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Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Messung des Zustands einer Flüssigkeit, insbesondere von Öl in einem Kraftfahrzeugmotor, mit einem Sensor, wobei die Sensoranordnung einen Kontaktbereich aufweist, der dazu vorgesehen ist, in ein von der zu messenden Flüssigkeit durchströmtes Bauteil hineinzuragen, und wobei eine Verbindung zwischen dem Kontaktbereich und dem Sensor vorgesehen ist, wobei die Sensoranordnung mindestens zwei Verbindungskanäle für die Flüssigkeit zwischen dem Kontaktbereich und dem Sensor aufweist.
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Eine gattungsgemäße Sensoreinrichtung ist aus der
DE 38 23 449 A1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine Messeinrichtung zur Erfassung von Druck und Temperatur eines durch ein Rohr strömenden Mediums. Die Messeinrichtung weist einen Druck- und Temperatursensor auf, der in der Messeinrichtung außerhalb des Rohres angeordnet ist. Um die Zustandsgrößen des Mediums im Rohr zuverlässig erfassen zu können, weist die Messeinrichtung zwei zum Sensor führende Verbindungskanäle auf, mittels denen ein Teil der Flüssigkeit durch die Verbindungskanäle am Sensor in der Messeinrichtung entlang geführt wird.
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Die
DE 100 28 632 A1 offenbart eine Druckerkennungsvorrichtung mit ebenfalls einem Sensor, der über einen einzigen Verbindungskanal mit einer Rohrleitung verbunden ist, in der ein Medium strömt. Dem Verbindungskanal der Druckerkennungsvorrichtung ist eine Drosseleinrichtung zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit zugeordnet, um den Eintritt von Verschmutzungen in den Verbindungskanal zum Sensor der Druckerkennungsvorrichtung zu verhindern. Eine Zwangsströmung zum Sensor ist nicht umgesetzt.
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Ähnliche Sensoranordnungen sind beispielsweise aus der
DE 10 2004 013 582 A1 und der
DE 10 2005 013 818 A1 bekannt. In diesen Vorrichtungen wird eine Sensoranordnung beschrieben, die einen Drucksensor und einen Temperatursensor aufweist, wobei die Sensoranordnung einen Kontaktbereich aufweist und in diesem vorderen Kontaktbereich auch der Temperatursensor angeordnet ist und über einen Druckeinleitkanal eine Verbindung zwischen dem Kontaktbereich und dem Drucksensor gegeben ist. Öldruck und Öltemperatur werden dabei durch den Einsatz von zwei unterschiedlichen Sensoren detektiert. Für den Öldruck wird ein piezoresistiver Drucksensor und für die Temperaturmessung in der Regel ein Widerstand, der sich direkt im Ölkanal befindet, verwendet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Sensoranordnung zur Messung des Zustands einer Flüssigkeit, insbesondere von Öl in einem Kraftfahrzeugmotor, zu schaffen, mit der auf besonders zuverlässige Weise und mit genauem Ergebnis der Zustand der Flüssigkeit, insbesondere Temperatur und Druck, insbesondere von Motoröl gemessen werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Sensoranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Bei einer Sensoranordnung zur Messung des Zustands einer Flüssigkeit, insbesondere von Öl in einem Kraftfahrzeugmotor, mit einem Sensor, wobei die Sensoranordnung einen Kontaktbereich aufweist, der dazu vorgesehen ist, in ein von der zu messenden Flüssigkeit durchströmtes Bauteil hineinzuragen, und wobei eine Verbindung zwischen dem Kontaktbereich und dem Sensor vorgesehen ist, wobei die Sensoranordnung mindestens zwei Verbindungskanäle für die Flüssigkeit zwischen dem Kontaktbereich und dem Sensor aufweist, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass die Sensoranordnung vier symmetrisch zueinander angeordnete Verbindungskanäle aufweist, die jeweils unter 90° zueinander angeordnet sind, so dass die Sensoranordnung unter beliebigen Winkeln in dem von der Flüssigkeit durchströmten Bauteil montierbar ist. Die Kanäle sind dabei so ausgestaltet, daß ein Teil der Flüssigkeit, die durch das Bauteil strömt zu dem außerhalb des durchströmten Bauteils positionierten Sensor innerhalb der Sensoranordnung geführt wird. Bevorzugt bilden die Verbindungskanäle einen Bypaß aus, durch den die zu messende Flüssigkeit in die Sensoranordnung hinein, zu dem Sensor und wieder aus der Sensoranordnung hinaus in das von der zu messenden Flüssigkeit durchströmte Bauteil geführt wird. Der Kontaktbereich reicht einige Millimeter in das flüssigkeitsdurchströmte Bauteil, insbesondere in einen Ölkanal einer Ölgalerie, hinein, wodurch ein Strömungswiderstand erzeugt wird. Durch diesen Strömungswiderstand wird eine Druckdifferenz vor und hinter dem Kontaktbereich erzeugt. Durch diese Druckdifferenz entsteht ein Unterdruck im inneren der Sensoranordnung, in der sich auch der Sensor befindet. Der Sensor wird aus diesem Grund kontinuierlich mit Flüssigkeit, insbesondere mit Motoröl umspült. In diesem Aufbau ist es möglich, Temperatur und Druck, insbesondere Öltemperatur und Öldruck kontinuierlich und unmittelbar zu messen.
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Erfindungsgemäß weist die Sensoranordnung vier Verbindungskanäle auf. Die Verbindungskanäle sind dabei symmetrisch zueinander angeordnet, so daß die Sensoranordnung unter beliebigem Winkel in dem von der Flüssigkeit durchströmten Bauteil montierbar ist. Bei der Verwendung von drei, vier oder mehr Verbindungskanälen wird immer mindestens ein Kanal oder in einzelnen Fällen auch zwei Kanäle von der durchströmten Flüssigkeit derart angeströmt, daß der Kanal die Flüssigkeit aufnimmt und in die Sensoranordnung und den dort positionierten Sensor leitet, so daß ein Bypaß gebildet ist.
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Da für die Temperaturmessung eine Umspülung des Sensors, insbesondere des Multichipmoduls, unbedingt notwendig ist, entsteht jedoch auf Grund des konstruktiven Aufbaus ein zusätzlicher dynamischer Druck auf den Sensor, der durch das in die Sensorkammer einfließende Öl erzeugt wird. Damit der Absolutdruck unabhängig von dem dynamischen Öldruck gemessen wird, weist der Drucksensor bevorzugt eine Drucksensoröffnung auf, die von den Kanälen für die Flüssigkeit abgewandt ist, insbesondere in Relation zu den Kanälen rückseitig am Drucksensor angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung und eine Aussparung hinter dem Sensor ist eine Umspülung des Sensors gegeben. Die Aussparung muß dabei derart groß sein, daß ein ausreichend beruhigtes Ölvolumen oder Flüssigkeitsvolumen unterhalb des Sensors vorhanden ist, welches dennoch durch die Durchströmung kontinuierlich ausgetauscht wird. Dadurch wird sichergestellt, daß sich die rückseitige Öffnung im Sensormodul und damit der Zugang zur Druckmembran nicht zusetzt. Durch die geometrische Anordnung der Drucksensoröffnung wird der Absolutdruck unabhängig von dem dynamischen Druck gemessen. Die Drucksensoröffnung ist daher entgegengesetzt zur Strömungsrichtung ausgerichtet. Der dynamische Flüssigkeitsdruck, der zusätzlich von der Flüssigkeitsgeschwindigkeit und der Flüssigkeitstemperatur abhängig ist, kann davon unabhängig auch noch gemessen werden.
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Bevorzugt weist die Sensoranordnung mehrere Sensoren, insbesondere einen Drucksensor und einen Temperatursensor auf. Dabei sind die Sensoren bevorzugt benachbart zueinander in der Sensoranordnung außerhalb des Kontaktbereichs der Sensoranordnung angeordnet. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Sensoranordnung ein Multichipmodul auf, in dem mehrere Sensoren angeordnet oder ausgebildet sind, insbesondere ein Drucksensor und ein Temperatursensor. Die Sensoren sind in der Sensoranordnung bevorzugt mit Abstand von dem mit der Flüssigkeit durchströmten Bauteil angeordnet.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Kraftfahrzeugs mit der oben beschriebenen Sensoranordnung oder in der Verwendung der oben beschriebenen Sensoranordnung in einem Kraftfahrzeug.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:
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1: eine erfindungsgemäße Sensoranordnung in Explosionsdarstellung;
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2: eine Querschnittsansicht durch einen Teil der erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
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3: einen Teil der erfindungsgemäßen Sensoranordnung, der in das von der Flüssigkeit durchströmte Bauteil ragt;
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4: eine Draufsicht auf den geschnittenen oberen Teil der erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
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5: eine perspektivische Ansicht gemäß des oberen Teils der erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
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6: ein Leadframe der erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
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7: eine perspektivische Anordnung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsvariante;
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8: eine perspektivische Ansicht eines Teils der erfindungsgemäßen Sensoranordnung gemäß einer dritten Ausführungsvariante.
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In 1 ist die erfindungsgemäße Sensoranordnung in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Ganz links ist eine Ringdichtung 2 dargestellt, gefolgt von einem Flanschkörper 6, dessen vorderer Teil 3 als Kontaktbereich oder Durchströmungsteil bezeichnet wird, und einem hinteren Anschlußkörper 7. Der hintere Anschlußkörper 7 weist einen vorderen topfförmigen Bereich 15 und einen hinteren Anschlußbereich 16 auf, durch den die elektrischen Anschlüsse herausgeführt sind. In dem vorderen topfförmigen Bereich 15 ist ein Sensor, der hier als integriertes Sensormodul 8 ausgebildet ist, das auch als Multichipmodul bezeichnet wird, angeordnet. Das Sensormodul 8 ist auf Beinchen oder Stützen 14 erhöht montiert, so daß ein Ölfluß unterhalb des Chipmoduls 8 möglich ist. Innerhalb des Chipmoduls 8 ist ein Drucksensormodul 18 vorgesehen. Auf den Anschlußkörper 7 ist im vorderen Bereich der Flanschkörper 6 mit Hilfe eines Kunststoffkörpers gefügt. Im äußeren vorderen Bereich des Flanschkörpers 6 befindet sich eine Aufnahmenut 19, in die die Ringdichtung 2 eingelegt werden kann. Damit kann der vordere Bereich des Flanschkörpers 6, der den Kontaktbereich 3 ausbildet, gegen ein von der zu messenden Flüssigkeit durchströmtes Bauteil dichtend angeschraubt werden. Das Einschrauben erfolgt mit einem Gewinde 25. Die vordere Spitze des Kontaktbereiches 3 wird von einer Platte 4 und den unterhalb der Platte offen liegenden Enden der Kanäle 5 gebildet.
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Ein Querschnitt durch den Flanschkörper 6 mit dem Kontaktbereich 3 ist in 2 dargestellt. In diesem Querschnitt ist die obere Platte 4 zu erkennen, die an einen zentralen Träger 26 und mit etwas Abstand zu den nach oben offenen Kanälen 5 angeordnet ist. In dieser Querschnittsansicht sind zwei Kanäle 5 zu erkennen. Insgesamt sind bei dieser Ausführungsform vier Kanäle 5 vorgesehen, die jeweils unter 90 Grad zueinander angeordnet und nach oben offen sind und deren Öffnungen somit senkrecht zum Fluß oder zur Fließrichtung in dem von der Flüssigkeit durchströmten Bauteils angeordnet sind. Die Platte 4 schirmt die Öffnungen der Kanäle 5 gegen einen direkten Eintritt der Flüssigkeit unter Druck ab. Dadurch soll der Aufbau und die dadurch erfolgende Messung eines dynamischen Drucks weitestgehend vermieden werden.
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In 3 ist ein Teil der Sensoranordnung 1 im Einbauzustand in das von der Flüssigkeit durchströmte Bauteil 10, hier eine Rohrleitung, dargestellt. Durch die symmetrische Ausgestaltung der oberen Platte 4 und der vier darunter angeordneten Kanäle 5 ist die Einbauposition von untergeordneter Bedeutung. Unabhängig davon, wie weit die Sensoranordnung 1 in das Bauteil 10 eingeschraubt wird, sind immer ein oder zwei der Kanäle 5 in Fließrichtung ausgerichtet, so daß durch ein oder zwei Kanäle 5 Flüssigkeit, insbesondere Öl, in die Sensoranordnung hineinströmen und aus den übrigen zwei oder drei Kanälen wieder herausströmen und in das von der Flüssigkeit durchströmte Bauteil 10 zurückströmen kann.
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In 4 ist eine Draufsicht auf einen Schnitt durch den Kontaktbereich 3 des Flanschkörpers 6 gezeigt, so daß hier die vier symmetrisch angeordneten Kanäle 5, durch die die Flüssigkeit in die Sensoranordnung hinein- und hinausströmen kann, gut erkennbar sind. Der Kontaktbereich 3 wird auch als Durchströmungsteil bezeichnet.
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In 5 ist eine perspektivische Ansicht des Flanschkörpers 6 dargestellt, in dem auch die Dichtung 2 eingelegt ist. Der Kontaktbereich 3 weist außen ein Gewinde 25 auf. Oben auf den vier Kanälen 5 ist mit etwas Abstand der Deckel 4 angeordnet.
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In 6 ist ein Leadframe 11 zur Aufnahme der Elektronik dargestellt. Auf diesem Leadframe befindet sich das in 1 und in den folgenden Figuren dargestellte Sensormodul 8. Bemerkenswert ist hier die kreisförmige Ausnehmung 12, auf der die Druckzelle 18 zur Druck- und Temperaturmessung plaziert ist. Diese Druckzelle 18 hat eine rückseitige Meßöffnung, die genau oberhalb der Ausnehmung 12 liegt und auf diese Weise zugänglich ist.
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In 7 ist eine perspektivische Ansicht des Anschlußkörpers 7 (ohne Gehäuse) dargestellt, der auch das im Zusammenhang mit 6 beschriebene Sensormodul 8 mit Druckzelle 18 zeigt. Unterhalb der Druckzelle 18 ist eine Aussparung 20, wodurch eine verbesserte Umspülung des Sensormoduls 8 oder Multichipmoduls erreicht wird, so daß dadurch die Temperaturmessung optimiert wird. In dieser Ausführungsform ist ergänzend noch ein PTC-Widerstand 23 zur zusätzlichen Temperaturmessung benachbart zur Druckzelle 18 angeordnet.
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In 8 ist eine leicht abgewandelte Ausführungsform dargestellt, bei der der PTC-Widerstand, hier mit 22 bezeichnet, im Kontaktbereich 3 angeordnet ist und dort zur Temperaturmessung dient.
