgasrohr eingesetzten Abgassonde gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in 1 in Seitenansicht, teilweise geschnitten und in ihrer Einbauposition in einem Abgasrohr 10 eines Kraftfahrzeugs dargestellte Abgassonde als Ausführungsbeispiel für einen allgemeinen Messfühler zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft eines Messgases, dient als sog. Lambdasonde zum Bestimmen der Sauerstoffkonzentration im Abgas von Verbrennungsmotoren. Die Abgassonde weist ein Sensorelement 14 auf, das von einer Hülle umschlossen ist, die sich aus einer Schutzhülse 11, einem rohrförmigen Gehäuse 12 und einem Schutzrohr 13 zusammensetzt. Das in 1 nur mit einem messgasseitigen Endabschnitt 141 durch in das Schutzrohr 13 eingearbeitete Gasdurchtrittslöcher 15 zu sehende Sensorelement 14 ist in 6 vollständig dargestellt. Wie dort zu sehen ist, ist das Sensorelement 14 an seinem anderen, anschlussseitigen Endabschnitt 142 über einen Anschlussstecker 16 mit Anschlusskabeln 17 elektrisch verbunden. In den Ausführungsbeispielen der 1-5 sind die Anschlusskabel 17 von einem Mantelrohr 18 umschlossen. Die Schutzhülse 11 ist als Fliesspress- oder Tiefziehteil hergestellt und hat einen sich verjüngenden Abschnitt 112, in dessen Öffnung das Mantelrohr 18 eingeführt und beispielsweise durch Schweißen befestigt ist. Das Gehäuse 12 ist aus einem Rohr hergestellt und an seinem oberen, in die Schutzhülse 11 eingeschobenen Ende eingebördelt. Der Bördelrand 121 dient zum Abstützen einer in 1 nicht zu sehenden Dichtung, die das Sensorelement 14 gasdicht umschließt und sich an die Innenwand des Gehäuses 12 anpresst. Das Schutzrohr 13 ist als Tiefziehteil hergestellt, das an seinem über das untere Ende des Gehäuses 12 geschobenen Ende einen mit ihm einstückigen, ringförmigen Flansch 131 trägt. Dieser Flansch 131 ist von dem nach dem Tiefziehen vorhandenen, sog. Beschneidungsrand gebildet, der üblicherweise bei tiefgezogenen Bauteilen abgeschnitten wird. Im vorliegenden Fall des Schutzrohrs 13 verbleibt jedoch der Bescheidungsrand an dem Schutzrohr 13. Ausgangsmaterial für die Herstellung des Schutzrohrs 13 ist beispielsweise ein 0,3-0,6 mm dickes Blech aus nicht rostendem, hitzebeständigem Stahl oder einer Nickellegierung, wobei nach dem Tiefziehen der außerhalb der Matrize liegende, niedergehaltene Bereich des Beschneidungsrands ausgestanzt oder geschnitten wird, wobei der Schnitt beispielsweise in einem Abstand von ca. 1,5 mm von der Außenkontur des Schutzrohrs 13 verläuft. Das Schutzrohr 13 und die Schutzhülse 11 sind auf voneinander abgekehrten Endbereichen des Gehäuses 12 aufgeschoben und mit diesen z.B. durch Laserstrahlschweißen fest verbunden.
Zur Aufnahme der Abgassonde weist das Abgasrohr 10 in seiner Rohrwand 101 eine Einführöffnung 19 auf, die konzentrisch von einem Anschlussstück 20 umschlossen ist. Das hohlzylindrische Anschlussstück 20 ist an der Rohrwand 101 angeschweißt und mit einem Dichtsitz 21 zur Auflage des Flansches 131 am Schutzrohr 13 sowie mit einem Innengewinde 22 zum Einschrauben eines als Hohlschraube 24 ausgebildeten Aufspannelements 23 versehen. Die Hohlschraube 24 dient zum Festsetzen der Abgassonde im Anschlussstück 20.
Zum Einbau der Abgassonde in das Abgasrohr 10 wird die Abgassonde mit dem Schutzrohr 13 durch das Abschlussstück 20 und die Einführöffnung 19 in der Rohrwand 101 so weit hindurchgeführt, bis der Flansch 131 am Schutzrohr 13 auf dem Dichtsitz 21 aufliegt. Die über Schutzhülse 11 und Gehäuse 12 geschobene Hohlschraube 24 wird nunmehr mit ihrem Außengewinde 241 in das Innengewinde 22 eingeschraubt, wobei ihr stirnseitige Ringfläche auf den Flansch 131 am Schutzrohr 13 aufsetzt und diesen gegen den Dichtsitz 21 verspannt. Zum Einschrauben in das Anschlussstück 20 trägt die Hohlschraube 24 einen Schlüsselsechskant 242.
Die in 2 dargestellte Abgassonde ist in gleicher Weise, wie beschrieben, aufgebaut, jedoch mit dem Unterschied, dass anstelle des Schutzrohrs 13 jetzt die ebenfalls als Tiefziehteil gefertigte Schutzhülse 11 einen mit ihr einstückigen, ringförmigen Flansch 111 trägt. Auch hier ist wiederum, wie zu dem Schutzrohr in 1 beschrieben, der Flansch 111 von dem nach Tiefziehen verbleibenden Beschneidungsrand gebildet. Dagegen wird von dem Schutzrohr 13 nach dem Tiefziehen der Beschneidungsrand wie üblich entfernt. Schutzhülse 11, Gehäuse 12 und Schutzrohr 13 sind wiederum fest miteinander verbunden, vorzugsweise verschweißt, und schließen das Sensorelement 14 ein. Beim Einbau der Abgassonde in das Abgasrohr 10 wird die Abgassonde mit dem Schutzrohr 13 durch die Einführöffnung 19 hindurchgeführt, bis der Flansch 111 an der Schutzhülse 11 auf den am Anschlussstück 20' ausgebildeten Dichtsitz 21 aufliegt. Das Anschlussstück 20' trägt hier ein Außengewinde 25, und das Aufspannelement 23 ist als Überwurfmutter 26 mit einem Innengewinde 261 ausgeführt, mit dem die Überwurfmutter 26 auf dem Anschlussstück 20' verschraubbar ist. Die Überwurfmutter 26 besitzt nahe ihrer einen Stirnseite eine Radialschulter 262, die nach Aufschieben der Überwurfmutter 26 auf die Schutzhülse 11 und Verschrauben der Überwurfmutter 26 auf dem Anschlussstück 20' auf dem Flansch 111 der Schutzhülse 11 aufliegt.
Zum Einbau der Abgassonde in das Abgasrohr 10 wird wiederum die Abgassonde mit dem Schutzrohr 13 durch die Einführöffnung 19 in der Rohrwand 101 hindurchgeführt, bis der Flansch 111 an der Schutzhülse 11 auf dem Dichtsitz 21 aufliegt. Dann wird die die Schutzhülse 11 umgebende Überwurfmutter 26 auf das Anschlussstück 20' aufgeschraubt, bis deren Radialschulter 262 den Flansch 111 der Schutzhülse 11 auf dem Dichtsitz 21 festsetzt. Im übrigen stimmt der Aufbau der Abgassonde gemäß 2 mit der in 1 überein, so dass gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Abgassonde ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel in 2 das dort als Überwurfmutter abgebildete Aufspannelement hier als Hohlschraube 24 ausgebildet, die – wie in 1 – in dem Anschlussstück 20 verschraubbar ist. Die Abgassonde ist mit dem Flansch 111 an der Schutzhülse 11 auf dem im Anschlussstück 20 ausgebildeten Dichtring 21 aufgelegt, und wird beim Einschrauben der Hohlschraube 24 über die stirnseitige Ringfläche der Hohlschraube 24 gegen das Anschlussstück 20 verspannt. Das Heranziehen des bei Tiefziehen an der Schutzhülse 11 gewonnenen Flansches 111 als Spannflansch, wie dies in 2 und 3 der Fall ist, bringt gegenüber der Verwendung des Flansches 113 am Schutzrohr 14 als Spannflansch gemäß 1 Vorteile mit sich, da üblicherweise die Schutzhülse 11 mit einer größeren Wandstärke als das Schutzrohr 13 hergestellt wird.
Die in 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiele einer am Abgasrohr 10 montierten Abgassonde stimmen mit dem zu 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel der Abgassonde nahezu vollständig überein, mit der Ausnahme, dass auch an der als Tiefziehteil gefertigten Schutzhülse 11 der nach dem Tiefziehen vorhandene Beschneidungsrand belassen und auf beispielsweise ca. 1,5 mm von der Hülsenaußenkontur ausgestanzt oder geschnitten wird. Der Flansch 111 wird als Anschlag für die Hohlschraube 24 eingesetzt und bildet eine Verliersicherung für die Hohlschraube 24. In beiden Fällen gemäß 4 und 5 wird vor dem Zusammenfügen von Schutzhülse 11 und Gehäuse 12 die Hohlschraube 24 auf das mit dem Schutzrohr 13 fest verbundene Gehäuse 12 aufgeschoben. Danach wird die Schutzhülse 11 über das Ende des Gehäuses 12 geschoben und mit dem Gehäuse 12 verschweißt. Die Schutzhülse 11 ist nunmehr mit axialem Spiel zwischen den beiden Flanschen 111 und 131 an Schutzhülse 11 und Schutzrohr 13 gefangen. Im Ausführungsbeispiel der 4 stützt sich das vom Schutzrohr 13 abgekehrte, freie Stirnende der Hohlschraube 24 an dem Flansch 111 der Schutzhülse 11 ab, während in dem Ausführungsbeispiel der 5 die Hohlschraube 24 im Bereich ihres Schlüsselsechskants 242 einen vergrößerten, lichten Durchmesser aufweist, der wenig größer ist als der Außendurchmesser des Flansches 111 an der Schutzhülse 11. Im Übergangsbereich vom Schlüsselsechskant 242 zu dem Gewindebereich ist eine umlaufende Schrägschulter 243 ausgebildet, die bei Axialverschiebung der Hohlschraube 24 auf dem Gehäuse 12 an den Flansch 111 der Schutzhülse 11 anschlägt.
Zur Montage der Abgassonde gemäß 4 und 5 wird die Abgassonde wiederum mit dem Schutzrohr 13 durch die Einführöffnung 19 in der Rohrwand 101 des Abgasrohrs 10 hindurchgeführt, bis das Außengewinde 241 der Hohlschraube 24 in das Innengewinde 22 des Anschlussstücks 20 eingreift. Dann wird durch Drehen der Hohlschraube 24 die Abgassonde axial nach unten verschoben, bis der Flansch 131 am Schutzrohr 13 auf dem Dichtsitz 21 des Anschlussstücks 20 aufliegt. Eine weitere Drehung der Hohlschraube 24 führt zur kraftschlüssigen Verspannung des Flansches 131 auf dem Dichtsitz 21.
Bei der in 6 im Längsschnitt in ihrer Einbauposition im Abgasrohr 10 zu sehenden Abgassonde ist das Gehäuse 12, in dem das Sensorelement 14 festgesetzt ist, als Innenschutzrohr 27 ausgebildet, das den messgasseitigen Endabschnitt 141 des Sensorelements 14 umgibt und seinerseits vom Schutzrohr 13 umschlossen ist. Im Umschließungsbereich ist das Innenschutzrohr 27 mit Gasdurchtrittslöchern 32 versehen. Das Innenschutzrohr 27 ist ebenso wie das Schutzrohr 13 und die Schutzhülse 11 als Tiefziehteil hergestellt, wobei bei allen drei Tiefziehteilen der nach dem Tiefziehen vorhandene Beschneidungsrand belassen und auf ein bestimmtes Abstandmaß zur Hülsenwand bzw. Schutzrohrwand beschnitten wird. Der äußere Bereich des Flansches 131 am Schutzrohr 13 wird als Bördelrand 132 genutzt.
Das Sensorelement 14 ist mit seinem mittleren Abschnitt 143 in dem die Funktion des Gehäuses 10 übernehmenden, oberen Bereich des Innenschutzrohrs 27 festgelegt, der einen etwas größeren, lichten Durchmesser als der untere Bereich des Innenschutzrohrs 27 aufweist, so dass sich am Übergang beider Rohrbereiche eine ringförmige Schulter 272 ergibt. An dieser Schulter 272 stützt sich eine Keramikscheibe 28 ab, die ein zentrales Durchführloch 29 für das Sensorelement 14 aufweist. Auf der Keramikscheibe 28 liegt eine Dichtung 30 auf, die einerseits das Sensorelement 14 dicht umschließt und sich andererseits an die Innenwand des Innenschutzrohrs 27 anpresst. Diese Dichtung 30 besteht aus Einschmelzglas oder temperaturbeständigem Kitt oder aus einer schäumenden Keramikmasse. Bei der Herstellung der Dichtung 30 verhindert die Keramikscheibe 29, die z.B. aus Fosterit besteht, das Austreten des Schmelzglases oder das Auslaufen des Kittes. Wird eine schäumende Keramikmasse verwendet, so wird oberhalb der Dichtung 30 eine zweite Keramikscheibe fixiert, die das Austreiben des Schaums während des Ausheizvorgangs verhindert. Die Baueinheit aus Innenschutzrohr 27 und darin befestigtem Sensorelement 14 wird in das Schutzrohr 13 so eingesetzt, dass sich der Flansch 271 des Innenschutzrohrs 27 auf den Flansch 131 des Schutzrohrs 13 auflegt. Dann wird die Schutzhülse 11 über den im Anschlussstecker 16 aufgenommenen anschlussseitigen Endabschnitt 142 des Sensorelements 14 gestülpt und mit ihrem Flansch 111 auf den Flansch 271 des Innenschutzrohrs 27 aufgelegt. Danach wird der am Flansch 131 des Schutzrohrs 13 vorhandene Bördelrand 132 auf den Flansch 111 der Schutzhülse 11 aufgebördelt. Der verjüngte, endseitige Abschnitt der Schutzhülse 11 wird auf ein die Anschlusskabel 17 zum Anschlussstecker 16 umschließendes, elastisches, stopfenartiges Formteil 31 aufgepresst.
Die so zusammengesetzte Abgassonde wird in der zu 1 beschriebenen Weise am Abgasrohr 10 montiert, indem das Schutzrohr 13 wiederum durch die Einführöffnung 19 in dem an der Rohrwand des Abgasrohrs 10 befestigten Anschlussstück 20 hindurch in das Abgasrohr 10 eingeführt wird, bis der Flansch 131 am Schutzrohr 13 auf dem im Anschlussstück 20 ausgebildeten Dichtsitz 21 aufliegt. Dann wird die Hohlschraube 24 in das Anschlussstück 20 eingeschraubt. Die Hohlschraube 24 presst sich mit ihrer stirnseitigen Ringfläche auf den Bördelrand 132 des Schutzrohrs 13 auf, so dass die Abgassonde im Anschlussstück 20 kraftschlüssig festgespannt ist.
Der am Flansch 131 des Schutzrohrs 13 ausgebildete Bördelrand 132 ermöglicht die Vorfertigung der Abgassonde als Baueinheit, die dann vor Ort in das Abgasrohr 10 der Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann. Selbstverständlich ist es möglich, auf den Bördelrand 132 zu verzichten und die drei Tiefziehteile, die das Sensorelement 14 umhüllen, mit ihren Flanschen 131, 271 und 111 aufeinanderzulegen und mittels der Hohlschraube 24 zusammenzuspannen. Sowohl bei der Umbördelung als auch beim einfachen Klemmen erübrigt sich eine Schweißverbindung zwischen den Tiefziehteilen, wodurch sich der Investitionsaufwand in der Fertigung verringert und kürzere Taktzeiten bei der Fertigung erreicht werden. Der Ersatz des teueren, häufig als Drehteil hergestellten Gehäuses durch das als Fließpress- oder Tiefziehteil hergestellte Innenschutzrohr führt insbesondere bei Abgassonden, bei denen ein sog. Doppelschutzrohr für den messgasseitigen Endabschnitt 141 des Sensorelements 24 gefordert wird, zu einer Bauteilereduzierung und einer Fertigungskosteneinsparung.
Die Erfindung ist nicht auf den beschriebenen, als Abgassonde ausgebildeten Messfühler beschränkt. Sie kann in gleicher Weise mit gleichen Vorteilen auch zur Herstellung der Einbauhüllen von Sensorelementen in Temperaturfühlern, Druckfühlern und ähnlichen Sensoren eingesetzt werden. Ein Temperaturfühler ist beispielsweise in der DE 37 33 192 C1 beschrieben.
Weiterhin kann anstelle der Hohlschraube 24 oder der Überwurfmutter 26 auch ein anders gestaltetes Aufspannelement 23 verwendet werden. Dabei muss der Flansch an Schutzrohr 14 oder Schutzhülse 11 auch nicht selbst auf dem Dichtsitz 21 des Anschlussstücks 20 aufliegen. Beispielsweise kann auch das Gehäuse 12 mit einer Schrägschulter auf dem Dichtsitz 21 aufliegen und eine gasdichte Abdichtung bewirken, wobei das Aufspannelement 23 nach wie vor an dem Flansch an Schutzhülse 11 oder Schutzrohr 14 angreift und eine Verspannung zum Anschlussstück 20 herstellt.

Claims

Messfühler zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft, wie die Konzentration einer Gaskomponente oder die Temperatur, eines Messgases, insbesondere des Abgases von Brennkraftmaschinen, mit einem Sensorelement (14), das in einem Gehäuse (12) festgesetzt und an einem messgasseitigen Endabschnitt (141) von einem Schutzrohr (13) und an einem anschlussseitigen Endabschnitt (142) von einer Schutzhülse (11) umschlossen ist, und mit einem radial abstehenden Flansch zum Festspannen des Messfühlers auf einem an einer Messgasleitung ausgebildeten Dichtsitz (21), wobei der Flansch (111; 131) einstückig an der Schutzhülse (11) und/oder an dem Schutzrohr (13) angeformt ist, mit einem den messgasseitigen Endabschnitt (141) des Sensorelements (14) umschließenden Innenschutzrohr (27), das seinerseits von dem Schutzrohr (13) umgeben ist und an einem der Schutzhülse (11) zugekehrten Rohrende einen einstückigen Flansch (271) trägt und dass die Flansche (131, 271, 111) am Schutzrohr (13), am Innenschutzrohr (27) und an der Schutzhülse (11) aufeinandergelegt und auf dem Dichtsitz (21) festspannbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das das Sensorelement (14) festsetzende Gehäuse (12) von dem Innenschutzrohr (27) gebildet ist, wobei das Innenschutzrohr (27) eine ringförmige Schulter (272) aufweist, an der sich eine Keramikscheibe (28) abstützt, auf der eine Dichtung (30) aufliegt, die das Sensorelement (14) dicht umschließt und sich an eine Innenwand des Innenschutzrohres (27) anpresst.
Messfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülse (11) und/oder das Schutzrohr (13) als Tiefziehteil hergestellt ist und ein nach dem Tiefziehen verbleibender, endseitiger Beschneidungsrand den Flansch (111; 131) bildet.
Messfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) einerseits mit der Schutzhülse (11) und andererseits mit dem Schutzrohr (13), vorzugsweise durch Schweißen, fest verbunden ist.
Messfühler nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch ein am Flansch (111; 131) angreifendes Aufspannelement (23), das vorzugsweise als Hohlschraube (24) oder Überwurfmutter (26) ausgebildet ist.
Messfühler nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (131) am Schutzrohr (13) mittels einer auf das Gehäuse (12) aufgeschobenen Hohlschraube (24), die sich mit einer ringförmigen Stirnfläche auf dem Flansch (131) aufzusetzen vermag, aufspannbar ist und dass der Flansch (111) an der Schutzhülse (11) einen dass Abnehmen der Hohlschraube (24) vom Gehäuse (12) verhindernden Anschlag bildet.
Messfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (131) am Schutzrohr (13) einen einstückigen Bördelrand (132) aufweist, der auf den Flansch (111) an der Schutzhülse (11) aufgebördelt ist, und dass der Flansch (271) am Innenschutzrohr (27) zwischen den Flanschen (131, 111) am Schutzrohr (13) und an der Schutzhülse (11) eingespannt ist.
Messfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (131) am Schutzrohr (13) von einem auf den Bördelrand (132) sich aufsetzenden, die Schutzhülse (11) konzentrisch umgebenden Aufspannelement (23) auf den Dichtsitz (21) festspannbar ist.
Messfühler nach einem der Ansprüche 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (14) gegenüber der Innenwand des Innenschutzrohrs (27) durch Einschmelzglas, temperaturbeständigen Kitt oder eine schäumende Keramikmasse gasdicht abgedichtet ist.
Messfühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenschutzrohr (27) einen im Durchmesser reduzierten Rohrabschnitt aufweist und dass in dem durchmessergrößeren Rohrabschnitt eine Keramikscheibe (28) mit einem zentralen Durchführloch (29) für das Sensorelement (14) einliegt, die sich an einer zwischen den Rohrabschnitten gebildeten Schulter (272) abstützt.
Messfühler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die flanschseitige Öffnung des Innenschutzrohrs (27) mit einer ein zentrales Durchführloch für das Sensorelement (14) aufweisenden weiteren Keramikscheibe abgedeckt ist und dass der Zwischenraum zwischen den beiden Keramikscheiben (28) mit aufgeschäumter Keramikmasse gefüllt ist.