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Technisches Gebiet
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Zur Füllungserfassung von Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine ist die Messung der im Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine strömenden Luftmasse erforderlich. Die Luftmasse im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine wird mit Ultraschall-Durchflussmesser-Einbaueinheiten bestimmt, die einem Ansaugrohr für die Verbrennungsluft der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet sind.
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Stand der Technik
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Aus
EP 0 477 418 A1 ist ein Ultraschall(US)-Durchflussmesser zum Einbauen in ein Messrohr bekannt. Die Ultraschall(US)-Durchflussmesser-Einbaueinheit zum Einbau in ein Messrohr wird zur Luftmassenmessung in einem Kraftfahrzeugmotor eingesetzt. Die Einbaueinheit umfasst zwei Ultraschall-Wandler, die abwechselnd als Sendewandler oder Empfangswandler arbeiten sowie eine Reflektoranordnung zur Bildung eines das Messrohr durchlaufenden Reflexionsweges für Ultraschallwellen zwischen dem jeweiligen Ultraschall-Sendewandler und dem jeweiligen Ultraschall-Empfangswandler. Es ist eine Träger- und Montageplatte zur Aufnahme des einen Ultraschallwandlers und des anderen Ultraschallwandlers sowie der Reflektoranordnung vorgesehen. Ferner dient die Träger- und Montageplatte zum abdichtenden Montieren der Einbaueinheit über einer Aufnahmeöffnung für die Einbaueinheit. Der eine Ultraschallwandler und der andere Ultraschallwandler sind in einem vorbestimmten Winkel zueinander und zu der Reflektoranordnung vorzugsweise symmetrisch geneigt angeordnet. Die Reflektoranordnung ist mittels einer Haltekonstruktion derart von der Träger- und Montageplatte in einem Abstand von dieser getragen, dass die Reflektoranordnung innerhalb des Messrohres zusammen mit den Ultraschallwandlern den zur Durchflussmessung erforderlichen Reflexionsweg bildet. Die Träger- und Montageplatte trägt vorzugsweise zwischen den beiden Ultraschallwandlern auf ihrer dem Messrohr abgewandten Seite eine Betriebs- und Messelektronikeinheit auf sich. Die Reflektoranordnung enthält vorzugsweise einen einzigen Reflektorkörper zur Bildung eines V-förmigen Reflexionsweges. Daneben ist es möglich, die Reflektoranordnung so auszubilden, dass ein W-förmiger Reflexionsweg unter Einbeziehung der dem Reflektorkörper gegenüberliegenden wandlerseitigen Innenwandung des Messrohres oder der messrohrseitigen Fläche der Träger- und Montageplatte enthält und dass auf dem Reflektorkörper vorzugsweise mittig zwischen den Strahlachsen der Ultraschallwandler ein zumindest reflexionsarmer, beispielsweise aus Filz bestehender Hilfskörper zur Vermeidung einer bei der Messung störenden Reflexion von Streustrahlen des US-Sendewandlers angeordnet ist. Die Reflektoranordnung kann zwei Reflektorkörper zur Bildung des W-förmigen Reflexionsweges unter Einbeziehung der der Reflektorenebene gegenüber liegenden wandlerseitigen Innenwandung des Messrohres oder der messrohrseitigen Fläche der Träger- und Montageplatte enthalten.
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Die Haltekonstruktion wird aus einem Gestänge hergestellt, wobei die Haltekonstruktion aus einer in Durchflussrichtung offenen, wannenartigen Blechkonstruktion besteht und die Reflektoranordnung auf dem Boden der wannenförmigen Blechkonstruktion angeordnet wird. Die Seitenwandungen der wannenförmigen Blechkonstruktion weisen Ausnehmungen zur Gewichtsverminderung und/oder zum Zwecke eines Gas- oder Flüssigkeitsaustausches zwischen Innen- und Außenseite der wannenförmigen Blechkonstruktion auf. Die Seitenwandungen können derart geformt oder ausgerichtet sein, dass sie als Leitfläche zur Strömungsharmonisierung und zur Bildung eines relevanten Teilstroms genutzt werden können. Vorzugsweise ist die wannenförmige Blechkonstruktion einstückig ausgebildet.
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Bei weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Ultraschall-Durchflussmesseinheiten wird üblicherweise eine Anordnung zwei Ultraschallwandlern P1 und P2 eingesetzt, die sich gegenseitig Ultraschallwellen zusenden. Die Ultraschallwellen laufen mit Laufzeiten t1 und t2 von einem zum anderen Wandler durch das strömende Medium. Der Unterschied der Laufzeiten mit Richtung der Strömung, Laufzeit t1 und entgegen der Strömung, Laufzeit t2 stellt ein Maß für die Strömungsrate des zu messenden Mediums dar.
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Aus der
DE 103 44 893 A1 ist ein Ultraschalldurchflussmesser mit einem einzigen als Sender und Empfänger dienenden Ultraschallwandler und zwei Reflektoren bekannt, die so ausgerichtet sind, dass die Schallwellen vom Ultraschallwandler durch das strömende Fluid wieder zurück zum Ultraschallwandler geleitet werden.
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Die
US 6,748,811 B1 beschreibt einen Ultraschallsensor mit zwei Ultraschallwandlern, die in einem Winkel zur Hauptströmungsrichtung angeordnet sind.
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Die
US 6,330,831 B1 und die
JP 2001-317974 A beschreiben einen Ultraschalldurchflussmesser mit Reflexionsflächen zwischen den Ultraschallwandlern.
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Darstellung der Erfindung
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Es wird eine Ultraschallmessvorrichtung zur Messung eines Strömungsmediums mit mindestens einem ersten und einem zweiten Ultraschallwandler vorgeschlagen, die eine Reflexionsvorrichtung umfasst, die mit den mindestens zwei Ultraschallwandlern und einer Auswerteschaltung zu einem Steckfühler verbunden ist, wobei der mindestens eine ersten und zweite Ultraschallwandler geneigt zueinander angeordnet sind und die Auswerteschaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Ultraschallwandler angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist eine zur Reflexion der Ultraschallwellen genutzte Reflexionsfläche eine im Wesentlichen konvexe Wölbung auf, die den Ultraschallwandlern zuweist, wobei an der Reflexionsfläche eine Ultraschall-Reflexionen begünstigende Beschichtung aufgebracht ist. Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lässt sich eine Reduzierung von Turbulenzen im Bereich zwischen der Reflexionsfläche und den Ultraschallwandlern erreichen, was zu einer genaueren Erfassung der Strömung des strömenden Mediums führt.
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Die den Ultraschallwandlern der Ultraschallmessvorrichtung zugewandte Seite der Reflexionsvorrichtung ist durch anströmseitig und abströmseitig vorgesehene Abschrägungen im Wesentlichen konvex ausgebildet. Die Abschrägungen bewirken eine lokale Strömungsbeschleunigung, welche Strömungsablösungen zwischen der Reflexionsvorrichtung und den Ultraschallwandlern sowie innerhalb einer Aussparung reduzieren. Die Oberfläche der Reflexionsvorrichtung, d. h. der Reflexionsfläche, ist zumindest im Bereich der eigentlichen Ultraschallreflexion mit einer Beschichtung versehen, die bessere Reflexionseigenschaften aufweist als das Material der verbleibenden Reflexionsfläche, so z. B. im Bereich der an- und abströmseitig vorgesehenen Abschrägungen.
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Vorzugsweise ist die Rückseite der als Reflexionsvorrichtung dienenden Reflexionsfläche mit Auskernungen versehen, um einerseits die Materialstärke zu reduzieren und andererseits eine mechanische Versteifung der Reflexionsvorrichtung zu erzielen. Die Auskernungen auf der Rückseite der als Reflexionsvorrichtung dienenden Reflexionsfläche verlaufen bevorzugt in Strömungsrichtung. Dadurch wird bewirkt, dass sich in Kombination mit den an- und abströmseitigen Abschrägungen der Reflexionsrichtung eine günstigere Strömungsführung einstellt. Die Auskernungen auf der Rückseite der Reflexionsfläche umfassen Stege, welche die Auskernungen voneinander trennen und welche die Reflexionsfläche stabilisieren. Die Auskernungen dienen in vorteilhafter Weise dazu, das Gewicht der als Reflexionsvorrichtung eingesetzten Reflexionsfläche zu reduzieren, was insbesondere unter mechanischen Beanspruchungen, die in Kraftfahrzeugen auftreten, zu einer höheren Festigkeit der Reflexionsvorrichtung führt. Neben dem Umstand, das sich die Auskernungen im Wesentlichen in Strömungsrichtung erstrecken und demnach die Strömung stabilisieren, lässt sich eine weitere Strömungsstabilisierung dadurch erreichen, dass im Bereich der Anströmkante mehrere, voneinander getrennte Ausbuchtungen nahe der Anströmkante vorgesehen sind. Mittels dieser voneinander getrennten Ausbuchtungen nahe der Anströmkante wird ein Turbulatoreffekt herbeigeführt, da sich im Wesentlichen dort einstellende Längswirbel dazu führen, dass die Strömung sich wesentlich günstiger an die als Reflexionsvorrichtung dienende Reflexionsfläche anlegt.
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Zeichnung
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigt:
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1 einen aus dem Stand der Technik bekannten Grundaufbau für Ultraschall-Durchflussmesser mit diagonal gegenüberliegenden Wandlerelementen,
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2 einen als Steckfühler ausgebildeten Ultraschallströmungssensor mit aerodynamisch günstig geformter Reflexionsfläche,
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3 eine um 90° gedrehte Ansicht des Ultraschallströmungssensors, eingebaut in ein Messrohr,
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die Figurensequenz der 4.1, 4.2 und 4.3, die als Reflexionsvorrichtung dienende Reflexionsfläche in Seitenansicht, perspektivischer Ansicht von unten und perspektivisch wiedergegebener Ansicht von oben.
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Ausführungsvarianten
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Der Darstellung gemäß 1 ist eine aus dem Sand der Technik bekannt Ultraschall-Durchflussmesseranordnung zu entnehmen, bei der die Ultraschallwandler in den Wandungen eines Messrohres eingelassen sind.
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Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass ein erster Ultraschallwandler P1 und ein zweiter Ultraschallwandler P2 in Ausnehmungen in den Seitenwänden eines Messrohres angeordnet sind. Die Ultraschallwandler P1 und P2 weisen einander zu und sind im Abstand L zueinander entfernt. Durch das Messrohr strömt ein Medium in Richtung des mit V bezeichneten Pfeils. Das Messrohr ist symmetrisch zur Symmetrieachse aufgebaut. Der Neigungswinkel, unter dem der erste Ultraschallwandler P1 zum zweiten Ultraschallwandler P2 angeordnet ist, wird durch α identifiziert.
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Mit der aus 1 bekannten Anordnung können die Laufzeiten von Ultraschallwellen vom ersten Ultraschallwandler P1 zum zweiten Ultraschallwandler P2 und umgekehrt gemessen werden. Die Laufzeit einer Ultraschallwelle vom Wandler P1 im Sendemodus zum Ultraschallwandler P2 im Empfangsmodus, d. h. in Strömungsrichtung V des gasförmigen Mediums ist kürzer verglichen zur Laufzeit T2 vom zweiten Ultraschallwandler P2 zum ersten Ultraschallwandler P1 entgegen der Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums, angedeutet durch den mit V bezeichneten Pfeil. Aus der Laufzeitdifferenz zwischen T1 und T2 wird auf die Strömungsrate des im Messrohr strömenden gasförmigen Mediums geschlossen, im Falle einer Verbrennungskraftmaschine auf die Strömungsrate der durch das Messrohr strömenden Luftströmung. Eine derartige Anordnung, wie in 1 dargestellt, dient zur Ermittlung der Luftmassenmenge zur Erfassung der Zylinderfüllung eines oder mehrerer Zylinder einer mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschine.
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Der Darstellung gemäß 2 ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß vorgeschalteten Ultraschall-Durchflussmesseinheit mit zugeordneter Reflexionsvorrichtung zu entnehmen.
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Gemäß der Darstellung in 2 ist in ein Strömungsrohr 10 ein Steckfühler 12 eingelassen. In den Steckfühler 12 ist ein erster Ultraschallwandler 14 sowie ein zweiter Ultraschallwandler 16 integriert. Über den ersten Ultraschallwandler 14 lassen sich beispielsweise Ultraschallsignale 18 aussenden, die an einer Reflexionsfläche 24 einer Reflexionsvorrichtung 22 an den zweiten Ultraschallwandler 16 reflektiert werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, über den zweiten Ultraschallwandler 16 und die Reflexionsfläche 24 Ultraschallsignale 18 an den ersten Ultraschallwandler 14 zu übermitteln; die Betriebsweise ist in beide Richtungen möglich.
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Die Reflexionsvorrichtung 22 ist in einen Strömungsquerschnitt 20 des Strömungsrohres 10 eingelassen. Die Reflexionsvorrichtung weist eine Halterung 26 auf, welche Teil des Steckfühlers 12 sein kann, jedoch nicht notwendigerweise sein muss. Die Halterung 26 umfasst eine erste Seitenwand 28 sowie eine zweite Seitenwand 30. Aus Gründen der besseren Darstellbarkeit ist in der Darstellung gemäß 2 lediglich die erste Seitenwand 28 wiedergegeben, die zweite Seitenwand 30 fehlt in der Darstellung gemäß 2, um eine Schnittdarstellung der Reflexionsfläche 24 zu ermöglichen.
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Der Steckfühler 12, in welchen die Halterung 26 integriert sein kann, umfasst eine Auswerteschaltung 32, welche den Betrieb des ersten Ultraschallwandlers 14 und des zweiten Ultraschallwandlers 16 hinsichtlich des Betriebsmodus Senden/Empfangen von Ultraschallsignalen 18 steuert und welche die erhaltenen Signale auswertet. Unterhalb der Auswerteschaltung 32 im Steckfühler 12 befindet sich eine Aussparung 42. An der Aussparung 42 im oberen Bereich des Steckfühlers 12 bilden sich bevorzugt Strömungsablösungen des den freien Strömungsquerschnitt 20 des Messrohrs 10 durchströmenden gasförmigen Mediums, dessen Strömungsrate über die Ultraschall-Messeinrichtung bestimmt werden soll. Die Aussparung 42 stellt eine Querschnittserweiterung dar, in welcher Strömungsablösungen auftreten können, die zu Signalstörungen oder Messfehlern führen können. Die Aussparung 42 ist jedoch erforderlich, da die Strömung schräg durchstrahlt werden muss, damit eine Komponente des Schallwegs in Strömungsrichtung liegt. Daraus ergibt sich die in 2 dargestellte schräge Einbaulage der Ultraschallwandler 14, 16. Die Baugröße der Ultraschallwandler 14, 16 ist von der gewählten Ultraschallfrequenz abhängig, die die Größe des Wandlers und einen Einbauwinkel des Wandlers bestimmt, welche wiederum Einflüsse auf die Dimensionierung der Aussparung 42 haben.
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Im unteren Bereich der Halterung 26 ist in der Darstellung gemäß 2 die Reflexionsfläche 24 im Schnitt dargestellt. Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass die Reflexionsfläche 24 der Reflexionsvorrichtung 22 mit einer Beschichtung 44 versehen ist. Mittels der Beschichtung 44 auf der Oberfläche der Reflexionsfläche 24 kann zumindest im Bereich der eigentlichen Reflexion der Ultraschallsignale 18 erreicht werden, dass eine bessere Reflexion dargestellt werden kann. So wird die Beschichtung 44 vorzugsweise aus einem Material gewählt, welches bessere Reflexionseigenschaften als das Material der sonstigen Reflexionsfläche 24 aufweist. Damit kann die Reflexionsfläche 24, die integraler Bestandteil der Halterung 26 sein kann, aus einem preisgünstigen Material gefertigt werden, während die eigentliche Reflexion der Ultraschallsignale 18 über ein Inlay einer Beschichtung 44 oder eine aufgeklebte Beschichtung 44 aus einem Material, welches bessere Reflexionseigenschaften als die Reflexionsfläche 24 aufweist, erfolgt. Die Reflexionsfläche 24 der Reflexionsvorrichtung 22 umfasst eine an einer Anströmkante 50 ausgebildete erst Anschrägung 46 sowie eine an einer Anströmkante 52 ausgebildete zweite Anschrägung 48. Durch die in der Reflexionsfläche 24 der Reflexionsvorrichtung 22 ausgebildete erste Anschrägung 46 im Bereich der Anströmkante 50 sowie durch die zweite Anschrägung 48 im Bereich der Abströmkante 52 ist die Reflexionsfläche 24 an der dem ersten Ultraschallwandler 14 und dem zweiten Ultraschallwandler 16 zuweisenden Seite im Wesentlichen konvex ausgebildet.
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Unter einer im Wesentlichen konvex ausgebildeten Reflexionsfläche wird im Kontext der Anmeldung eine Reflexionsfläche 24 verstanden, bei der der zentrale, mit der Beschichtung 44 versehene Abschnitt der Reflexionsfläche 24 vorzugsweise eben ausgebildet ist, wobei sich an den vorzugsweise eben ausgebildeten zentralen Abschnitten in Richtung der Anströmkante 50 die erste Anschrägung 46 und in Richtung der Abströmkante 52 die zweite Anschrägung 48 anschließt. Die erste Anschrägung 46 und die zweite Anschrägung 48 können als schräg gestellte Ebenen ausgebildet sein, wie dies aus 2 hervorgeht. Es ist aber auch möglich, die Fläche der ersten Anschrägung 46 und der zweiten Anschrägung 48 mit einer leichten Krümmung zu versehen, die sich ausgehend von der Anströmkante 50 bzw. der Abströmkante 52 bis zu dem ebenen zentralen Abschnitt erstreckt und gleichmäßig in diesen ebenen Abschnitt übergeht.
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Dadurch entsteht eine lokale Strömungsbeschleunigung, welche eine Ablösung der Strömung des gasförmigen Mediums zwischen der Reflexionsfläche 24 und den Ultraschallwandlern 14, 16 sowie innerhalb der Aussparung 42 reduziert. Die Rückseite der Reflexionsfläche 24 der Reflexionsvorrichtung 22 ist mit Auskernungen 34 versehen. Je nach Breite des Strömungsquerschnitts 20 bzw. der Reflexionsfläche 24 sind senkrecht zur Zeichenebene gemäß 2 und der Unterseite der Reflexionsfläche 24 mehrere Auskernungen 34 vorgesehen. Die einzelnen Auskernungen 34 sind durch Stege oder Rippen 36 voneinander getrennt und verlaufen von der Anströmkante 50 der Reflexionsfläche 24 in Strömungsrichtung zur Abströmkante 52 an der Unterseite der Reflexionsfläche 24. Durch die Auskernungen 34 wird die Materialstärke der Reflexionsfläche 24 reduziert, was mit einer Gewichtsreduzierung einhergeht. Durch die zwischen den Auskernungen 34 jeweils vorgesehenen Stege 36 wird eine Versteifung der Reflexionsfläche 24 erzielt, um den während des Betriebs einer Verbrennungskraftmaschine auftretenden, auch den Ansaugtrakt erfassenden Vibrationen dauerhaft standzuhalten. Die Ausbildung der Auskernungen 34 an der Unterseite der Reflexionsfläche 24 in Strömungsrichtung von der Anströmkante 50 zur Abströmkante 52 geht ferner mit dem Vorteil einher, dass eine günstigere Strömungsführung im Bereich der Reflexionsfläche 24 erreicht werden kann.
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Aus der Darstellung gemäß 3 geht die Darstellung der Ultraschall-Messeinrichtung gemäß 2 um 90° gedreht hervor.
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An der Oberseite des Strömungsrohrs 10 ist aus Gründen der leichteren Zugänglichkeit der Steckfühler 12 integriert. Die in den Steckfühler 12 an der Oberseite integrierte Auswerteschaltung 32 ist durch eine Abdeckkappe verschlossen, an der ein elektrischer Anschluss 38 ausgebildet ist. Über den elektrischen Anschluss 38 werden die von der Auswerteschaltung 32 des Steckfühlers 12 ausgewerteten Signale beispielsweise über einen CAN-Bus oder über andere Signalübertragungsleitungen an ein in 3 nicht dargestelltes zentrales Motorsteuergerät einer Verbrennungskraftmaschine übermittelt.
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Von der Innenwand 40 des Strömungsrohrs 10 erstrecken sich die erste Seitenwand 28 sowie die Halterung 26, die an ihren der Auswerteschaltung 32 abgewandten Ende durch die Reflexionsfläche 24 miteinander verbunden sind. Die Ultraschallsignale 18 werden in vertikale Richtung emittiert und von der entweder in die Oberseite der Reflexionsfläche 24 integrierten reflexionsbegünstigenden Beschichtung 44 reflektiert oder durch eine auf die Oberseite der Reflexionsfläche 24 aufgeklebte oder aufgedampfte Beschichtung 44 reflektiert. Aus der Darstellung gemäß 3 geht ferner die Anströmkante 50 hervor, an die sich die Schrägfläche der ersten Anschrägung 46 der Reflexionsfläche 24 anschließt. Die aus der Darstellung gemäß 2 an der Unterseite der Reflexionsfläche 24 ausgebildeten Rippen bzw. Stege 36 sowie die durch diese begrenzten Auskernungen 34, die vorzugsweise in Strömungsrichtung verlaufen, sind aus Gründen der Darstellbarkeit in 3 nicht wiedergegeben.
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Der Figurensequenz der 4.1 bis 4.3 ist die Reflexionsfläche der Reflexionsvorrichtung in mehreren Ansichten zu entnehmen.
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Aus der Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass die Reflexionsfläche 24 der Reflexionsvorrichtung 22 von der Anströmkante 50 in Strömungsrichtung 56 bis zur Abströmkante 52 an ihrer Unterseite Auskernungen 34 aufweist. Die Anzahl von Auskernungen 34 an der Unterseite der Reflexionsfläche 24 sind durch Stege bzw. Rippen 36 voneinander getrennt. Die Auskernungen 34 ermöglichen zum einen eine Gewichtsreduktion der Reflexionsfläche 24, die beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt sein kann. Die Reflexionsfläche 24 wird durch in 4.1 nicht dargestellte Seitenwände 28 bzw. 30 einer Halterung 26 mit dem Steckfühler 12 verbunden. Die Seitenwände 28 bzw. 30 der Reflexionsvorrichtung 22 können Bestandteil des Steckfühlers 12 sein, können jedoch auch als separate Bauteile an der Innenwand 40 des Strömungsrohrs 10 befestigt sein. Aus der Darstellung gemäß Figur gehen in vergrößertem Maßstab wiedergegeben, die erste Anschrägung 46 an der Anströmkante 50 sowie die zweite Anströmkante 48 im Bereich der Abströmkante 52 hervor. Auf die Oberfläche der Reflexionsfläche 24 ist in der Darstellung gemäß 1 die Beschichtung 44 aufgeklebt oder auf anderem Wege adhäsiv befestigt, an der die Ultraschallsignale 18, die vom ersten Ultraschallwandler 14 bzw. vom zweiten Ultraschallwandler 16 emittiert werden, reflektiert werden. Die Beschichtung 44 weist vorzugsweise bessere Reflexionseigenschaften auf als das Material, aus dem die Reflexionsfläche 24 der Reflexionsvorrichtung 22 gefertigt ist. Die erste Seitenwand 28, die zweite Seitenwand 30 der Halterung 26 sowie die die Seitenwände 28, 30 verbindende Reflexionsfläche 24 können besonders vorteilhaft im Wege des Kunststoffspritzgießverfahrens als integraler Bestandteil des Steckfühlers 12 gefertigt werden. Durch eine entsprechend dimensionierte Öffnung an der Oberseite des Messrohrs 10 kann der Steckfühler 12 dichtend in die vorgesehene Öffnung eingelassen werden.
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Der Darstellung gemäß 4.2 ist eine perspektivische Ansicht von unten auf die Reflexionsfläche der Reflexionsvorrichtung zu entnehmen.
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Aus der Darstellung gemäß 4.2 geht hervor, dass an der Unterseite der Reflexionsfläche 24 mehrere Auskernungen 34 ausgebildet sind. Die einzelnen Auskernungen 36 erstrecken sich vorzugsweise in Strömungsrichtung 56 von der Anströmkante 50 zur Abströmkante 52 der Reflexionsfläche 24. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass in der perspektivischen Ansicht von unten gemäß 4.2 an der Oberseite der Reflexionsfläche 24 die erste Anschrägung 46 sowie die zweite Anschrägung 48 ausgebildet sind, die der Oberseite der Reflexionsfläche 24 eine im Wesentlichen konvex gestaltete Form verleihen. Die sich vorzugsweise in Strömungsrichtung erstreckenden Auskernungen 34 sind voneinander durch einzelne Rippen oder Stege 36 getrennt. Mittels der Stege bzw. Rippen 36 kann die Reflexionsfläche 24 der Reflexionsvorrichtung versteift, d. h. stabilisiert werden. Durch die Auskernungen 34 kann wiederum das Gewicht der Reflexionsfläche 24 reduziert werden, was hinsichtlich der mechanischen Beanspruchungen bei Vibrationen der Verbrennungskraftmaschine zu einer höheren Festigkeit dieses Bauteils führt. An der Unterseite der Reflexionsfläche 24 kann durch die Längserstreckung der Auskernungen 36 die Strömung des strömenden Mediums stabilisiert werden.
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Der Darstellung gemäß 4.3 ist eine perspektivische Draufsicht auf die im Wesentlichen konvex ausgebildete Oberseite der Reflexionsfläche 24 zu entnehmen.
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Der Darstellung gemäß 4.3 ist zu entnehmen, dass im Bereich der ersten Anschrägung 46 hinter der Anströmkante 50 mehrere Turbulatoren 54 angeordnet sind. Mittels der Turbulatoren 54 lässt sich eine Strömungsstabilisierung nahe der Anströmkante 50 erreichen. Mittels der beispielsweise dreieckförmig konfigurierbaren Turbulatoren 54 können im Wesentlichen Längswirbel erzeugt werden, welche dazu führen, dass die Strömung sich besser an die konvex gekrümmte Reflexionsoberfläche 24 anlegt.
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In Bezug auf die Ausgestaltung der Turbulatoren 54 hat sich die Wahl einer Dreiecksform als besonders günstig erwiesen. Prinzipiell können die Turbulatoren 54 jedoch durch jede periodische, kammartige Struktur gebildet werden, die eine positive Wirkung auf die Strömung ausübt. So können die Turbulatoren 54 außer dreieckförmig auch zum Beispiel als Quader, Trapeze als Rauten oder auch zum Teil abgerundet ausgebildet werden. Vorteilhaft können auch solche Turbulatoren 54 eingesetzt werden, die direkt auf der Anströmkante 50 platziert werden. Ebenfalls begünstigend haben sich an der Abströmkante 52 angeordnete Zacken erwiesen. Die Reflexionsfläche 24 kann darüber hinaus auch in Form eines Tragflügelprofils ausgearbeitet sein. Dabei ist lediglich ein Teil der Oberfläche so gestaltet, dass der Schall gerichtet zurückreflektiert wird. Im Normalfall handelt es sich dabei um eine möglichst ebene Fläche innerhalb des Flügelprofiles, d. h. hinter der Anströmkante 50 beginnend und vor der Abströmkante 52 endend.
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Bezugszeichenliste
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- P1
- 1. Ultraschallwandler
- P2
- 2. Ultraschallwandler
- α
- Neigungswinkel
- L
- Abstand P1–P2
- V
- strömendes Medium
- M
- Messrohr
- S
- Symmetrieachse
- 10
- Strömungsrohr
- 12
- Steckfühler
- 14
- 1. Ultraschallwandler
- 16
- 2. Ultraschallwandler
- 18
- Ultraschallsignale
- 20
- Strömungsquerschnitt
- 22
- Reflexionsvorrichtung
- 24
- Reflexionsfläche
- 26
- Halterung
- 28
- 1. Seitenwand
- 30
- 2. Seitenwand
- 32
- Auswerteschaltung
- 34
- Auskernung
- 36
- Steg/Rippe
- 38
- elektrischer Anschluss
- 40
- Innenwand Strömungsrohr
- 42
- Aussparung
- 44
- Beschichtung
- 46
- 1. Anschrägung
- 48
- 2. Anschrägung
- 50
- Anströmkante
- 52
- Abströmkante
- 54
- Turbulatoren
- 56
- Strömungsrichtung gasförmiges Medium
