用于将光学入口元件固定在废气系统的高温区段的紧固装置以及颗粒传感器的制作方法

1.本发明涉及一种紧固装置，用于将光学入口元件紧固在尤其内燃机的废气系统的高温区段，以及涉及根据并列权利要求的前序的颗粒传感器。


背景技术：

2.de 10 2018 218 912 a1公开了一种颗粒传感器，用于探测内燃机的废气管中的颗粒或气溶胶。颗粒传感器是布置在废气管外的光学颗粒传感器，所述光学颗粒传感器通过玻璃制成的观察窗形式的光学入口元件向废气管内部发射聚焦到一个光斑上的激光束。这个观察窗能够密封地实施。具有很低的热膨胀系数的玻璃能够用于观察窗，所述热膨胀系数例如能够在0至约8
×
10-6 1/k范围内。


技术实现要素：

3.本发明所基于的问题是由具有权利要求1的特征的紧固装置来解决的。有利的扩展方案在从属权利要求中提出。
4.根据本发明的紧固装置避免直接相邻的部件极大地不同的热膨胀系数。由此即使在温度变化的情况下也减少了相邻部件之间的连接部位的应力，从而例如避免了在使用寿命中形成裂纹的风险。一般来说，这是通过在光学入口元件和高温区段之间的紧固装置中的热膨胀系数的阶梯式变化来实现的。
5.具体来说，这是通过下述紧固装置来实现的，该紧固装置用于将光学入口元件紧固到尤其内燃机的废气系统的高温区段。例如，光学入口元件能够是观察和/或保护窗，其例如属于内燃机的废气系统中的颗粒传感器。这样的观察和/或保护窗能够例如将颗粒传感器的敏感传感机构与内燃机的热废气传导的空间(例如废气管)隔开，并保护其不承受热的废气和不受废气的污染。
6.然而，颗粒传感器的激光束能够例如穿过光学入口元件发射到废气管中，以检测那里存在的颗粒。因此，光学入口元件提供了从外部到废气管内部的光学入口。通常，光学入口元件包括具有相对低的热膨胀系数的玻璃，例如，所述热膨胀系数可在约0至约8
×
10-6 1/k的范围内。
7.光学入口元件能够被严密地密封在保持框架内，例如由具有低热膨胀系数的特种钢制成。优选地，保持框架的热膨胀系数在光学入口元件的热膨胀系数的范围内，特别优选地，两个热膨胀系数是大致相同的。保持框架能够借助于紧固装置例如紧固在一区段上，例如颗粒传感器的壳体的基体，在这种情况下所述基体形成高温区段。
8.例如，颗粒传感器的这种壳体能够由不锈钢制成，例如，热膨胀系数在大约18
×
10-6 1/k的范围内的奥氏体不锈钢。然而也能够借助于紧固装置将保持框架紧固在内燃机的废气管的一区段，在这种情况下所述废气管形成高温区段。
9.根据本发明的安装设备包括多个在光学入口元件和高温区段之间串联地布置的
连接区段。上述的保持框架能够是这些连接区段之一。“串联”是指，例如第一连接区段直接与第二连接区段连接，第二连接区段直接与第三连接区段连接，但第三连接区段不直接与第一连接区段连接，而是仅在第二连接区段连接在它们之间的情况下与该第一连接区段连接。
10.该紧固装置的连接区段的区别必要时尤其在于，它们具有不同的热膨胀系数，其中，各连接区段的热膨胀系数从高温区段向光学入口元件递减。因此，在紧固装置的所有连接区段中，紧固在高温区段的连接区段具有最高热膨胀系数，而布置在光学入口元件处的连接区段具有最低热膨胀系数。
11.在扩展方案中设置：其具有至少三个连接区段。这三个连接区段能够包括光学入口元件的保持框架。三个连接区段的数量是在尽可能低的制造成本和热膨胀系数的逐渐变化之间的好的折衷。
12.在扩展方案中设置：至少有两个连接区段互相被焊接。这是简单而耐用的连接方法。
13.在扩展方案中设置：至少两个连接区段是借助于金属粉末压铸一体地制造。这简化了生产。
14.在扩展方案中设置：串联地布置的连接区段包括至少一个180
°
的弯曲。由此在紧固装置中建立了一定的机械弹簧弹性，通过所述机械弹簧弹性也能够减少热引起的应力。此外，由紧固装置的热膨胀引起的光学入口元件的运动被减少。
15.在扩展方案中设置：最低热膨胀系数比最高热膨胀系数低约3倍。这很好地涵盖了实践中出现的许多应用情形，并为紧固装置的耐久性提供了明显改进。通过增加另外的连接区段，能够在需要时补偿甚至更大的差异。
16.在扩展方案中设置：最低热膨胀系数至少与光学入口元件的热膨胀系数大致相同。通过这种方式，尤其在光学入口元件(所述光学入口元件例如能够由玻璃制成且因此相对是脆的)的区域避免了由于直接邻近光学入口元件的连接区段(例如上述的保持框架)的热膨胀而产生的不可接受的高应力。
17.在扩展方案中设置：最低热膨胀系数在0至8
×
10-6 1/k的范围内，优选在大约6
×
10-6 1/k的范围内。这些数值很适合通常的光学入口元件的材料。
18.在扩展方案中设置：最高热膨胀系数在16
×
10-6 1/k到20
×
10-6 1/k之间，优选大约18
×
10-6 1/k的范围内。这些数值非常适合于内燃机的废气系统高温区段的通常的材料，例如废气管或颗粒传感器的壳体。
附图说明
19.下面参照附图解释本发明的实施方案。在附图中示出：
20.图1内燃机的废气系统的废气管和用于固定光学入口元件的紧固装置的示意性示图，具有颗粒传感器和光学入口元件；
21.图2图1的布置的放大的和部分截面；
22.图3图1的布置的一区域的透视截面；和
23.图4紧固装置的变型的实施方案的类似于图3的示图。
具体实施方式
24.在下文中，不同实施方式和附图中功能相当的元件和区域具有相同的附图标记。它们通常只详细解释一次。
25.在图1中未示出的内燃机的仅局部地示出的废气系统带附图标记10。图1示出了废气管12，其中流动着用箭头象征的热废气14，该热废气含有颗粒16，例如烟尘颗粒。现在的许多内燃机中通常检测废气流14中的烟尘颗粒16的量和它们的大小。检测的数值能够用于例如控制内燃机的运行和/或诊断和/或用于控制废气系统10的运行和/或诊断。尤其检测的数值能够用于诊断废气系统10中的清洁装置，例如，诊断颗粒过滤器。
26.为此，废气系统10具有颗粒传感器18，所述颗粒传感器将相应的信号(图1中的虚线箭头20)传送到电子评估装置(未显示)。例如，颗粒传感器18能够利用激光诱导炽热的原理进行工作。在此，首先利用激光光线(虚线箭头21)将颗粒16通过部分吸收激光光线的方式加热到几千摄氏度，所述激光光线从激光模块中发出并以足够高的强度束在废气管12内的一个光斑上。根据普朗克辐射定律，这个热颗粒16发出特征温度辐射(炽热或辉光发射)，所述特征温度辐射作为测量信号被颗粒传感器18的相应探测器接收。
27.为了保护颗粒传感器18的敏感传感构件不受废气14的热影响和化学影响，在颗粒传感器18和废气管12的内部之间布置有圆形玻璃板形式的光学入口元件22。所述光学入口元件具有面向废气14的侧面22a和面向颗粒传感器18的侧面22b。入口元件22借助于紧固装置24紧固在颗粒传感器18的环形基体26上。
28.环形基体26属于颗粒传感器18的壳体并且例如能够由不锈钢制成，尤其奥氏体不锈钢。这样的奥氏体不锈钢通常能够具有大约18
×
10-6 1/k的热膨胀系数。在废气管12中流动的废气14通常具有相对高的温度。相应地，废气管12本身在废气系统10运行中也具有相对高的温度，并且颗粒传感器18的紧固在废气管12上的基体26在废气系统10运行中也具有相对高的温度。因此，基体26能够被称为“高温区段”。
29.尤其从图2和图3中可见，紧固装置24总共包括三个串联地布置的连接区段28、30和32。第一连接区段28构造为用于光学入口元件22的环形保持框架。尤其从图3可见，第一连接区段28具有环盘状的区段34，所述环盘状的区段在径向外缘面向废气14的一侧22a上与光学入口元件22背面配合。
30.在区段34上模制有轴向地(图2中的纵轴35)延伸至光学入口元件22大约一半厚度的短管状区段36，在该短管状区段处衔接倾斜地向径向外部走向的区段38，该区段大约在光学入口元件22的面向颗粒传感器18的侧面22b的水平上过渡到向径向外部延伸的环盘状区段40。所述环盘状区段在径向方向上也相对短，并过渡到轴向延伸的短管状的并且向颗粒传感器18的方向延伸的端部区段42。
31.第一连接区段28由具有低热膨胀系数的特种钢制成，所述热膨胀系数至少约等于或至少类似于光学入口元件22的热膨胀系数。所述光学入口元件的热膨胀系数通常在0和8
×
10-6 1/k之间。因此，第一连接区段28的热膨胀系数也在这个范围内，优选地在大约6
×
10-6 1/k的范围内。
32.第二连接区段30借助于周向焊缝44焊接到第一连接区段28的端部42上。第二连接区段30当前示例性地构造为短的和轴向延伸的直管件。其也是由钢制成的，其热膨胀系数比第一连接区段28的热膨胀系数较高。当前示例性地，制造第二连接区段30的材料的热膨
胀系数大约在10
×
10-6 1/k的范围内。
33.第三连接区段32借助于周向焊缝46焊接到第二连接区段30的与第一连接区段28相对的边缘上。当前示例性地，第三连接区段32具有一个180
°
的弯曲48和两个直腿50和52，因此其具有大约u形的横截面。
34.第三连接区段32借助于背离第二连接区段30的腿52贴靠在基体26的环形接触凸缘56的径向外接触面54上。在那里以焊缝58紧固，该焊缝也周向地构造。
35.可见，三个连接区段28-32是串联地布置的。第三紧固区段32也由钢制成，其热膨胀系数略高于第二连接区段30的热膨胀系数。当前示例性地，制造第三连接区段32的材料的热膨胀系数约为14
×
10-6 1/k。这只比基体26的热膨胀系数略低。
36.由于第一连接区段28的热膨胀系数和第二连接区段30的热膨胀系数之间的相对小的差异，以及第二连接区段30的热膨胀系数和第三连接区段32的热膨胀系数之间的相对小的差异，以及连接区段32的热膨胀系数与颗粒传感器18的基体26的热膨胀系数之间相对小的差异，在各个区段或部件之间的连接部位处由热膨胀引起的应力相对低。
37.图4的紧固装置24的实施方案与图2和图3的不同之处在于，第一连接区段28和第二连接区段30之间的连接以及第二连接区段30和第三连接区段32之间的连接不是通过焊接制造的。替代地，三个连接区段28-32是借助于金属粉末压铸作为一体件制造的。

技术特征：
1.一种紧固装置(24)，用于将光学入口元件(22)紧固在尤其内燃机的废气系统(10)的高温区段(26)上，其特征在于，所述紧固装置包括多个在所述光学入口元件(22)和所述高温区段(26)之间串联地布置的连接区段(28-32)，所述连接区段具有不同的热膨胀系数，其中，所述热膨胀系数从所述高温区段(26)向所述光学入口元件(22)递减。2.根据权利要求1的紧固装置(24)，其特征在于，所述紧固装置包括至少三个连接区段(28-32)。3.根据前述权利要求中的至少一项所述的紧固装置(24)，其特征在于，至少两个连接区段(28-32)互相被焊接。4.根据前述权利要求中的至少一项所述的紧固装置(24)，其特征在于，至少两个连接区段(28-32)借助于金属粉末压铸一体地制造。5.根据前述权利要求中的至少一项所述的紧固装置(24)，其特征在于，所述紧固装置包括至少一个180
°
的弯曲(48)。6.根据前述权利要求中至少一项所述的紧固装置(24)，其特征在于，最低热膨胀系数比最高热膨胀系数低约3倍。7.根据前述权利要求中的至少一项所述的紧固装置(24)，其特征在于，最低热膨胀系数至少大约等于所述光学入口元件(22)的热膨胀系数。8.根据前述权利要求中至少一项所述的紧固装置(24)，其特征在于，最低热膨胀系数在0至8
×
10-6 1/k的范围内，优选地在约6
×
10-6 1/k的范围内。9.根据前述权利要求中至少一项所述的紧固装置(24)，其特征在于，最高热膨胀系数在16
×
10-6 1/k至20
×
10-6 1/k的范围内，优选地在约18
×
10-6 1/k的范围内。10.一种用于探测尤其内燃机的废气中的颗粒的颗粒传感器(18)，其包括光学入口元件(22)，其特征在于，所述颗粒传感器包括根据前述权利要求中至少一项所述的紧固装置(24)。

技术总结
一种紧固装置(24)用于将光学入口元件(22)紧固在尤其内燃机的废气系统(10)的高温区段(26)上。提出，所述紧固装置包括在所述光学入口元件(22)和所述高温区段(26)之间串联地布置的多个连接区段(28-32)，所述连接区段(28-32)具有不同的热膨胀系数，其中，所述热膨胀系数从高温区段(26)向光学入口元件(22)递减。减。减。


技术研发人员：C
受保护的技术使用者：罗伯特
技术研发日：2022.11.08
技术公布日：2023/5/14