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Dokumentenidentifikation DE102004023442B4 03.05.2007
Titel Halterungsvorrichtung
Anmelder REINZ-Dichtungs-GmbH, 89233 Neu-Ulm, DE
Erfinder Brühl, Manfred, 73329 Kuchen, DE;
Müller, Otto, 89171 Illerkirchberg, DE;
Reiss, Jutta, 97277 Neubrunn, DE
Vertreter Patentanwälte Lang & Tomerius, 80336 München
DE-Anmeldedatum 12.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004023442
Offenlegungstag 08.12.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse F02B 77/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60R 13/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Halterungsvorrichtung für ein rohrförmiges Werkstück zur Verwendung in Verbrennungsmotoranlagen.

In Verbrennungsmotoranlagen sind häufig, aufgrund der immer stärker zunehmenden kompak- ten Bauweise bei Motoren und Motoranlagen, rohrförmige Werkstücke innerhalb einer Verbrennungsmotoranlage so angeordnet, dass sie entweder durch Öffnungen in anderen Bauteilen der Verbrennungsmotoranlage geführt werden oder mit einem freien Ende an anderen Bauteilen der Verbrennungsmotoranlage anliegen und dort befestigt werden müssen. Im weiteren Verlauf wird der Begriff Verbrennungsmotoranlage als mindestens sowohl einen Verbrennungsmotor als auch das dazugehörige Abgassystem umfassend angesehen.

Beispielsweise ist es bei Kraftfahrzeugen bekannt, zur Erzielung möglichst schadstofffreier Abgase, den Sauerstoffgehalt im Abgaskanal durch Sauerstoffmesssonden, sogenannte Lambdasonden, zu messen. Zu diesem Zweck werden die Lambdasonden in einem Abgaskanal einer Verbrennungsmotoranlage angeordnet, wobei nur der Bereich der Sonde, der den Sensor umfasst, innerhalb des Abgaskanals angeordnet wird, während der restliche Bereich der Sonde, an welchem zum Beispiel die Anschlussbuchsen untergebracht sind, außerhalb des Abgaskanals angeordnet ist.

In Verbrennungsmotoranlagen werden unter anderem flächige Bauteile verwendet, die aufgrund ihrer flächigen Ausgestaltung und der kompakten Bauweise von Verbrennungsmotoranlagen vielfach ein Hindernis für rohrförmige Werkstücke der Verbrennungsmotoranlagen darstellen, so dass letztere durch die flächigen Bauteile hindurchgeführt werden müssen. So werden beispielsweise im Kraftfahrzeugbau zur Abschirmung temperaturempfindlicher Bauteile und Baugruppen von Wärmequellen, insbesondere von abgasführenden Bauteilen, im Allgemeinen flächige Hitzeschilde zwischen den Wärmequellen und den temperaturempfindlichen Bauteilen angeordnet. Im Bereich des Abgasstrangs sind die Hitzeschilde oft so angeordnet, dass die Lambdasonden über diese hinausragen und somit eine Öffnung im Hitzeschild ausgebildet werden muss, durch die die Lambdasonde hindurch geführt werden kann. Die Öffnung muss einen größeren Durchmesser aufweisen als der Durchmesser der Lambdasonde, also ausreichend Toleranz bieten, damit es zum einen durch Vibration der Verbrennungsmotoranlage bedingte Bewegungen der Bauteile und zum anderen durch temperaturabhängige Ausdehnungen der Bauteile nicht zu Spannungen und letztendlich zu Schäden an den Bauteilen kommt.

Durch den größeren Durchmesser der Öffnung im Vergleich zum Werkstück, welches durch die Öffnung hindurch geführt wird, kommt es in diesem Bereich zu Undichtigkeiten. Insbesondere bei Öffnungen durch Hitzeschilde kann es durch die großen Temperaturdifferenzen der Umgebungsluft der beiden Seiten des Hitzeschildes zu Kamineffekten kommen, wodurch heiße Luft in Bereiche von temperaturempfindlichen Bauteilen strömt und eine Beschädigung dieser Bauteile eintreten kann (z.B. Schmelzen von Kabelisolierungen, Verformung von Kunststoffbauteilen, etc.). Um dieses Problem zu überwinden, sind Konstruktionen bekannt, bei denen der Teil des rohrförmigen Werkstückes, welcher durch die Öffnung eines anderen Bauteils hindurchragt, mit einem Isolierstrumpf versehen wird, welcher die Öffnung abdichtet. Nachteilig wirkt sich hierbei aus, dass die dauerhafte Befestigung eines solchen Isolierstrumpfes sehr aufwändig ist und somit die Komplexität des Herstellungsprozesses solcher Anordnungen deutlich erhöht.

Auch bei rohrförmigen Werkstücken, die an flächigen Bauteilen anliegen und/oder daran befestigt sind, kann es durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Bauteile und durch Vibration der Verbrennungsmotoranlage zu Spannungen und schließlich zu Beschädigungen an den Bauteilen kommen.

Eine Abgasanlage mit einer Halterungsvorrichtung zum Verbinden rohrförmiger Teile, welche die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist, ist in der EP 0722040 A2 beschrieben. Eine Anordnung zur Installation einer Lamdasonde in einem Katalysatorgehäuse beschreibt außerdem die DE 4100935 A1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halterungsvorrichtung für ein rohrförmiges Werkstück bereitzustellen, welche zum einen eine Öffnung in einem flächigen Bauteil einer Verbrennungsmotoranlage zuverlässig und dauerhaft abdeckt und zum anderen ausreichend Toleranz für die Bewegungen des rohrförmigen Werkstückes bietet, um so Spannungen zu reduzieren und Beschädigungen der Bauteile zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Halterungsvorrichtung mindestens ein Scheibenelement aufweist, welches einen Aufnahmebereich zur Aufnahme des rohrförmigen Werkstückes aufweist, wobei das Scheibenelement in einer Öffnung eines flächigen Bauteils der Verbrennungsmotoranlage angeordnet ist und in der Scheibenebene bewegbar ist Daneben weist die Halterungsvorrichtung ein Rahmenelement auf, welches das Scheibenelement hält und welches am Öffnungsrandbereich des flächigen Bauteils gelagert ist. Des Weiteren ist die Halterungsvorrichtung so ausgebildet, dass sie nach Aufnahme des rohrförmigen Werkstückes die Öffnung des flächigen Bauteils abdeckt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dadurch, dass das Scheibenelement in der Öffnung und in Scheibenebene beweglich angeordnet ist, schafft die Halterungsvorrichtung ausreichend Toleranz für die Bewegungen des vom Scheibenelement aufzunehmenden rohrförmigen Werkstücks, so dass Spannungen am Werkstück oder an der Halterungsvorrichtung vermieden werden. Des Weiteren wird durch die Anordnung des Rahmenelementes und des Scheibenelementes die Öffnung im flächigen Bauteil abgedeckt und Undichtigkeiten werden somit vermieden.

Bevorzugterweise wird die erfindungsgemäße Halterungsvorrichtung in Öffnungen von Hitzeschilden im Bereich von Verbrennungsmotoranlagen angeordnet. Häufig befinden sich diese Hitzeschilde im Bereich des Abgassystems, und die rohrförmigen Werkstücke, die von der Halterungsvorrichtung aufgenommen werden bzw. durch diese durchgehen, sind bevorzugt Sensoren, insbesondere Lambdasonden. Vorteilhaft ist hierbei, dass zum einen Kamineffekte vermieden und temperaturempfindliche Bauteile auf der der Wärmequelle abgewandten Seite des Hitzeschildes nicht beschädigt werden und zum anderen die Sensoren, die durch die Halterungsvorrichtung hindurch geführt werden, selbst auch geschützt sind.

Grundsätzlich ist das Scheibenelement nicht auf eine bestimmte Form festgelegt. Vorteilhafterweise ist es jedoch rund, oval oder vieleckig ausgebildet, wobei das das Scheibenelement haltende Rahmenelement jeweils an die gewählte Form des Scheibenelementes angepasst ausgebildet wird. Des Weiteren kann das Rahmenelement gegenüber dem Scheibenelement so ausgebildet werden, dass eine Bewegung des Scheibenelementes nur entlang einer Richtung der Scheibenebene möglich ist. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn das aufzunehmende rohrförmige Werkstück nur eindimensionalen Bewegungen ausgesetzt ist. In diesem Fall werden Spannungen durch den Bewegungsfreiraum entlang einer Richtung vermieden, und gleichzeitig wird eine stabile Lagerung durch Vermeidung unnötigen Spiels entlang der anderen Richtung der Scheibenebene gewährleistet. Bei der Verwendung von vieleckigen Scheibenelementen ist weiterhin vorteilhaft, dass die Drehbarkeit des Scheibenelementes eingeschränkt werden kann. Das Scheibenelement kann zudem nur über einen Teilbereich flach ausgebildet sein, das heißt, nur dort, wo es für die Beweglichkeit in Scheibenebene erforderlich ist, beispielsweise im äußeren Randbereich. In den übrigen Bereichen kann das Scheibenelement in die Höhe gebaut sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Scheibenelement aus Metall oder einer Metallegierung, besonders bevorzugt aus Kupfer oder Stahl hergestellt. Diese Werkstoffe eignen sich besonders sowohl durch ihre guten Formgebungseigenschaften als auch durch ihre Hitzebeständigkeit. Außerdem können auch hochtemperaturstabile faserverstärkte Werkstoffe für die Ausbildung des Scheibenelementes verwendet werden.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Scheibenelement mehrlagig ausgebildet. In Abhängigkeit von der jeweiligen Form und Gestaltung des Scheibenelementes kann ein mehrlagiger Aufbau die Herstellungsvorgänge und die Montage vereinfachen und dazu beitragen, dass das Scheibenelement besser mit dem Rahmenelement korrespondiert. Auch ist es möglich, nur Teilbereiche des Scheibenelementes mehrlagig auszuführen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Rahmenelement, wie das Scheibenelement, aus Metall oder einer Metalllegierung, besonders bevorzugt aus Kupfer oder Stahl, gebildet. Außerdem können auch hier hochtemperaturstabile faserverstärkte Werkstoffe verwendet werden.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Rand des Rahmenelementes als Flansch ausgebildet. Der Flansch wird dabei so angeordnet, dass die Halterungsvorrichtung mit dem Flansch auf dem Randbereich der Öffnung des flächigen Bauteils aufliegt. In einer Variante der Erfindung wird der Flansch des Rahmenelementes fest am Randbereich der Öffnung des flächigen Bauteils angebracht, wobei die Verbindung vorteilhafterweise durch Schweißen, Nieten, Verkrallen und/oder Bördeln hergestellt wird. Dadurch wird gewährleistet, dass die Halterungsvorrichtung ortsfest ist und sich nur das Scheibenelement zusammen mit dem rohrförmigen Werkstück relativ zum flächigen Bauteil bewegen kann. Der Flansch kann aus mehreren Lagen des Rahmenelementes gebildet werden, beispielsweise aus zwei Lagen, die zweckmäßig an ihren Stirnseiten bündig abschließen.

Zweckmäßigerweise ist das Rahmenelement so ausgebildet, dass es den Randbereich des Scheibenelementes umgreift. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Umgreifung so ausgeführt wird, dass die Bewegungsfreiheit des Scheibenelementes nicht behindert wird. Die Länge der Umgreifung sollte dabei größer sein, als das maximale Spiel des Scheibenelementes, so dass eine sichere Lagerung des Scheibenelementes im Rahmenelement gewährleistet ist. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Rahmenelement zweilagig ausgeführt wird, wobei die Lagen im Randbereich zusammengeführt werden, um den Flansch auszubilden. Zur Mitte des Rahmenelementes hin spreizen die beiden Lagen dann auf, so dass zwischen ihnen das Scheibenelement gelagert werden kann und eine Umgreifung desselben erfolgt.

In einer alternativen Ausführungsform weist das Rahmenelement jeweils ein oberes und ein unteres Halterungselement auf, welche an ihren Randbereichen am flächigen Bauteil anliegen und zwischen welchen das Scheibenelement angeordnet ist. Vorteilhafterweise wird sowohl das obere als auch das untere Halterungselement eben ausgeführt, so dass sie bündig am flächigen Bauteil anliegen. Das flächige Bauteil kann hierzu auch lokal planiert werden.

Des Weiteren ist es bevorzugt, das obere und das untere Halterungselement durch Querstege miteinander zu verbinden, so dass die Steifigkeit des Rahmenelementes verbessert wird und sich das obere und das untere Halterungselement nicht gegeneinander verschieben oder verdrehen können. Zusätzlich können auf den Innenseiten der beiden Halterungsvorrichtungen Nuten vorgesehen sein, die jeweils ein freies Ende eines Steges aufnehmen, was zu einer Erhöhung der Langzeitstabilität der Halterungsvorrichtung führt. Die Höhe der Stege wird im Wesentlichen der Dicke des flächigen Bauteils angepasst, so dass keine großen Vorsprünge am flächigen Bauteil entstehen. Bei dieser Ausbildung ist zunächst grundsätzlich das Scheibenelement relativ zum Rahmenelement beweglich. Das Rahmenelement kann relativ zum flächigen Bauteil beweglich sein. Bevorzugterweise werden jedoch das obere und das untere Halterungselement fest am flächigen Bauteil durch Schweißen, Nieten, Verkrallen und/oder Bördeln angebracht, wodurch die Stabilität der Halterungsvorrichtung weiter erhöht wird.

Die Montage der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung erfolgt zweckmäßig durch das Zusammensetzen der einzelnen Komponenten oder vormontierter Komponenten am flächigen Bauteil. Beispielsweise wird zunächst das untere Halterungselement des Rahmenelementes am flächigen Bauteil befestigt, das Scheibenelement aufgesetzt und anschließend das obere Halterungselement auf dem gegenüberliegenden Randabschnitt des flächigen Bauteils befestigt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Rahmenelement als Teil des Scheibenelementes ausgebildet. Dabei besteht das Rahmenelement im Wesentlichen aus einem oberen und einem unteren Halterungselement, die beide eben ausgebildet sind und so angeordnet werden, dass sie jeweils auf einer gegenüberliegenden Seite des Randbereiches der Öffnung des flächigen Bauteils mit ihren äußeren Rändern bündig anliegen. Bei dieser Anordnung sollte darauf geachtet werden, dass die beiden Halterungselemente im Wesentlichen flächendeckend zueinander ausgerichtet sind. An ihren inneren Rändern werden die beiden Halterungselemente miteinander verbunden, wobei die Verbindungsstelle beabstandet vom flächigen Bauteil ausgebildet wird, so dass die Bewegungsfreiheit des Rahmenelementes bzw. Scheibenelementes gewährleistet ist.

Die inneren Ränder können auf unterschiedliche Weise miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Einlegen und Befestigen eines Rings oder einer Scheibe geeigneter Dicke. Besonders bevorzugt wird die Verbindung zwischen den inneren Rändern der Halterungselemente aus einer mehrlagigen Verkrallung hergestellt, so dass ein innerer Wulst am Rahmenelement entsteht, der durch die Wahl der Anzahl der Lagen an die Dicke des flächigen Bauteils angepasst werden kann, so dass wiederum ein bündiger Anschluss entsteht. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Randbereich mindestens eines Halterungselementes zurückgebogen und dann ein Teil dieses zurückgebogenen Randbereiches wieder vorgebogen wird. Wird nun der innere Bereich des anderen Halterungselementes einmal zurückgebogen, fassen die gebogenen Bereiche ineinander, und eine Verkrallung kann hergestellt werden. Gleichzeitig ist durch die spezifische Anordnung eine kongruente Anordnung der Halterungselemente gewährleistet. Das Verkrallen erfolgt zweckmäßig am flächigen Bauteil, nachdem eines der Halterungselemente auf der einen Seite und das andere Halterungselement auf der gegenüberliegenden Seite des flächigen Bauteils angeordnet wurde. Alternativ können die nur auf sich selbst umgebördelten, nicht miteinander verkrallten inneren Ränder der Nalterungselemente auch durch Verschweißen oder Vernieten miteinander verbunden werden. Das Umbördeln kann einfach oder wiederholt ausgeführt sein, so dass das jeweilige Halterungselement entweder c-förmig oder s-förmig ausgebildet ist. Es ist auch möglich, ein c-förmiges mit einem s-förmigen Halterungselement zu kombinieren.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Aufnahmebereich des Scheibenelementes für das rohrförmige Werkstück als Durchlass im Scheibenelement ausgebildet. Bevorzugterweise wird die Größe und die Form des Durchlasses dabei im Wesentlichen dem rohrförmigen Werkstück angepasst, so dass das Scheibenelement am rohrförmigen Werkstück anliegt. Diese Ausbildungsform ist besonders dann vorteilhaft, wenn das rohrförmige Werkstück über das flächige Bauteil hinausragt und durch dieses hindurch geführt werden muss.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Durchlass des Scheibenelementes als hohler, an beiden Stirnseiten offener Rohrstutzen ausgebildet ist, durch den das rohrförmige Werkstück hindurch geführt wird. Durch diese Ausführungsform wird die Stabilität der Lagerung des rohrförmigen Werkstücks in der Halterungsvorrichtung weiter erhöht.

In einer weiteren Ausführungsform weist mindestens eine Seite des Scheibenelementes im Durchlassbereich eine Sicke auf, um die Dichtigkeit im Verbindungsbereich zwischen rohrförmigem Werkstück und Halterungsvorrichtung zu erhöhen. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, dass die Innenkante des Scheibenelementes im Durchlassbereich ein Gewinde aufweist, welches mit einem am rohrförmigen Werkstück angeordneten Gegengewinde korrespondiert. Durch die Gewindeverbindung wird sowohl die Gesamtsteifigkeit des Systems als auch die Dichtigkeit zwischen Scheibenelement und rohrförmigen Werkstück weiter erhöht. Die Gewindeverbindung kann dabei auch dazu benutzt werden, das flächige Bauteil an einem anderen Bauteil zu befestigen und gleichzeitig über die Halterungsvorrichtung ausreichend Toleranz für diese Befestigung zu schaffen.

In einer alternativen Weiterbildung der Erfindung ist das Scheibenelement nicht mit einer Durchgangsöffnung versehen, sondern der Aufnahmebereich des Scheibenelementes weist ein Befestigungselement auf, durch welches das rohrförmige Werkstück am Scheibenelement angebracht wird. Bevorzugterweise ist das Befestigungselement als Schraube ausgebildet. Diese Ausführungsform ist besonders dann vorteilhaft, wenn das rohrförmige Werkstück am flächigen Bauteil anliegend angeordnet ist.

Das Befestigungselement des Aufnahmebereiches des Scheibenelementes kann auch als Klammervorrichtung ausgebildet sein. Dadurch kann das rohrförmige Werkstück durch Festklemmen am Scheibenelement befestigt werden. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn ein häufiges Auswechseln oder Lösen des rohrförmigen Werkstückes zu erwarten ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Aufnahmebereich des Scheibenelementes als Lagerbuchse ausgebildet. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Lagerung des rohrförmigen Werkstückes in einer Lagerbuchse sehr stabil ist. Zur zusätzlichen Erhöhung der Steifigkeit der Verbindung kann das rohrförmige Werkstück fest mit der Lagerbuchse des Aufnahmebereiches verbunden werden.

Zweckmäßigerweise wird innerhalb der Lagerbuchse ein Puffer angeordnet, so dass Vertikalbewegungen des rohrförmigen Werkstückes oder des flächigen Bauteils, die durch Vibrationen der Verbrennungsmotoranlage verursacht werden können, ausgeglichen werden, ohne dass es zu Beschädigungen des rohrförmigen Werkstückes kommt. Es ist bevorzugt, dass der Puffer als Drahtkissen ausgebildet wird, da dieses einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Es kann sich jedoch auch um jedes andere geeignete elastomere Material handeln.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Randbereich der Öffnung des flächigen Bauteils auf mindestens einer Seite als Vertiefung im flächigen Bauteil ausgebildet. Die Stärke der Vertiefung wird dabei zweckmäßig so ausgebildet, dass sie im Wesentlichen der Dicke des an der entsprechenden Seite des flächigen Bauteils anliegenden Halterungselementes des Rahmenelementes entspricht. Dies hat den Vorteil, dass die Halterungsvorrichtung nicht vorsteht und die Oberfläche des flächigen Bauteils eben ist. Handelt es sich beim flächigen Bauteil beispielsweise um ein Hitzeschild, liegen typischerweise Dicken des Hitzeschildes von 1,1 mm bis 1,6 mm vor. Weiterhin beträgt in diesem Fall die Dicke eines am Hitzeschild anliegenden Halterungselementes des Rahmenelementes ca. 0,2 mm bis 0,4 mm. Dementsprechend würde in diesem Fall der Hitzeschild im Randbereich der Öffnung um 0,2 mm bis 0,4 mm (bzw. um 0,4 mm bis 0,8 mm im Falle von beidseitigen Vertiefungen) dünner ausgebildet sein als im restlichen Bereich. Im Falle von aus Metalllagen hergestellten Hitzeschildern wird die Vertiefung bevorzugt durch Planieren dieses Bereichs hergestellt.

Die erfindungsgemäße Halterungsvorrichtung kann zur Halterung beliebig vieler rohrförmiger Werkstücke verwendet werden. Beispielsweise können an einem Scheibenelement mehrere Aufnahmebereiche zur Aufnahme je eines rohrförmigen Werkstücks vorgesehen sein. Ebenfalls möglich ist es, das Rahmenelement so auszubilden, dass es mehrere Scheibenelemente aufnehmen kann, die alle jeweils in Scheibenebene beweglich gelagert sind. Dadurch kann bei dicht nebeneinander angeordneten rohrförmigen Werkstücken die Anzahl der benötigten Halterungsvorrichtungen reduziert werden. Vorteilhafterweise wird eine Halterungsvorrichtung, die mehrere Scheibenelemente aufnimmt, zur leichteren Montage, zweiteilig ausgebildet. Die beiden Teile der Halterungsvorrichtung werden dabei bevorzugt mittels eines Bajonettverschlusses miteinander verbindbar ausgebildet.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch:

1 eine perspektivische Ansicht eines Teilbereichs eines Hitzeschildes mit integrierter Halterungsvorrichtung mit Lochscheibe;

2 eine geschnittene Seitenansicht eines Teilbereichs einer Halterungsvorrichtung mit einem auf dem flächigen Bauteil aufliegendem Flansch;

3 eine geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung mit einem auf dem flächigen Bauteil aufliegendem Flansch im verschweißten Zustand;

4 eine geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung mit oberem und unterem Rahmenelement, verbunden durch Querstege;

5 eine geschnittene Seitenansicht von zwei durch Verkrallung miteinander zu verbindenden Halterungselementen eines Rahmenelementes im unverkrallten Zustand;

6 die Halterungsvorrichtung aus 5 im verkrallten Zustand;

7 eine Draufsicht einer an einem Hitzeschild angebrachten Halterungsvorrichtung mit Lochscheibe;

8 eine geschnittene Seitenansicht: einer Halterungsvorrichtung mit Klammervorrichtung im Aufnahmebereich des Scheibenelementes;

9 eine geschnittene Seitenansich: einer Halterungsvorrichtung mit Lagerbuchse und Puffer im Aufnahmebereich des Scheibenelementes;

10 eine geschnittene Seitenansicht eines Teilbereichs einer Halterungsvorrichtung mit einer Sicke am Scheibenelement;

11 eine geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung mit Lochscheibe und durch die Lochscheibe geführter Lambdasonde;

12 die Halterungsvorrichtung aus 3 mit gebördeltem Flansch; und

13 eine geschnittene Seitenansicht von zwei an ihren Innenrändern auf sich selbst umgebördelten und miteinander verschweißten Halterungselementen eines Rahmenelementes.

Bei den im Folgenden dargestellten verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind gleiche Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht als die Erfindung begrenzend anzusehen sind und dass die Figuren nur schematischen Charakter haben.

In 1 ist die perspektivische Ansicht eines Teilbereichs eines flächigen Bauteils 15 dargestellt. Bei dem hier gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem flächigen Bauteil 15 um einen Hitzeschild. Eine Halterungsvorrichtung 10 mit einem als Lochscheibe ausgebildeten Scheibenelement 16, das einen Durchlass 20 zur Aufnahme eines rohrförmigen Werkstücks, konkret einer Lambdasonde, aufweist, ist in den Hitzeschild 15 integriert. Des Weiteren zeigt 1 zwei Befestigungsöffnungen 26 im Hitzeschild 15, durch die der Hitzeschild 15 an der Verbrennungsmotoranlage – zum Beispiel im Bereich des Abgaskrümmers – befestigt wird. Verschiedene Möglichkeiten der Ausgestaltung der Halterungsvorrichtung 10 sind in Zusammenhang mit den folgenden Figuren beschrieben.

2 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Ausschnittes einer Halterungsvorrichtung 10 mit randseitigem Flansch 11. Der Flansch 11 besteht aus den übereinander angeordneten Rändern der Halterungselemente 12a, 12b. Beide Halterungselemente 12a, 12b bilden zusammen das Rahmenelement 14. Das Halterungselement 12a ist Z-förmig abgekantet, und der Verbindungsschenkel liegt an der Stirnseite 15' der kreisrunden Öffnung des Hitzeschildes an. Gezeigt ist in der Darstellung nur der rechts von der Öffnungsmitte gelegene Teil der Anordnung, während die linke, spiegelsymmetrisch ausgebildete Hälfte nicht dargestellt ist. Der Flansch 11 liegt mit der Innenseite des abgekanteten Halterungselementes 12a am flächigen Bauteil 15 an. In der Figur weist das Halterungselement 12b einen Abstand zum Halterungselement 12a auf. Im fertig montierten Zustand jedoch liegen beide Halterungselemente im Bereich des Flansches 11 unmittelbar aneinander und sind miteinander und am flächigen Bauteil, zum Beispiel durch Verschweißen, befestigt.

Wie 2 weiter zu entnehmen ist, ist zwischen den Halterungselementen 12a, 12b ein Scheibenelement 16 beweglich gelagert. Das Scheibenelement ist als kreisförmige Scheibe mit einer runden Mittelöffnung 20 ausgebildet. Es wird auf das Halterungselement 12a aufgesetzt, bevor das zweite Halterungselement 12b am Halterungselement 12a befestigt wird. Das Scheibenelement 16 ist dabei so angeordnet, dass zwischen dem seitlichen Rand des Scheibenelementes 16 und dem Rahmenelement 14 ein Freiraum 17 als ringförmiger Spalt entsteht. Die umlaufende Anordnung des Freiraumes 17 gewährleistet, dass das Scheibenelement 16 in der Scheibenebene beweglich ist.

In 3 ist eine geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung 10 mit einem als Lochscheibe ausgeführten Scheibenelement 16 und mit einem randseitigen Flansch 11 dargestellt. Die Anordnung entspricht im Wesentlichen derjenigen in 1. Unterschiedlich ist aber das Vorgehen bei der Montage der Haltevorrichtung 10. Hier ist die Halterungsvorrichtung 10 bei der Montage bereits vormontiert. Das heißt, dass die beiden Halterungselemente 12a, 12b des Rahmenelementes 14 im Flanschbereich 11 durch Punktschweißstellen 18 miteinander verschweißt wurden, nachdem die Lochscheibe 16 zwischen beiden eingelegt wurde. Anschließend wird die Halterungsvorrichtung 10 an den Stellen 18' mit dem flächigen Bauteil 15 verschweißt.

4 zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung 10 mit einem Rahmenelement 14, das aus zwei Halterungselementen 12a, 12b besteht, die jeweils an gegenüberliegenden Seiten am flächigen Bauteil anliegen und über Querstreben 19 miteinander verbunden sind. Die Querstreben 19 sind zwischen dem flächigen Bauteil 15 und dem Scheibenelement 16 angeordnet, wobei die Querstreben beabstandet vom Scheibenelement 16 angeordnet sind, so dass ein Freiraum 17 entsteht und die Bewegungsfreiheit des Scheibenelementes 16 gewährleistet ist. In der hier gezeigten Ausführungsform ist das Rahmenelement 14 fest am flächigen Bauteil 15 angebracht. Die Montage erfolgt dadurch, dass die Halterungselemente 12a und 12b nacheinander am Hitzeschild 15 montiert werden, ähnlich wie in 1.

5 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Teilbereichs der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung, ähnlich derjenigen der 1. Hier sind jedoch das Scheibenelement 16 und Rahmenelement 14 keine getrennten Komponenten, sondern integriert ausgebildet. Das Rahmenelement 14 besteht aus einem oberen und einem unteren Halterungselement 12a, 12b, die an ihren inneren, zur Öffnung 20 hin liegenden Rändern miteinander verkrallt werden. Die Darstellung der 5 zeigt das Rahmenelement 14 im unverkrallten Zustand, nachdem die einzelnen Komponenten bereits am Hitzeschild 15 angeordnet sind, um die Montage durchzuführen. Es ist zu erkennen, dass der innere Randbereich des unteren Halterungselementes 12b unter einem Winkel von ca. 180 ° zurückgebogen ist. Im weiteren Verlauf ist der vordere Bereich des inneren Randbereiches des unteren Halterungselementes 12b unter einem Winkel von ca. 100 ° bis 125 ° wieder zurückgebogen. Der innere Bereich des oberen Halterungselementes 12a ist unter einem Winkel von ca. 50 ° bis 80 ° nach innen gebogen. Die umgebogenen Bereiche der beiden Halterungselemente 12a, 12b sind dabei so dimensioniert, dass sie miteinander im Einklang stehen. Die Verkrallung erfolgt durch Verpressen der Halterungselemente 12a und 12b gegeneinander.

6 zeigt das in 5 dargestellte Rahmenelement 14 im verkrallten Zustand. Die Verkrallung der beiden Halterungselemente 12a, 12b ist kraftschlüssig ausgebildet und so dimensioniert, dass die Dicke des inneren Verkrallungsbereiches geringfügig größer ist als die Dicke des flächigen Bauteils 15, so dass das in das Scheibenelement 16 integrierte Rahmenelement 14 in Scheibenebene beweglich ist.

7 zeigt eine Draufsicht eines als Lochscheibe ausgebildeten Scheibenelementes 16 mit integriertem Rahmenelement 14. Das als Lochscheibe ausgebildete Scheibenelement 16 weist dabei einen Durchlass 20 auf, durch den das rohrförmige Werkstück geführt wird.

In 8 ist eine geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung 10 mit einem Scheibenelement 16 dargestellt, bei dem im Aufnahmebereich eine Klammervorrichtung 21 ausgebildet ist. Abgesehen davon, ähnelt die Anordnung derjenigen der 1. Das Scheibenelement 16 weist hier aber keine Durchgangsöffnung zur Aufnahme des rohrförmigen Werkstücks (z.B. der Lambdasonde) auf, sondern ist als geschlossene Kreisringscheibe ausgebildet, auf der die Klammervorrichtung 21 befestigt ist. Die Klammervorrichtung 21 ist dabei so ausgebildet, dass ein rohrförmiges Werkstück ohne weitere zusätzliche Befestigungselemente, wie zum Beispiel Schrauben, Bolzen, etc., durch Festklemmen mit dem Scheibenelement 16 verbunden werden kann. Das obere Halterungselement 12a ist so ausgebildet, dass bei einer mittigen Stellung des Scheibenelementes 16, zwischen der Klammervorrichtung 21 und dem oberen Halterungselement 12a, Aussparungen 22 vorhanden sind, deren Länge größer oder gleich der Länge des Freiraumes 17 ist. Dadurch wird die Bewegungsfreiheit des Scheibenelementes 16 in Scheibenebene gewährleistet.

9 zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung 10 mit einem Scheibenelement 16, an dessen Aufnahmebereich eine Lagerbuchse 23 mit integriertem Puffer 24 ausgebildet ist. Die Lagerbuchse 23 ist in dem gezeigten Beispiel als in das Scheibenelement 16 integrierter Rohrstutzen ausgebildet, dessen vom Scheibenelement 16 abgewandte Seite offen ist. Das rohrförmige Werkstück wird zur Befestigung am Scheibenelement 16 in den Rohrstutzen 23 eingeführt und liegt mit seiner Stirnseite am Puffer 24 an. Der Puffer 24 federt Bewegungen des rohrförmigen Werkstückes oder der Halterungsvorrichtung 10 in vertikaler Richtung ab und verhindert so eine Beschädigung des rohrförmigen Werkstückes.

10 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Teilbereichs einer Halterungsvorrichtung 10 mit einem Scheibenelement 16, an dessen Oberfläche eine Sicke 25 ausgebildet ist, die zur weiteren Verbesserung der Abdichtung des rohrförmigen Werkstücks dient. Abgesehen davon, entspricht die Anordnung im Wesentlichen derjenigen in 1. Die Sicke 25 ist beabstandet vom Rahmenelement 14 angeordnet, wobei der Abstand größer oder gleich der Länge des Freiraums 17 ist. Wird diese Ausführungsform beispielsweise im Bereich des Abgasstrangs einer Verbrennungsmotoranlage angeordnet, ist die Sicke 25 bevorzugt auf der dem Krümmer des Abgasstrangs zugewandten Seite des Scheibenelementes 16 ausgebildet.

In 11 ist die geschnittene Seitenansicht einer Halterungsvorrichtung 10 mit einem als Lochscheibe ausgebildeten Scheibenelement 16 mit integriertem Rahmenelement 14 dargestellt. Durch den Durchlass des Scheibenelementes 16 ist ein rohrförmiges Werkstück 27 geführt, welches in der hier gezeigten Ausführungsform eine Lambdasonde ist. Abgesehen davon, entspricht die Halterungsvorrichtung 10 im Wesentlichen derjenigen, von der ein Teilbereich in 6 dargestellt ist. Die Lambdasonde ist im Durchlassbereich im Wesentlichen passend mit dem Durchlass ausgebildet. Direkt oberhalb und unterhalb des Durchlassbereiches weist die Lambdasonde Flansche 28 auf, die jeweils am Scheibenelement 16 anliegen und die Halterungsvorrichtung 10 somit umgreifen. Dadurch wird die Abdichtung des rohrförmigen Werkstücks 27 weiter verbessert. Um die Dichtigkeit weiter zu erhöhen, kann das Scheibenelement 16 im Bereich der Flansche 28 auf seiner Oberfläche mit einer Sicke (wie in 10 dargestellt) ausgebildet werden.

12 zeigt eine Halterungsvorrichtung 10 ähnlich der aus 3, wobei das untere Halterungselement 12b im äußeren Flanschbereich auf das obere Halterungselement 12a umgebördelt ist und dieses somit umgreift. Durch das Umbördeln sind die beiden Halterungselemente 12a, 12b fest miteinander verbunden und müssen deshalb, im Unterschied zu 3, nicht mehr miteinander verschweißt werden. Die Schweißstellen 18 stellen lediglich eine Verschweißung der Halterungsvorrichtung 10 mit dem flächigen Bauteil 15 dar.

13 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Teilbereichs einer Halterungsvorrichtung 10, ähnlich derjenigen der 6. Hierbei sind jedoch die inneren, der Öffnung 20 zugewandten Ränder der Halterungselemente 12a, 12b auf sich selbst umgebördelt und liegen mit ihren umgebördelten Bereichen flächig aneinander an und sind durch eine Punktschweißstelle 18 miteinander verschweißt.


Anspruch[de]
Halterungsvorrichtung für ein rohrförmiges Werkstück zur Verwendung in Verbrennungsmotoranlagen, welche mindestens ein Scheibenelement (16) aufweist, welches einen Aufnahmebereich zur Aufnahme des rohrförmigen Werkstücks (27) aufweist, wobei das Scheibenelement (16) in einer Öffnung eines flächigen Bauteils (15) der Verbrennungsmotoranlage angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungsvorrichtung (10) ein Rahmenelement (14) aufweist, welches das Scheibenelement (16) hält und welches am Öffnungsrandbereich des flächigen Bauteils (15) gelagert ist; dass das Scheibenelement (16) in der Scheibenebene bewegbar ist; und dass die Halterungsvorrichtung (10) nach Aufnahme des rohrförmigen Werkstücks (27) die Öffnung des flächigen Bauteils (15) abdeckt. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Bauteil (15) der Verbrennungsmotoranlage ein Hitzeschild ist. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hitzeschild im Bereich des Abgasstrangs angeordnet ist. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Werkstück (27) ein Sensor ist. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Lambdasonde ist. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (16) im Wesentlichen rund, oval oder vieleckig ausgebildet ist. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (16) nur in einer Richtung der Scheibenebene bewegbar ist. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (16) aus Metall oder einer Metalllegierung gebildet ist und bevorzugt aus Kupfer oder Stahl besteht. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (16) aus einem hochtemperaturstabilen faserverstärkten Werkstoff gebildet ist. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (16) mehrlagig ausgebildet ist. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenelement (14) aus Metall oder einer Metalllegierung besteht. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenelement (14) aus einem hochtemperaturstabilen faserverstärkten Werkstoff gebildet ist. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand des Rahmenelementes (14) als Flansch (11) ausgebildet ist, welcher auf dem flächigen Bauteil (15) auflagert. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (11) des Rahmenelementes (14) fest am flächigen Bauteil (15) angebracht ist, wobei der Flansch (11) bevorzugt durch Schweißen, Nieten, Verkrallen und/oder Bördeln mit dem flächigen Bauteil (15) verbunden ist. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenelement (14) den Randbereich des Scheibenelementes (16) umgreift. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenelement (14) ein oberes und ein unteres Halterungselement (12a, 12b) aufweist, welche an ihren Randbereichen am flächigen Bauteil (15) anliegen und zwischen welchen das Scheibenelement (16) angeordnet ist. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das obere und untere Halterungselement (12a, 12b) durch Querstege (19) biegesteif miteinander verbunden werden, wobei die Länge der Stege (19) im Wesentlichen der Dicke des flächigen Bauteils (15) entspricht. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und unteren Halterungselemente (12a, 12b) des Rahmenelementes (14) am flächigen Bauteil (15) fest angebracht sind, wobei die Halterungselemente (12a, 12b) bevorzugt durch Schweißen, Nieten, Verkrallen und/oder Bördeln mit dem flächigen Bauteil (15) verbunden sind. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenelement (14) als Teil des Scheibenelementes (16) ausgebildet ist. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenelement (14) aus einem oberen und einem unteren Halterungselement (12a, 12b) besteht, welche im Wesentlichen kongruent zueinander angeordnet sind und jeweils einen inneren und einen äußeren Rand aufweisen, wobei die äußeren Ränder am flächigen Bauteil (15) beweglich anliegen und die Halterungselemente (12a, 12b) im Bereich ihrer inneren Ränder fest miteinander verbunden sind und das Scheibenelement (16) bilden. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Verbindung zwischen den inneren Rändern der Halterungselemente (12a, 12b) durch eine mehrlagige Verkrallung der Ränder ausgebildet ist, wobei einer der Ränder mindestens dreilagig ausgebildet ist. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Randbereiche der Halterungselemente (12a, 12b) des Rahmenelementes (14) miteinander verschweißt und/oder vernietet sind. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich des Scheibenelementes (16) als Durchlass (20) im Scheibenelement (16) ausgebildet ist, wobei der Durchmesser des Durchlasses (20) im Wesentlichen dem Durchmesser des rohrförmigen Werkstücks (27) entspricht. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass (20) des Scheibenelementes (16) als hohler und an beiden Stirnseiten offener Rohrstutzen ausgebildet ist. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenelement (16) auf mindestens einer Seite eine Sicke (25) aufweist. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Kante des Scheibenelementes (16) im Durchlassbereich (20) ein Gewinde aufweist. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich des Scheibenelementes (16) ein Befestigungselement zum Befestigen des rohrförmigen Werkstückes (27) aufweist. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement als Schraube oder als Klammervorrichtung ausgebildet ist. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich des Scheibenelementes (16) eine Lagerbuchse (23) zur Lagerung des rohrförmigen Werkstückes (27) aufweist. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Werkstück (27) fest mit der Lagerbuchse (23) verbunden ist. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich einen Puffer (24) aufweist, welcher zwischen Scheibenelement (16) und dem aufzunehmenden rohrförmigen Werkstück (27) angeordnet ist. Halterungsvorrichtung gemäß Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Puffer (24) als Drahtkissen ausgebildet ist. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Randbereich der Öffnung des flächigen Bauteils (15) an mindestens einer Seite als Vertiefung ausgebildet ist, wobei die Stärke der Vertiefung im Wesentlichen der Dicke des mit dieser Seite korrespondieren Halterungselementes (12a, 12b) des Rahmenelementes (14) entspricht. Halterungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Scheibenelemente (16) von einem Rahmenelement (14) gehalten werden.






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