DE102007040689A1

DE102007040689A1 - Bolometeranordnung

Info

Publication number: DE102007040689A1
Application number: DE102007040689A
Authority: DE
Inventors: Holger Dipl.-Ing. Leye; Eduard Pankratz
Original assignee: Behr Hella Thermocontrol GmbH
Current assignee: Behr Hella Thermocontrol GmbH
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-03-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Bolometeranordnung, umfassend einen Träger (T) und auf dem Träger (T) angebrachte Temperatursensoren, wobei einige der Temperatursensoren oder Teile (1, 2, 3, 4) der Temperatursensoren geeignet und eingerichtet sind zu einem Temperatursensor bzw. zu einem Teil eines Temperatursensors zusammengeschlossen zu werden, dass einige der Temperatursensoren oder Teile (1, 2, 3, 4) der Temperatursensoren zu einem Temperatursensor bzw. zu einem Teil eines Temperatursensors zusammengeschlossen sind, dass einige der Temperatursensoren oder Teile (1, 2, 3, 4) der Temperatursensoren geeignet und eingerichtet sind, in zumindest zwei Temperatursensoren oder zumindest zwei Teile von Temperatursensoren getrennt zu werden, oder dass einige der Temperatursensoren oder Teile (1, 2, 3, 4) der Temperatursensoren in zumindest zwei Temperatursensoren oder zumindest zwei Teile von Temperatursensoren getrennt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bolometeranordnung, insbesondere eine Bolometeranordnung die in einem Sonnensensor für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeugklimaanlagen verwendet werden kann.
Die Druckschrift mit der Veröffentlichungsnummer DE 10 2005 002 363 B3 zeigt eine Bolometeranordnung, die in einem kombinierten Temperatur- und Sonnensensor verwendet wird. Die Bolometeranordnung weist einen Träger auf, auf dem zwei Temperatursensoren angeordnet sind. Es handelt sich bei dem Sensor einerseits um einen Sensor zur Bestimmung der Innenraumtemperatur eines Kraftfahrzeugs und andererseits um einen Sensor zum Erfassen der Sonneneinstrahlung auf den Innenraum. Gemäß einer ersten Ausführungsform des kombinierten Temperatur- und Sonnensensors, wie er in der Druckschrift DE 10 2005 002 363 B3 veröffentlicht ist, sind der erste Temperatursensor und der zweite Temperatursensor in einer Ebene in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und der Sonneneinwirkung ausgesetzt. Der erste Temperatursensor liefert ein erstes Temperatursignal einer Fläche die einen ersten Absorptionsgrad aufweist. Der zweite Temperatursensor liefert ein zweites Temperatursignal einer zweiten Fläche, die einen anderen Absorptionsgrad aufweist, vorzugsweise einen Absorptionsgrad, der deutlich niedriger ist als der Absorptionsgrad der ersten Fläche. In einer anderen Ausführungsform sind der erste Temperatursensor und der zweite Temperatursensor in parallel zueinander angeordneten Ebenen in einem gemeinsamten Gehäuse angeordnet. Die Differenz der beiden Ausgangssignale der Temperatursensoren ist sowohl beim ersten Ausführungsbeispiel als auch beim zweiten Ausführungsbeispiel ein Maß für die Sonneneinstrahlung.
Dem in der Druckschrift DE 10 2005 002 363 B3 offenbarten Sonnensensor liegt das Bolometerprinzip zugrunde, nach dem die Strahlung der Sonne detektiert wird, in dem die durch Absorption stattfindende Erwärmung registriert wird. Mit anderen Worten wird die Temperatur einer die Strahlung absorbierenden Fläche gemessen. Zum Vergleich wird die Temperatur einer zweiten Fläche erfasst, die entweder nicht der Strahlung ausgesetzt ist oder die einen anderen Absorptionsgrad, insbesondere einen niedrigeren Absorptionsgrad hat und kaum Strahlung absorbiert.
Aus der Druckschrift DE 197 53 884 A1 und aus der Druckschrift DE 103 36 132 A1 sind ferner Sonnensensoren bekannt, die auf dem Bolometerprinzip beruhen, bei denen durch die unterschiedliche Anordnung der absorbierenden Flächen eine Richtungscharakteristik der Strahlung ermittelt werden kann. Dieses ist ein Vorteil gegenüber der dem Sonnensensor gemäß der Druckschrift DE 10 2005 003 363 B3 .
Die in den Druckschriften DE 103 36 132 A1 und DE 197 53 884 A1 offenbarten Sonnensensoren haben jedoch den Nachteil, dass der Aufbau komplex ist und auch einen Bauraum beanspruchen, der in Kraftfahrzeugen oftmals nicht zur Verfügung steht. Außerdem können die Sonnensensoren nur schwer an verschiedene denkbare Einsatzumgebungen und an verschiedene Ansprüche an die Qualität des Sensorsignals angepasst werden. Insbesondere ist dabei daran gedacht, dass es in manchen Fällen ausreichend ist, dass eine Rechts-Links-Unterscheidung der Strahlungsrichtung ausreichend ist. Eine genauere Information über die Richtung der Strahlung ist in vielen Fällen entbehrlich.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bolometeranordnung vorzuschlagen, die insbesondere in einem Sonnensensor für ein Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann, die einen einfachen Aufbau hat, deren Aufbau einfach an verschiedene Anforderungen anpassbar ist und die kostengünstig herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass einige der Temperatursensoren oder Teile der Temperatursensoren geeignet und eingerichtet sind zu einem Temperatursensor beziehungsweise zu einem Teil eines Temperatursensors zusammengeschlossen zu werden, dass einige der Temperatursensoren oder Teile der Temperatursensoren zu einem Temperatursensor beziehungsweise zu einem Teil eines Temperatursensors zusammengeschlossen sind, dass einige der Temperatursensoren oder Teile der Temperatursensoren geeignet und eingerichtet sind in zumindest zwei Temperatursensoren oder zumindest zwei Teile von Temperatursensoren getrennt zu werden oder dass einige der Temperatursensoren oder Teile der Temperatursensoren in zumindest zwei Temperatursensoren oder zumindest zwei Teile von Temperatursensoren getrennt sind.
Dadurch können mit einfachen Mitteln Teile der Temperatursensoren zusammengefasst werden, die dann gemeinsam mit einer gegebenenfalls zu adaptierenden Beschaltung als Sonnensensor eingesetzt werden können. Umgekehrt können Teile von Temperatursensoren aufgetrennt werden, damit zwei im Grunde gleichartige Temperatursensoren hergestellt werden können. Auch in einem solchen Fall muss gegebenenfalls die äußere Beschaltung angepasst werden.
Die Temperatursensoren einer erfindungsgemäßen Bolometeranordnung können je ein Widerstandselement, zum Beispiel einen Metalldraht, insbesondere einen Platindraht, einen Kaltleiter oder einen Heißleiter umfassen. Die Widerstandselemente können die trennbaren beziehungsweise verbindbaren Teile der Temperatursensoren sein.
Zum Zusammenschließen von Temperatursensoren können die Widerstandselemente elektrisch in Reihe geschaltet werden oder in Reihe geschaltet sein. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, dass Lötbrücken hergerichtet werden können oder eingerichtet sind, dass der Träger entsprechend mit einem elektrisch leitfähigen Material bedruckt ist oder bedruckt werden kann oder dass andere elektrisch gleichwirkende Verbindungen hergestellt werden können oder hergestellt sind.
Sofern die Verbindungen zwischen den Widerstandselementen bei einer erfindungsgemäßen Bolometeranordnung zunächst eingerichtet sind, jedoch aufgetrennt werden sollen, können die Widerstandselemente dazu geeignet und eingerichtet sein. Vorteilhaft wird dann die Reihenschaltung der Widerstandselemente getrennt. Dazu kann beispielsweise eine Brücke, insbesondere eine Lötbrücke zwischen den Widerstandselementen entfernt oder Leiterbahnen auf dem Träger zerstört werden.
Vorteilhaft sind erste Widerstandselemente bei einer erfindungsgemäßen Bolometeranordnung in einer ersten Ebene auf einer Oberseite eines Trägers angeordnet. Die ersten Widerstandselemente können gemeinsam einen Ring oder eine Kreisfläche von ersten Widerstandselementen bilden. Jedes der ersten Widerstandselemente kann dann ein Ringsegment oder ein Kreissegment bilden. Es ist dabei möglich, dass die Ringsegmente oder die Kreissegmente sich über einen Winkel von 180°, 120° oder 60° erstrecken.
In einer vorteilhaften Ausführung der Bolometeranordnung sind vier Temperatursensoren mit ersten Widerstandselementen vorgesehen, wobei zwei der Widerstandselemente einen Ringsektor oder einen Kreissektor mit einem Winkel von 120° und zwei erste Widerstandselemente einen Ringsektor oder einen Kreissektor von 60° aufweisen.
Es ist möglich, dass die beiden Widerstandselemente mit einem Ring- beziehungsweise Kreissektor von 60° zu einem Widerstandselement mit einem Ring- beziehungsweise Kreissektor von 120° zusammengeschlossen werden. Alternativ ist denkbar, dass je ein Widerstandselement mit einem Ring- beziehungsweise Kreissektor von 60° mit je einem Widerstandselement mit einem Ring- beziehungsweise Kreissektor von 120° zusammenschließbar ist, so dass diese ein Widerstandselement mit einem Ring- beziehungsweise Kreissektor von 180° bilden.
Denkbar ist ebenso, dass alle ersten Widerstandselemente zu einem einzigen ersten Widerstandselement mit einem Ring- beziehungsweise Kreissektor von 180° zusammenschließbar sind. Insbesondere in einem solchen Fall muss dann ein zweites Widerstandselement in einer zweiten Ebene angeordnet sein, welches zusammen mit dem ersten Widerstandselement ein Bolometer bildet, wie es dem Bolometer gemäß der zweiten Ausführung der Druckschrift DE 10 2005 002 363 B3 ähnlich ist.
Gemäß der Erfindung kann eine erfindungsgemäße Bolometeranordnung oder auch eine andere Bolometeranordnung mit einem Träger und mit auf dem Träger angebrachten Temperatursensoren mit Widerstandselementen zumindest einen Schattenwerfer aufweisen, der geeignet und eingerichtet ist, die Widerstandselemente, insbesondere die ersten Widerstandselemente auf der Oberseite des Trägers je nach Strahlungsrichtung ganz, teilweise oder nicht zu verschatten. Als Schattenwerfer kann beispielsweise genau eine Stele, zum Beispiel in Form eines Zylinders vorgesehen sein.
Als Schattenwerfer können beispielsweise auch zwei parallel zueinander angeordnete Balken oder Stege vorgesehen sein. Diese Schattenwerfer erstrecken sich dann in ihrer Längsrichtung parallel zur Oberfläche des Trägers und der darauf angebrachten Widerstandselemente.
Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Bolometeranordnungen die zum Einsatz als Sonnensensor in Kraftfahrzeugen geeignet sind, sind anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
1 eine Draufsicht auf eine erste erfindungsgemäße Bolometeranordnung,
2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in 1 des ersten Ausführungsbeispiels,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Bolometeranordnung und
4 ein drittes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Bolometeranordnung, jeweils in schematischer Darstellung.
Die in den 1 und 2 dargestellte Bolometeranordnung weist einen kreisscheibenförmigen Träger T auf, auf welchen Widerstandselemente 1, 2, 3, 4 von Temperatursensoren angebracht sind. Weitere Teile der Temperatursensoren sind nicht dargestellt. Auf der Unterseite des Trägers T ist ein zweites Widerstandselement 5 eines fünften Temperatursensors angebracht, der ebenfalls mit Ausnahme des Widerstandselements 5 nicht näher dargestellt ist.
Die ersten Widerstandselemente 1, 2, 3, 4 bilden zusammen einen Ring, wobei jedes der ersten Widerstandselemente 1, 2, 3, 4 einen Sektor dieses Ringes umfasst.
Zwei erste Widerstandselemente, nämlich die mit dem Bezugszeichen 1, 2 bezeichneten Widerstandselemente erstrecken sich über einen Winkel von jeweils 60°, während die übrigen beiden ersten Widerstandselemente, nämlich die mit den Bezugszeichen 3 und 4 bezeichneten, jeweils über einen Winkel von 120° erstrecken.
Konzentrisch zu dem aus den ersten Widerstandselementen 1, 2, 3, 4 gebildeten Ring ist ein Schattenwerfer S angeordnet. Der Schattenwerfer wird durch eine Stele in Form eines Zylinders gebildet, der im Mittelpunkt der Kreisscheiben des kreisscheibenförmigen Trägers auf der Oberseite des Trägers angeordnet ist.
Eine Besonderheit der Bolometeranordnung gemäß der 1 und 2 ist, dass die ersten Widerstandselemente 1, 2, 3, 4 miteinander verbunden werden können, so dass sie mit jeweils zumindest einem weiteren ersten Widerstandselement 1, 2, 3, 4 ein erstes Widerstandselement bilden können, welches einen Ringsektor bildet, der sich über einen größeren Winkel erstreckt.
Beispielsweise können die ersten Widerstandselemente, die mit den Bezugszeichen 1 und 2 bezeichnet sind, miteinander verbunden werden. Die beiden miteinander verbundenen ersten Widerstandselemente 1, 2 bilden dann ein erstes Widerstandselement, das sich wie die verbleibenden beiden ersten Widerstandselemente 3, 4 über einen Winkel von 120° erstreckt.
Ebenso ist denkbar, dass die ersten Widerstandselemente, die mit den Bezugszeichen 1 und 4 bezeichnet sind, miteinander verbunden werden und gleichzeitig die ersten Widerstandselemente, die mit den Bezugszeichen 2 und 3 bezeichnet sind, miteinander verbunden werden. Man erhält dann zwei halbringförmige erste Widerstandselemente 1, 4; 2, 3, die sich über einen Winkel von jeweils 120° erstrecken.
Schließlich ist auch denkbar, dass alle ersten Widerstandselemente 1, 2, 3, 4 miteinander verbunden werden, so dass sich als erstes Widerstandselement 1, 2, 3, 4 ein Ring ergibt.
Durch die Möglichkeit die ersten Widerstandselemente 1, 2, 3, 4 unterschiedlich zu gruppieren und miteinander zu verbinden, kann man unterschiedliche Bolometeranordnungen erhalten, die als Sonnensensor in Kraftfahrzeugen verwendet werden können. Sind die mit den Bezugszeichen 1 und 2 bezeichneten ersten Widerstandselemente miteinander verbunden, ergibt sich die Anordnung von drei ringsektorförmigen Widerstandselementen 1, 2; 3; 4, die jeweils einen Winkel von 120° abdecken. Je nach Richtung des Strahlungseinfalls verschattet der Schattenwerfer S die Ringsektoren beziehungsweise ersten Widerstandselemente unterschiedlich. Daraus kann zumindest qualitativ die Richtung ermittelt werden, aus welcher die Strahlung einfällt. Wird auch der Temperatursensor mit den zweiten Widerstandselementen verwendet, kann die Genauigkeit des Bolometers noch erhöht werden.
Eine Bolometeranordnung, mit welcher lediglich eine Rechts-Links Charakteristik des Strahlungseinfalls ermittelt werden kann, ist gegeben, wenn die mit dem Bezugszeichen 1 und 4 bezeichneten Widerstandselemente miteinander verbunden sind und die mit dem Bezugszeichen 2 und 3 bezeichneten ersten Widerstandselemente miteinander verbunden sind. Es kann dann lediglich durch den Schattenwurf des Schattenbildners S festgestellt werden, ob der Lichteinfall aus der einen Hälfte der sich oberhalb des Träger T erstreckenden Halbkugel einfällt oder aus der anderen. Auch bei einer solchen Bolometeranordnung kann die Genauigkeit durch das Hinzuziehen des Temperatursensors mit dem zweiten Widerstandselement 5 auf der Unterseite des Trägers erhöht werden.
Das in 3 dargestellte Beispiel für eine erfindungsgemäße Bolometeranordnung weist ebenfalls einen Träger T auf, auf dessen Oberseite insgesamt vier streifenförmige Widerstandselemente 1, 2, 3, 4 von insgesamt vier Temperatursensoren, deren übrige Teile nicht näher dargestellt sind, angeordnet sind. Zwischen den Widerstandselementen, die mit den Bezugszeichen 1 und 2 bezeichnet sind, ist ein balkenförmiger Schattenbildner angeordnet. Ebenfalls ist zwischen den Widerstandselementen, die mit den Bezugszeichen 3 und 4 bezeichnet sind, ein balkenförmiger Schattenbildner S angeordnet. Je nach Einstrahlungsrichtung der Sonnenstrahlung R werden entweder die Widerstandselemente 1 beziehungsweise 3 oder die Widerstandselemente 2 beziehungsweise 4 verschattet. Damit ist auch mit der Bolometeranordnung gemäß 3 eine Rechts-Links-Unterscheidung der Strahlungsrichtung möglich.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind drei Widerstandselemente von Temperatursensoren in einer Ebene auf einem Träger T angeordnet. Im Zentrum der Widerstandselemente 1, 2, 3, die auf einer Kreislinie angeordnet sind, steht ein Schattenbildner, der so ausgestaltet ist, dass zumindest eins der Widerstandselemente 1, 2, 3 bei den im Gebrauch der Bolometeranordnung vorkommenden Strahlungsrichtungen verschattet wird. Dadurch kann eine richtungsabhängige Information über die Strahlung gegeben werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005002363 B3 [0002, 0002, 0003, 0015]
- DE 19753884 A1 [0004, 0005]
- DE 10336132 A1 [0004, 0005]
- DE 102005003363 B3 [0004]

Claims

Bolometeranordnung umfassend ein Träger (T) und auf dem Träger (T) angebrachten Temperatursensoren, dadurch gekennzeichnet, dass einige der Temperatursensoren oder Teile (1, 2, 3, 4) der Temperatursensoren geeignet und eingerichtet sind zu einem Temperatursensor bzw. zu einem Teil eines Temperatursensors zusammengeschlossen zu werden, dass einige der Temperatursensoren oder Teile (1, 2, 3, 4) der Temperatursensoren zu einem Temperatursensor bzw. zu einem Teil eines Temperatursensors zusammengeschlossen sind, dass einige der Temperatursensoren oder Teile (1, 2, 3, 4) der Temperatursensoren geeignet und eingerichtet sind in zumindest zwei Temperatursensoren oder zumindest zwei Teile von Temperatursensoren getrennt zu werden oder dass einige der Temperatursensoren oder Teile (1, 2, 3, 4) der Temperatursensoren in zumindest zwei Temperatursensoren oder zumindest zwei Teile von Temperatursensoren getrennt sind.
Bolometeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoren je ein Widerstandselement (1, 2, 3, 4), z. B. einen Metalldraht, insbesondere ein Platindraht, einen Kaltleiter oder einen Heißleiter umfassen.
Bolometeranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zusammenschließen von Temperatursensoren die Widerstandselemente (1, 2, 3, 4) elektrisch in Reihe geschaltet sind oder geeignet und eingerichtet sind in Reihe geschaltet zu werden.
Bolometeranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandselemente (1, 2, 3, 4) geeignet und eingerichtet sind durch Lötbrücken, Bedrucken mit elektrisch leitfähigen Materialen oder dergleichen verbunden zu werden oder dass die Widerstandselemente (1, 2, 3, 4) durch Brücken, insbesondere Lötbrücken, Bedrucken mit elektrisch leitfähigen Materialien oder dergleichen verbunden sind.
Bolometeranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Trennen von Temperatursensoren eine Reihenschaltung von zumindest zwei Widerstandselementen (1, 2, 3, 4) getrennt ist oder geeignet und eingerichtet ist getrennt zu werden.
Bolometeranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Trennen der Widerstandselemente (1, 2, 3, 4) Brücken zwischen zwei Widerstandselementen (1, 2, 3, 4) entfernt sind oder geeignet und eingerichtet entfernt zu werden.
Bolometeranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes Widerstandselement (1, 2, 3, 4) in einer ersten Ebene auf einer Oberseite des Trägers (T) angeordnet ist.
Bolometeranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Widerstandselemente (1, 2, 3, 4) gemeinsam einen Ring oder eine Kreisfläche von ersten Widerstandselementen (1, 2, 3, 4) bilden.
Bolometeranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes erste Widerstandselement (1, 2, 3, 4) ein Ringsegment oder ein Kreissegment bildet.
Bolometeranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringsegmente oder Kreissegmente sich über einen Winkel von 180°, 120° oder 60° erstrecken.
Bolometeranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolometeranordnung vier Temperatursensoren mit ersten Widerstandelementen (1, 2, 3, 4) aufweist, wobei zwei erste Widerstandselemente (3, 4) einen Ringsektor oder Kreissektor mit einem Winkel von 120° und zwei erste Widerstandselemente (1, 2) einen Ringsektor oder Kreissektor von 60° aufweisen.
Bolometeranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Widerstandselemente (3, 4) mit einem Ring- bzw. Kreissektor von 60° zu einem Widerstandselement (1, 2) mit einem Ring- bzw. Kreissektor von 120° zusammenschließbar ist.
Bolometeranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Widerstandselement (3, 4) mit einem Ring- bzw. Kreissektor von 60° mit je einem Widerstandselement (1, 2) mit einem Ring- bzw. Kreissektor von 120° zu einem Widerstandselement von 180° zusammenschließbar ist.
Bolometeranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass alle ersten Widerstandselemente (1, 2, 3, 4) zu einem einzigen ersten Widerstandselement mit einem Ring- bzw. Kreissektor von 360° zusammenschließbar sind.
Bolometeranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweites Widerstandselement (5) in einer zweiten Ebene angeordnet ist.
Bolometeranordnung umfassend ein Träger (T) und auf dem Träger (T) angebrachten Temperatursensoren mit Widerstandselementen (1, 2, 3, 4), insbesondere Bolometeranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einen Schattenwerfer (5) aufweist, der geeignet und eingerichtet ist die Widerstandselemente je nach Strahlungsrichtung ganz, teilweise oder nicht zu verschatten.
Bolometeranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Schattenwerfer (5) genau eine Stele vorgesehen ist.
Bolometeranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Schattenwerfer (5) zwei parallel angeordnete Balken oder Stege vorgesehen sind.
Sonnensensor für Kraftfahrzeuge, insbesondere für eine Kraftzeugklimaanlage, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonnensensor eine Bolometeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.