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Stand der Technik
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Die Erfindung geht einerseits aus von einem Verfahren zum Festlegen eines Doppelrohrs, umfassend ein äußeres Rohr und ein inneres Rohr, an einem Grundkörper mittels einer per Schweißen hergestellten Verbindung, wobei das Doppelrohr auf den Grundkörper, zumindest auf einen zylindrischen Abschnitt des Grundkörpers, aufschiebbar ist. Des Weiteren geht die Erfindung aus von einem Messfühler nach der Gattung des Anspruchs 9.
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Aus dem Stand der Technik sind eingangs genannte Verfahren zum Festlegen eines Doppelrohrs an einem Grundkörper bekannt. Solche Verfahren betreffen insbesondere die Herstellung von Messfühlern der ebenfalls bereits genannten Art, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Daher wird im Folgenden zur Erläuterung bekannter Verfahren lediglich beispielhaft auf den Aufbau und die Herstellung bereits bekannter Messfühler Bezug genommen. Anhand der Erläuterung bekannter Messfühler werden auch relevante Verfahrensschritte zu deren Herstellung, nämlich insbesondere in Bezug auf die Festlegung eines Doppelrohrs an einem Grundkörper, offensichtlich.
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Bekannte Messfühler mit einem an einem Grundkörper festgelegten Doppelrohr sind insbesondere in einer Ausgestaltung als so genannte Lambdasonden bekannt. Sie können dabei als Grundkörper ein Fühlergehäuse aufweisen, mit einem Sensorelement, das mit einem dem Messgas ausgesetzten, gasseitigen Endabschnitt aus dem Fühlergehäuse herausragt. Das genannte Doppelrohr kann dabei ein den gasseitigen Endabschnitt des Sensorelements umgebendes Doppelschutzrohr umfassen, welches als äußeres Rohr ein äußeres Schutzrohr und als inneres Rohr ein inneres Schutzrohr aufweist.
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Solche Lambdasonden werden verbreitet zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Dabei ragt das Sensorelement im Allgemeinen in einer Längserstreckungsrichtung des Messfühlers aus dem Fühlergehäuse heraus. Diese Längserstreckungsrichtung oder auch Längsachse des Messfühlers kann dabei gleichzeitig eine Symmetrieachse des Messfühlers vorgeben, da bekannte Messfühler oft einen rotationssymmetrischen Aufbau in Bezug auf die Längsachse aufweisen.
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Des Weiteren ist entscheidend, dass das Sensorelement in einen direkten Kontakt mit dem Messgas bringbar sein muss. Daher weisen das äußere Schutzrohr sowie das innere Schutzrohr und ein gegebenenfalls zusätzlich vorhandenes zentrales Schutzrohr bei bekannten Messfühlern stets geeignete Öffnungen auf, um einen Durchtritt des umströmenden Messgases zu ermöglichen.
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Derartige Messfühler sind bereits in
WO 2010/015445 A1 ,
WO 2006/005641 A1 und
DE 10 2007 040 507 A1 beschrieben worden.
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WO 2010/015445 A1 offenbart einen Messfühler, bei dem der gasseitige Endabschnitt des Sensorelements ausschließlich von einem Doppelschutzrohr, bestehend aus einem inneren sowie einem äußeren Schutzrohr, umgeben wird.
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WO 2006/005641 A1 sowie
DE 10 2007 040 507 A1 hingegen zeigen Vorrichtungen, in denen das Sensorelement zusätzlich von einem zentralen Schutzrohr umgeben wird, welches wiederum innerhalb des Doppelschutzrohrs, bestehend aus äußerem und innerem Schutzrohr, angeordnet ist.
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Die genannten Schriften offenbaren des Weiteren ein Verfahren zum Festlegen eines Doppelrohrs, nämlich des Doppelschutzrohrs bestehend aus äußerem Schutzrohr und innerem Schutzrohr, an dem Grundkörper, nämlich dem Fühlergehäuse des Messfühlers. Der gehäuseseitige Endabschnitt des inneren Schutzrohrs ist dabei auf einen zylindrischen Abschnitt des Fühlergehäuses, nämlich einen Ringabsatz, aufgeschoben. Der gehäuseseitige Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs ist wiederum in Längserstreckungsrichtung des Messfühlers gesehen auf den genannten Endabschnitt des inneren Schutzrohrs und damit ebenfalls, allerdings mittelbar, auf den Ringabsatz des Fühlergehäuses aufgeschoben. Zur Festlegung des Doppelschutzrohrs an dem Fühlergehäuse wird gemäß Stand der Technik schließlich eine Schweißnaht gesetzt, welche vom gehäuseseitigen Endabschnitt des äußeren Schutzrohrs durch den darunterliegenden Endabschnitt des inneren Schutzrohrs bis in das Fühlergehäuse, insbesondere einen Ringabsatz des Fühlergehäuses, reicht.
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Im Ergebnis wird das Doppelrohr gemäß Stand der Technik mittels einer Überlappverbindung bzw. einer Überlappnaht mit dem Fühlergehäuse verbunden. Solche vorzugsweise laserstrahlgeschweißten Überlappverbindungen sind einfach und prozesssicher herstellbar.
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Das Prinzip des Überlappverschweißens von Rohren auf zylindrischen Grundkörpern ist dabei auch aus
DE 102 58 614 B4 sowie
WO 2010/100851 A1 bekannt. Diese Schriften betreffen jedoch nicht das Festlegen von Doppelrohren, sondern lediglich von einfach ausgebildeten Rohren an Grundkörpern.
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Allerdings ist die oben beschriebene Festlegung des äußeren Rohrs sowie des inneren Rohrs an dem Grundkörper gemäß Stand der Technik mit Nachteilen behaftet. Diese Nachteile betreffen insbesondere die Herstellung sowie die Haltbarkeit der Verbindung.
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Zunächst ist das Anbringen einer Schweißnaht, welche ausgehend von dem äußeren Rohr durch das innere Rohr bis in den Grundkörper verläuft, kompliziert und fehlerbehaftet, da mehrere benachbarte bzw. überlappende Teile miteinander zu verschweißen sind.
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Darüber hinaus ist in der Praxis festzustellen, dass eine wie oben beschriebene Verbindung des Doppelrohrs mit dem Grundkörper oft nur eine unbefriedigende Stabilität und Haltbarkeit aufweist. So ist insbesondere das Festlegen des inneren Rohrs durch eine sich von der Außenseite des äußeren Rohrs durch das innere Rohr bis in den Grundkörper erstreckende Schweißnaht schwierig.
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Verbreitet kommt es daher zu einem Versagen der Verbindung des Doppelrohrs mit dem Grundkörper. Dies betrifft insbesondere Anwendungsfälle, bei denen ein Messfühler sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist, beispielsweise im Falle eines Einbaus des Messfühlers vor einem Turbolader. Dabei entstehen hohe Belastungen durch Abgas-Druckstöße und generell durch einwirkende Fahrzeugschwingungen. Des Weiteren erweisen sich beschriebene Verbindungen als ausgesprochen empfindlich gegenüber Temperaturwechseln mit großen Temperaturhüben und/oder großen Temperaturgradienten.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird daher zunächst ein Verfahren zum Festlegen eines Doppelrohrs vorgeschlagen, welches die oben genannten Nachteile vermeidet und eine optimierte Festlegung eines Doppelrohrs an einem Grundkörper bereitstellt. Dazu umfasst das eingangs genannte Verfahren die Schritte:
- a) Aufschieben des inneren Rohrs auf den Grundkörper,
- b) Aufschieben des äußeren Rohrs auf das innere Rohr und den Grundkörper,
- c) Beabstanden des grundkörperseitigen Endes des äußeren Rohrs von dem grundkörperseitigen Ende des inneren Rohrs in Richtung der Außenseite des Grundkörpers um einen Abstand A,
- d) Verschweißen des grundkörperseitigen Endes des inneren Rohrs mit dem Grundkörper, und
- e) Verschweißen des grundkörperseitigen Endes des äußeren Rohrs mit dem inneren Rohr.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den hierzu nachgeordneten Ansprüchen.
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In überraschender Weise führt das Beabstanden der grundkörperseitigen Enden des äußeren Rohrs und des inneren Rohrs und das nacheinander ausgeführte Verschweißen der beiden grundkörperseitigen Enden der Rohre insgesamt zu einer Schweißverbindung mit hervorragender Festigkeit, Dauerschwingfestigkeit und Haltbarkeit bei gleichzeitig unkomplizierter und fertigungsgerechter Herstellung.
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Die beiden Verschweißschritte des vorgeschlagenen Verfahrens können dabei bevorzugt mit bekannten Laserschweißverfahren ausgeführt werden. Des Weiteren kann sowohl das Verschweißen des inneren Rohrs mit dem Grundkörper als auch das Verschweißen des äußeren Rohrs mit dem inneren Rohr für sich gesehen als besonders einfach und fertigungsgerecht ausführbare Überlappnaht bzw. Überlapp-Schweißverbindung ausgeführt werden.
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Aufgrund der Beabstandung der beiden grundkörperseitigen Enden der Rohre und des danach ausgeführten, stufenweisen Verschweißens kann insgesamt ein Schweißverbindungsbereich mit einer Breite entstehen, welche gegenüber einer einzigen, durch beide Rohre bis in den Grundkörper reichenden Überlappnaht vergrößert ist. Die Stabilität ist bereits dadurch erhöht.
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In besonders raffinierter Weise ist jedoch auch eine besonders wirksame Optimierung der Form eines entstehenden Schweißverbindungsbereichs gelungen. Im Gegensatz zu bekannten Überlappnähten bildet sich eine Nahtform, welche sich nicht nur (bezogen auf die Längsachse des Doppelrohrs) in radialer, sondern auch in axialer Richtung erstreckt. So kann ein schräg angeordneter Nahtquerschnitt des Schweißverbindungsbereichs erzielt werden, welcher eine Erhöhung der Festigkeit, der Dauerfestigkeit, einen verbesserten Kraftfluss und ein reduziertes Spannungsniveau in der Verbindung, insbesondere auch bei hohen Temperaturen und/oder großen Temperaturhüben und/oder Dauerschwingungsbelastung, bereitstellt.
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Bevorzugt kann ein entstehender Schweißverbindungsbereich der Form einer so genannten Kehlnaht gleichen oder sogar die Form einer Kehlnaht annehmen. Eine Kehlnaht bezeichnet dabei eine Nahtform, welche insbesondere bei einem Verschweißen von Teilen entstehen kann, welche in einem T-Stoß zusammengefügt sind. Solche Nähte werden in: Fahrenwaldt et al., Praxiswissen Schweißtechnik, Vieweg, 2. Aufl. 2006, S. 231 ff., und in U. Krüger, Stahlbau, Teil 1 – Grundlagen, Ernst & Sohn, 4. Aufl. 2008, S. 99 ff., beschrieben.
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Im Ergebnis ist ein Verfahren zum Festlegen eines Doppelrohrs an einem Grundkörper angegeben, mit dem die Festigkeit, Dauerschwingfestigkeit und Haltbarkeit der mittels des Verfahrens geschaffenen Verbindung verbessert ist. Des Weiteren ist der Kraftfluss in dem erfindungsgemäß herstellbaren Schweißverbindungsbereich optimiert. Andererseits kann im Rahmen des Verfahrens eine einfach herzustellende und fertigungsgerechte Überlappnaht als Grundelement beibehalten werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens beträgt der Abstand A 0,4mm bis 0,8mm, und/oder beträgt die Wandstärke des äußeren Rohrs und/oder die Wandstärke des inneren Rohrs 0,5mm bis 0,6mm, und/oder beträgt der Außendurchmesser des äußeren Rohrs 10mm bis 15mm. Diese Dimensionsbereiche sind, insbesondere in ihrer Kombination, besonders optimal im Hinblick auf die Herstellung bereits beschriebener Messfühler, welche als so genannte Lambdasonden zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Abgas insbesondere im Automobilbau eingesetzt werden.
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Bei dem Verschweißen gemäß Schritt d) und/oder gemäß Schritt e) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann bevorzugt jeweils eine Schweißnaht, insbesondere eine den Grundkörper vollständig umgebende Schweißnaht, angelegt werden. Mit anderen Worten ist im Hinblick auf eine erhöhte Stabilität und Haltbarkeit bevorzugt, dass einer oder beide der genannten Verschweißschritte das Anlegen einer den Grundkörper vollständig umgebenden Schweißnaht umfasst bzw. umfassen. Je nach konstruktiven oder fertigungstechnischen Erfordernissen kann ein Verschweißen gemäß Schritt d) und/oder Schritt e) auch das Anlegen einer Schweißnaht mit begrenzter Länge umfassen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während des Verschweißens gemäß Schritt e) eine Wärmenachbehandlung der gemäß Schritt d) angelegten Schweißverbindung durchgeführt. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, in der aufgrund einer zweckmäßigen Wahl des Abstands A automatisch eine solche Wärmebehandlung der gemäß d) angelegten Schweißverbindung durchgeführt wird, wenn ein Verschweißen gemäß Schritt e) erfolgt. Eine solche in einen Schweißprozess, insbesondere in einen Laserschweißprozess, integrierte Wärmenachbehandlung bewirkt eine Gefügeverbesserung und reduziert die Spannungen im Bereich einer etwaigen Überlappung der nachfolgend angelegten Schweißverbindungen. Dadurch wird das Spannungsniveau in dem insgesamt entstehenden Schweißverbindungsbereich weiter reduziert, woraus eine nochmalige Erhöhung der Festigkeit und der Dauerfestigkeit auch bei hohen Temperaturen und großen Belastungen erreichbar ist. Im Stand der Technik wird auf eine wünschenswerte Wärmenachbehandlung von Überlappnähten aus Kosten- und Zeitgründen im Allgemeinen verzichtet. Im Unterschied hierzu kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens sogar eine automatische Wärmenachbehandlung ohne jeden zusätzlichen Aufwand vorgenommen werden.
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Vorzugsweise wird bei dem Verschweißen gemäß Schritten d) und e) zwischen den jeweils gemäß Schritt d) und Schritt e) angelegten Schweißverbindungen, insbesondere zwischen jeweils angelegten Schweißnähten, ein Überlappungsbereich gebildet. Mit anderen Worten ist bevorzugt, dass die gemäß Schritt d) gebildete Schweißverbindung in die gemäß Schritt e) gebildete Schweißverbindung übergeht, und umgekehrt. So kann sich ein gemeinsamer Schweißverbindungsbereich mit optimalen Eigenschaften in Bezug auf die genannten Anforderungen bilden.
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Es kann ein Überlappungsbereich gebildet werden, der sich nicht bis in den Grundkörper erstreckt. Dies bedeutet, dass die Einschweißtiefe reduziert werden kann. Dadurch sinkt die in den Schweißverbindungsbereich eingebrachte Streckenergie. Für eine geringere Einschweißtiefe können leistungsschwächere und damit günstigere Schweißanlagen, insbesondere Laserschweißanlagen, eingesetzt werden. Im Hinblick auf die entstehende Verbindung zwischen Doppelrohr und Grundkörper wird bei einer geringeren Einschweißtiefe der Kraftfluss über den Schweißverbindungsbereich verbessert, falls der Überlappungsbereich nicht bis in den Grundkörper hineinreicht. So kann das Spannungsniveau in dem Schweißverbindungsbereich sinken und die Haltbarkeit der Verbindung ansteigen.
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Alternativ kann ein Überlappungsbereich gebildet werden, der sich bis in den Grundkörper erstreckt. So lässt sich eine besonders feste Schweißverbindung realisieren.
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Im Allgemeinen ist eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, in der durch das Verschweißen gemäß Schritten d) und e) ein einziger, räumlich nicht getrennter Schweißverbindungsbereich zwischen dem Doppelrohr und dem Grundkörper gebildet wird.
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Wie bereits erörtert, ist diesbezüglich die Ausbildung eines Schweißverbindungsbereichs bevorzugt, welcher als Kehlnaht, insbesondere als Hohlkehlnaht, ausgebildet ist. Eine Hohlkehlnaht weist eine konkave, einwärts gewölbte, d.h. in Richtung der verbundenen Teile gewölbte Oberfläche auf und stellt so einen besonders optimierten Kraftfluss innerhalb des Schweißverbindungsbereichs bereit.
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Es wird des Weiteren ein Messfühler der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der so ausgestaltet und weitergebildet ist, dass das Doppelrohr durch ein erfindungsgemäßes Verfahren an dem Grundkörper festgelegt ist.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Messfühlers gegenüber den oben erörterten, aus dem Stand der Technik bekannten Messfühlern ergeben sich dabei bereits aus den obigen Ausführungen zu Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, auf welche zur Vermeidung von Wiederholungen vollumfänglich verwiesen wird. Des Weiteren ergeben sich durch die obigen Erläuterungen vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gleichzeitig vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Messfühlers. Dabei lassen sich Merkmale vorteilhafter Ausgestaltungen auch innerhalb vorteilhafter Weiterbildungen des Messfühlers kombinieren.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messfühlers bezieht sich auf einen Gassensor, insbesondere eine so genannte Lambdasonde, und insbesondere eine Lambdasonde für den Einsatz in Automobilen. Gemäß dieser Ausgestaltung weist der Messfühler als Grundkörper ein Fühlergehäuse auf, und weist der Messfühler ein Sensorelement auf, das mit einem dem Messgas ausgesetzten, gasseitigen Endabschnitt aus dem Fühlergehäuse herausragt, wobei das Doppelrohr ein den gasseitigen Endabschnitt des Sensorelements umgebendes Doppelschutzrohr umfasst, welches als äußeres Rohr ein äußeres Schutzrohr und als inneres Rohr ein inneres Schutzrohr aufweist.
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Bezüglich einer vorteilhaften Ausgestaltung des Messfühlers als Lambdasonde wird des Weiteren auf die eingangs gegebenen Erläuterungen verwiesen.
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Insbesondere in einer Ausgestaltung als Lambdasonde kann der erfindungsgemäße Messfühler ein zusätzliches zentrales Schutzrohr aufweisen, welches von dem Doppelrohr, nämlich einem Doppelschutzrohr, umgeben wird. Dabei kann ein zentrales Sensorelement zusätzlich und innerhalb des genannten Doppelschutzrohrs von einem weiteren zentralen Schutzrohr umgeben sein. Derartige Ausgestaltungen sind beispielsweise in den genannten
WO 2006/005641 A1 oder
DE 10 2007 040 507 A1 gezeigt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer schematischen, seitlichen und ausschnittsweisen Schnittdarstellung die Verdeutlichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Festlegen eines Doppelrohrs an einem Grundkörper und gleichzeitig einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Messfühlers,
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2 die schematische seitliche Schnittdarstellung eines Details aus 1, welche den erfindungsgemäß hergestellten Schweißverbindungsbereich vergrößert darstellt,
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3 eine entsprechende Darstellung mit einem alternativ ausgeführten Schweißverbindungsbereich, und
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4 eine weitere Darstellung gemäß 2 und 3, wobei der Schweißverbindungsbereich alternativ als Hohlkehlnaht ausgeführt ist.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt in einer seitlichen, geschnittenen und ausschnittsweisen Ansicht die schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und gleichzeitig einen Ausschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messfühlers 10.
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Dargestellt ist zunächst ganz allgemein eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Festlegen eines Doppelrohrs 12, umfassend ein äußeres Rohr 14 und ein inneres Rohr 16, an einem Grundkörper 18 mittels einer per Schweißen hergestellten Verbindung.
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Der Grundkörper 18 ist vorliegend zylindrisch und rotationssymmetrisch ausgeformt und weist zusätzlich einen abgesetzten, dem Doppelrohr 12 zugewandten zylindrischen Abschnitt 20 auf.
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Anhand dieser Figur soll nun der Ablauf einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht werden. Zunächst wird das innere Rohr 16 auf den Grundkörper 18, hier den zylindrischen Abschnitt 20 des Grundkörpers 18, aufgeschoben. Dabei kann in zweckmäßiger Weise zwischen dem grundkörperseitigen Ende 161 des inneren Rohrs 16 und dem Absatz zwischen zylindrischem Abschnitt 20 und sonstigem Grundkörper 18 ein Freiraum gelassen werden, um ein späteres Verschweißen des inneren Rohrs 16 zu erleichtern und eine vorteilhafte Ausformung des zwischen dem Doppelrohr 12 und dem Grundkörper 18 herzustellenden Schweißverbindungsbereichs zu begünstigen.
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Danach wird das äußere Rohr 14 auf das innere Rohr 16 und somit mittelbar auch auf den Grundkörper 18 aufgeschoben. Zwischen dem grundkörperseitigen Ende 161 des inneren Rohrs 16 und dem grundkörperseitigen Ende 141 des äußeren Rohrs 14 wird dann ein Abstand A 22 eingestellt. Dieser beträgt vorliegend 0,4 mm bis 0,8 mm, und beträgt bevorzugt 0,6 mm.
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Danach wird zunächst das grundkörperseitige Ende 161 des inneren Rohrs 16 mit dem Grundkörper 18 verschweißt. Dabei entsteht eine erste Schweißverbindung 24. Die erste Schweißverbindung 24 lässt sich vorzugsweise mittels einer einfach herstellbaren und für sich gesehen bekannten Überlappverbindung, bevorzugt mit einem Laserschweißverfahren, herstellen. Im vorliegenden Fall bildet die erste Schweißverbindung 24 eine um den gesamten Grundkörper 18 umlaufende erste Schweißnaht 25.
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Danach wird in entsprechender Weise das grundkörperseitige Ende 141 des äußeren Rohrs 14 mit dem inneren Rohr 16 verschweißt. Dadurch wird eine zweite Schweißverbindung 26 gebildet, welche ebenfalls als eine den Grundkörper 18 vollständig umgebende, zweite Schweißnaht 27 realisiert ist. Auch das Verschweißen des grundkörperseitigen Endes 141 des äußeren Rohrs 14 wird vorzugsweise als Überlappverbindung, und insbesondere durch ein Laserschweißverfahren, hergestellt.
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Aufgrund der beschriebenen Beabstandung der grundkörperseitigen Enden 161, 141 um den Abstand A 22 bildet sich während des zweistufigen Verschweißvorgangs der grundkörperseitigen Enden 161, 141 aus der ersten Schweißverbindung 24 sowie der zweiten Schweißverbindung 26 ein gemeinsamer Schweißverbindungsbereich 28. Dabei kann während des Anlegens der zweiten Schweißverbindung 26 automatisch eine Wärmenachbehandlung der ersten Schweißverbindung 24 realisiert werden.
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Sofern die zweite Schweißverbindung 26 nicht nur bis in das innere Rohr 16, sondern bis in den Grundkörper 18 reicht, wird das äußere Rohr 14 nicht nur mit dem inneren Rohr 16, sondern auch mit dem Grundkörper 18 verschweißt. Diesbezügliche Alternativen sind Gegenstand der Darstellungen in 2 und 3.
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Der erfindungsgemäß realisierbare Schweißverbindungsbereich 28 weist im Ergebnis nicht mehr die Form einer Überlappverbindung auf, obwohl er aus solchen gebildet worden ist. Vielmehr ist der Schweißverbindungsbereich 28 quasi als Kehlnaht 29 ausgeformt. Dementsprechend erstreckt sich der Schweißverbindungsbereich 28 in Bezug auf die Längsachse des Doppelrohrs 12 nicht nur in radialer, sondern auch in axialer Richtung. Dies sorgt für eine besonders günstige Krafteinleitung durch den Schweißverbindungsbereich 28. Der Schweißverbindungsbereich 28 weist entgegen bekannter Überlappverbindungen eine hohe Festigkeit, Dauerschwingfestigkeit und eine große Haltbarkeit auf. Der Kraftfluss innerhalb des Schweißverbindungsbereichs 28 ist dabei optimiert. Andererseits kann bei der Herstellung des Schweißverbindungsbereichs 28 eine einfach herstellbare und fertigungsgerechte Überlappnaht, insbesondere mittels Laserschweißverfahren hergestellt, als Grundelement beibehalten werden.
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Gleichzeitig zeigt 1 einen Ausschnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messfühlers 10. Der Messfühler 10 ist so ausgestaltet, dass das Doppelrohr 12 durch ein bereits beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren an den Grundkörper 18 festgelegt ist. Der Messfühler 10 weist als Grundkörper 18 ein Fühlergehäuse 30 auf. In der schematischen Darstellung gemäß 1 ist des Weiteren ein Sensorelement 32 dargestellt, das mit einem dem Messgas ausgesetzten Endabschnitt aus dem Fühlergehäuse 30 herausragt.
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Dieses Sensorelement 32 wird von dem Doppelrohr 12 umgeben, welches als Doppelschutzrohr 34 realisiert ist. Das Doppelschutzrohr 34 weist als äußeres Rohr 14 ein äußeres Schutzrohr 36 und als inneres Rohr 16 ein inneres Schutzrohr 38 auf. Das Sensorelement 32 kann zusätzlich von einem zentralen Schutzrohr, welches innerhalb des Doppelschutzrohrs 34 angeordnet ist, umgeben sein. Ein solches zentrales Schutzrohr ist hier nicht dargestellt.
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Das in 1 ausschnittsweise dargestellte, bevorzugte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messfühlers 10 ist als Lambdasonde zur Messung der Konzentration des Sauerstoffgehalts im Abgas einer Brennkraftmaschine ausgestaltet.
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In 1 nicht dargestellte Teile des Messfühlers 10 können anhand bekannter Messfühler ausgestaltet sein, wozu auf die diesbezüglich genannten Schriften verwiesen wird.
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Der erfindungsgemäße Messfühler 10 zeichnet sich dadurch aus, dass die oben beschriebene Festlegung des Doppelschutzrohrs 34 an dem Fühlergehäuse 30 eine hohe Festigkeit und Dauerschwingfestigkeit und eine große Haltbarkeit aufweist, wobei der Kraftfluss im Schweißverbindungsbereich 28 optimiert ist. Daher eignet sich der erfindungsgemäße Messfühler 10 insbesondere für den Einsatz bei hohen Temperaturen und/oder großen Temperaturschwankungen und/oder großen Druckstößen, und zwar insbesondere für den Einsatz vor dem Turbolader in modernen Turbomotoren.
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2 zeigt schematisch in einer seitlichen Schnittdarstellung eine vergrößerte Darstellung des Schweißverbindungsbereichs 28 aus 1. Hier ist gut zu erkennen, dass sich zwischen der ersten Schweißverbindung 24 und der zweiten Schweißverbindung 26 ein Überlappungsbereich 40 bildet. Aufgrund der benachbarten Anordnung von erster Schweißverbindung 24, Überlappungsbereich 40 und zweiter Schweißverbindung 26 kann sich in besonders bevorzugter Weise ein Schweißverbindungsbereich 28 mit der bereits beschriebenen Form ausbilden, nämlich insbesondere in Form einer Kehlnaht 29.
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Gemäß Darstellung in 2 reicht der Überlappungsbereich 40 bis in den Grundkörper 18. Demzufolge ist gemäß Schritt e) des erfindungsgemäßen Verfahrens das grundkörperseitige Ende 141 des äußeren Rohrs 14 nicht nur mit dem inneren Rohr 16, sondern auch mit dem Grundkörper 18 verschweißt worden. So bildet sich ein besonders stabiler Schweißverbindungsbereich 28. Allerdings können aufgrund der breiten Anbindung an den Grundkörper 18 innerhalb des Schweißverbindungsbereichs 28 gegebenenfalls unerwünscht hohe Spannungen auftreten.
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3 zeigt daher eine alternative Ausgestaltung des Schweißverbindungsbereichs 28, die hinsichtlich einer minimalen Streckenergie und möglichst geringer Spannungen innerhalb des Schweißverbindungsbereichs 28 zweckmäßig ist. Hier reicht der Überlappungsbereich 40 nicht bis in den Grundkörper 18, sondern lediglich in das innere Rohr 16. Dadurch ist das Spannungsniveau innerhalb des Schweißverbindungsbereichs 28 größtmöglich reduziert.
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Allerdings bewirkt sowohl die Formgebung des Schweißverbindungsbereichs 28 gemäß 3 als auch gemäß 4 eine wünschenswerte Nahtverbreiterung, eine integrierte Wärmenachbehandlung der ersten Schweißverbindung 24 und einen verbesserten Kraftfluss durch das Erreichen der Form einer Kehlnaht 29.
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4 schließlich zeigt gemäß einer weiteren schematischen Darstellung wie in 2 und 3 eine ganz besonders bevorzugte Nahtform bzw. eine besonders bevorzugte Form des Schweißverbindungsbereich 28. Hier ist der Schweißverbindungsbereich 28 nicht nur als Kehlnaht 29, sonder als Hohlkehlnaht 42 mit einer einwärts gerichteten Wölbung ausgestaltet. Die Hohlkehlnaht 42 ist ganz besonders bevorzugt im Hinblick auf ein möglichst geringes Spannungsniveau innerhalb der Naht und hinsichtlich einer optimalen Krafteinleitung, Festigkeit, Dauerschwingfestigkeit und Haltbarkeit der Festlegung des Doppelrohrs 12 an dem Grundkörper 18.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/015445 A1 [0006, 0007]
- WO 2006/005641 A1 [0006, 0008, 0036]
- DE 102007040507 A1 [0006, 0008, 0036]
- DE 10258614 B4 [0011]
- WO 2010/100851 A1 [0011]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Fahrenwaldt et al., Praxiswissen Schweißtechnik, Vieweg, 2. Aufl. 2006, S. 231 ff. [0022]
- U. Krüger, Stahlbau, Teil 1 – Grundlagen, Ernst & Sohn, 4. Aufl. 2008, S. 99 ff. [0022]