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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von bekannten Vorrichtungen zur Bestimmung wenigstens
eines Parameters eines in einer Leitung in einer Hauptströmungsrichtung
strömenden fluiden Mediums. Derartige Vorrichtungen werden
beispielsweise eingesetzt, um Ansaugluftmassen einer Brennkraftmaschine
zu messen. Insbesondere werden derartige Vorrichtungen in Form von
Heißfilmluftmassenmessern eingesetzt. Es sind jedoch auch
andere Arten von Vorrichtungen zur Bestimmung anderer oder weiterer
Parameter denkbar, beispielsweise Temperaturfühler, Geschwindigkeitsmesser
oder ähnliche Messvorrichtungen, sowie andere Messprinzipien
als das genannte Heißfilmluftmassenmesserprinzip.
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Heißfilmluftmassenmesser
sind beispielsweise in
DE
102 53 970 A1 beschrieben. Dabei wird eine Vorrichtung
offenbart, welche ein Teil umfasst, welches mit einer vorbestimmten
Ausrichtung in Bezug auf eine Hauptströmungsrichtung in
eine vom strömenden Medium durchströmte Leitung
einbringbar ist. Dabei durchströmt ein Teilstrom des Mediums wenigstens
einen in dem Teil vorgesehenen Messkanal, in welchem ein Messelement
angeordnet ist. Zwischen Einlauf und Messelement weist der Messkanal
einen gekrümmten Abschnitt zur Umlenkung des durch den
Einlauf in den Messkanal eingetretenen Teilstroms des Mediums auf,
wobei der gekrümmte Abschnitt im weiteren Verlauf in einen
Abschnitt übergeht, in welchem das Messelement angeordnet
ist. Dabei ist im Messkanal ein Mittel vorgesehen, welches die Strömung
leitet und einer Ablösung der Strömung des Medienteilstroms
von den Kanalwänden des Messkanals entgegenwirkt. Weiterhin
ist der Eingangsbereich im Bereich der Öffnung, welche der
Hauptströmungsrichtung entgegenweist, mit schrägen
oder gekrümmten Flächen versehen, welche so gestaltet
sind, dass in den Eingangsbereich einströmendes Medium
von dem Teil des Messkanals, welcher zum Messelement führt,
weggelenkt wird. Dies bewirkt, dass im Medium enthaltene Flüssigkeits-
oder Festkörperteilchen aufgrund ihrer Massenträgheit
nicht zum Messelement gelangen und dieses verschmutzen können.
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Vorrichtungen,
wie beispielsweise die in der
DE 102 53 970 A1 gezeigte Vorrichtung, müssen
in der Praxis einer Vielzahl von Anforderungen und Randbedingungen
genügen. Diese Randbedingungen sind aus der Literatur weitgehend
bekannt und beispielsweise in
DE 102 53 970 A1 beschrieben. Neben dem Ziel,
einen Druckabfall an den Vorrichtungen insgesamt durch geeignete
strömungstechnische Ausgestaltung zu verringern, besteht
eine der hauptsächlichen Herausforderungen darin, die Signalqualität
derartiger Vorrichtungen weiter zu verbessern. Diese Signalqualität
bezieht sich insbesondere auf den Signalhub, welcher beispielsweise
durch einen Durchsatz des Mediums durch den zum Sensorelement führenden
Messkanal bestimmt wird, sowie gegebenenfalls auf die Verminderung
von Signaldrift und der Verbesserung des Signal-zu-Rauschverhältnisses.
Die beispielsweise in
DE
102 53 970 A1 beschriebene Ausgestaltung der Einlauföffnung
durch Flüssigkeits- und Staubpartikel abweisende Fläche dient
insbesondere dem genannten Zweck der Verbesserung der Signalqualität.
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Übliche,
kommerziell erhältliche Heißfilmluftmassenmesser
verfügen in der Regel über einen Bypasskanal,
welcher aufgrund seiner Form Staub- und Wasserteilchen vom Sensorchip
fernhalten. Im Bypassbereich wird unterhalb eines Umlenkzahns die Luft
zum Teil aufgestaut, das heißt ihre Geschwindigkeit wird
kleiner, so dass der statische Druck in diesem Bereich groß wird.
Andererseits liegt der Bypassauslass an der Außenseite
des Heißfilmluftmassenmessers in einer Region niederen
Drucks. Durch diese Druckdifferenz entsteht eine Strömung
durch den Bypass. Zur Erhöhung des Signalhubs und somit
zur Verbesserung des Signal-zu-Rauschverhältnisses kann
die äußere Form des Sensors und die Lage des Bypassauslasses
noch zusätzlich verbessert werden. Dies ist beispielsweise
in
DE 10 2006
045 656 A1 exemplarisch gezeigt, wobei dort durch eine
Optimierung des Profils eines Steckfühlers sowie durch eine
Optimierung der Positionierung der Auslassöffnungen eine
Druckdifferenz optimal ausgestaltet wird.
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Mit
der Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit im Einlauf des
Heißfilmluftmassenmessers geht jedoch in der Regel eine
Aufweitung der Stromlinien einher, was dazu führt, dass
die seitlichen Kanten des Einlaufs zum Teil von innen angeströmt
werden. Dies wiederum bedeutet, dass ein Staupunkt der Strömung
im Inneren des Einlaufs angeordnet ist. Dadurch muss die Strömung
die Einlaufnasen des Heißfilmluftmassenmessers umrunden,
um auf die Sensoraußenseite zu gelangen. Diese Umrundung der
Einlaufnasen führt jedoch dazu, dass sich im Bereich des
Einlaufs auf der Außenseite des Gehäuses des Heißfilmluftmassenmessers
Strömungsablösungen und Wirbel bilden. Diese Ablösungen
sind in der Regel instabil und instationär und erzeugen
daher ein zusätzliches Signalrauschen und eine Verschlechterung
der Signalreproduzierbarkeit. Auch bei Sensoren mit rechteckigem
Querschnitt stellt sich die Strömungstopologie ähnlich
dar. Auch hier besteht die Möglichkeit, dass sich Ablösungen
und resultierende Wirbel bilden, so dass hinsichtlich der Signalqualität ein
Verbesserungspotenzial besteht. Je nach Geometrie des Einlaufs kann
es auch vorkommen, dass die oben beschriebenen Effekte auch oder
nur bei einer Schräganströmung des Sensors auftreten.
Hierdurch verändert sich, je nach Anströmwinkel,
die Strömungstopologie um den Sensor. Damit verändern
sich auch die den Durchfluss dominierenden Druckeffekte, und das
Sensorsignal kann sich bei Änderungen in den Zuströmbedingungen
verändern. Dieses Phänomen wird auch als Anströmempfindlichkeit
bezeichnet.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
wird daher eine Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters
eines in einer Hauptströmungsrichtung strömenden
Mediums vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen
dieser Art zumindest weitgehend vermeidet. Insbesondere weist die
vorgeschlagene Vorrichtung eine erhöhte Signalreproduzierbarkeit
und ein vermindertes Signalrauschen auf. Auch die Anströmempfindlichkeit
ist gegenüber vielen bekannten Vorrichtungen dieser Art
stark vermindert.
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Die
Vorrichtung kann grundsätzlich zur Bestimmung einer Vielzahl
möglicher Parameter des strömenden fluiden Mediums
genutzt werden. Im Folgenden wird die Vorrichtung am Beispiel eines
Heißfilmluftmassenmessers zur Messung einer Ansaugluftmasse
einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei jedoch grundsätzlich
alternativ oder zusätzlich auch andere Parameter in Luft
oder in anderen fluiden, beispielsweise flüssigen oder
gasförmigen, Medien messbar sind.
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Die
vorgeschlagene Vorrichtung weist ein in vorgegebener Ausrichtung
zur Hauptströmungsrichtung in das strömende Medium
einbringbares Steckerteil mit einer Längserstreckungsachse
auf. Dieses Steckerteil kann beispielsweise als austauschbares Steckerteil
in ein Ansaugrohr oder eine andere Art von Strömungsrohr
eingebracht werden, beispielsweise durch eine entsprechende Aufnahme
in Form einer Öffnung. Alternativ kann die Vorrichtung selbst
auch einen Teil eines derartigen Strömungsrohrs, beispielsweise
ein Strömungsrohrsegment, beispielsweise mit rundem oder
polygonalem Querschnitt, umfassen, in welchem das Steckerteil fest oder
austauschbar integriert sein kann.
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Das
Steckerteil kann die entsprechenden Sensorvorrichtungen zur Messung
des mindestens einen Parameters umfassen. Wie unten näher
ausgeführt wird, können beispielsweise ein oder
mehrere Sensorchips in dem Steckerteil aufgenommen sein, um den
oder die Parameter zu messen, beispielsweise ein in einem Bypasskanal
aufgenommener Heißfilmluftmassenmesser-Sensorchip.
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Das
Steckerteil weist mindestens einen Einlauf auf, über welchen
das strömende fluide Medium ins Innere des Steckerteils
gelangen kann, und mindestens eine Auslassöffnung. Der
Einlauf und die Auslassöffnung sind über mindestens
einen Kanal verbunden. Wie unten am Beispiel eines Heißfilmluftmassenmessers
näher ausgeführt wird, können beispielsweise
auch mehrere Kanäle und/oder mehrere Öffnungen
vorgesehen sein, beispielsweise ein Hauptstromauslass und ein Bypassauslass
oder Messkanalauslass, wobei der Einlauf und der Hauptstromauslass über
einen Hauptkanal verbunden sind und wobei der Einlauf und der Bypass-
bzw. Messkanalauslass über einen Bypass- bzw. Messkanal
verbunden sind. Auch komplexere Geometrien sind möglich.
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Das
Steckerteil weist im Bereich des Einlaufs eine Seitenwand auf. Diese
Seitenwand kann sich beispielsweise im Wesentlichen parallel zu
der Längserstreckungsachse des Steckerteils erstrecken und
kann beispielsweise ein Bestandteil eines Gehäuses des
Steckerteils sein. Beispielsweise kann die Seitenwand ganz oder
teilweise aus einem Kunststoffhergestellt sein, beispielsweise einem
Glasfaser-gefüllten PBT.
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Zur
Vermeidung der oben beschriebenen Problematik der Ablösungsbildung
im Bereich des Einlaufs des Steckerteils wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
die Seitenwand im Bereich des Einlaufs auf ihrer Außenseite
mit einer Verdickung auszustatten. Unter einer „Verdickung” ist
dabei eine Geometrie zu verstehen, bei welcher die Seitenwand in
einer Schnittebene senkrecht zur Längserstreckungsachse
zunächst eine ansteigende Dicke aufweist, wobei die Dicke
ein Maximum durchläuft und schließlich wieder
absinkt. Auf diese Weise entsteht eine Kontur mit einer zusätzlichen „Beule” seitlich
auf dem Einlauf, welche dafür sorgt, dass die Strömungsumlenkung
des Teils der Strömung, der das Steckerteil überstreift,
kleiner wird und die Ablöseneigung dadurch deutlich verringert
wird. Beispielsweise kann das Steckerteil insgesamt eine äußere
Kontur aufweisen, beispielsweise betrachtet in einer Blickrichtung
parallel zur Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums.
Im Bereich der Verdickung überragt die Kontur dann die
Kontur in den übrigen Bereichen, steht also im Bereich
der Verdickung, insbesondere der Beule, über die restliche
Kontur heraus. Dadurch erfolgt eine Strömungsumlenkung über
einen größeren Radius. Unter dem Begriff „im
Bereich des Einlaufs” ist dabei eine Positionierung der
Verdickung zu verstehen, bei welcher sich das Maximum der Verdickung,
also die Stelle größter Wanddicke, um nicht mehr
als 30% der Gesamtlänge des Steckerteils in Hauptströmungsrichtung
hinter dem Einlauf befindet, beispielsweise um nicht mehr als 10
mm.
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Die
Verdickung kann insbesondere eine abgerundete Form aufweisen, also
eine Form mit stetig gekrümmter Kontur der Oberfläche
der Seitenwand in einer Schnittebene senkrecht zur Längserströmungsachse.
Dabei kann auch eine dem Einlauf zugewandte Vorderkante der Seitenwand
abgerundet ausgestaltet sein. Die Verdickung kann auf beiden Seiten,
also auf zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden
des Steckerteils oder insgesamt auf mehreren Seitenwänden
des Steckerteils im Bereich des Einlaufs ausgebildet sein oder lediglich
auf einer Seitenwand. Beispielsweise kann das Steckerteil in einer
Schnittebene senkrecht zur Längserstreckungsachse symmetrisch
ausgestaltet sein, beispielsweise zu einer Symmetrieachse senkrecht
zur Längserstreckungsachse. Auch asymmetrische Ausgestaltungen
sind jedoch grundsätzlich möglich, wie beispielsweise
eines oder mehrere der in
DE 10 2006 045 656 A1 beschriebenen Profile.
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Die
Verdickung kann insgesamt eine maximale Dicke im Bereich zwischen
0,3 und 2,5 mm, insbesondere zwischen 0,5 und 2 mm, aufweisen. In Hauptströmungsrichtung
kann die Verdickung eine Länge, das heißt eine
Längserstreckung, beispielsweise zwischen 3 und 15 mm aufweisen,
wobei jedoch auch andere Längen der Verdickung möglich sind.
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Die
Verdickung kann in einer Schnittebene senkrecht zur Längserstreckungsachse
verschiedene Profile aufweisen, welche derart geformt sind, dass
in einem Betriebsbereich der Vorrichtung im Wesentlichen keine Strömungsablösung
erfolgt. Unter dem Betriebsbereich sind dabei beispielsweise Parameter
des strömenden Mediums zu verstehen, wie beispielsweise
Viskosität, Geschwindigkeit, Reynolds-Zahl, Profil des
Steckerteils, Anstellwinkel oder Ähnliches. Sind diese
Parameter des Betriebsbereichs bekannt, so kann ein Fachmann die
Verdickung, beispielsweise anhand strömungsmechanischer
Simulationen, leicht derart gestalten, dass diese Bedingung des
Nichtauftretens der Strömungsablösung erfüllt
sind. Insbesondere kann die Verdickung derart ausgestaltet sein,
dass diese selbst eine Kontur eines Tragflächenprofils
oder eines Teils eines Tragflächenprofils aufweist, mit
einer zur Außenseite des Steckerteils hinweisenden Hochdruckseite. Dieses
Tragflächenprofil kann derart geformt sein, dass im Betriebsbereich
im Wesentlichen keine Strömungsablösung von dem
Tragflächenprofil erfolgt.
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Die
erfindungsgemäße Verdickung kann bei verschiedenen
Ausgestaltungen des Steckerteils verwendet werden. So kann beispielsweise
das Steckerteil selbst eine einstückig angeformte abgerundete
Anströmkante, welche bei eingestecktem Steckerteil der
Hauptströmungsrichtung entgegenweist, aufweisen, wie dies
beispielsweise bei kommerziell erhältlichen Heißfilmluftmassenmessern
der Robert Bosch GmbH, Deutschland, vom Typ HFM7-IP der Fall ist.
In diesem Fall kann der Einlauf beispielsweise in der einstückig
angeformten abgerundeten Anströmkante vorgesehen sein.
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Alternativ
kann das Steckerteil jedoch auch mehrteilig ausgebildet sein, beispielsweise
mit einer fest in einem Strömungsrohrsegment der Vorrichtung installierten
Anströmkante. Das Strömungsrohrsegment kann beispielsweise
eine Halterung aufweisen, in welcher der übrige Teil des
Steckerteils einbringbar ist, so dass, gemeinsam mit der fest installierten
abgerundeten Anströmkante, insgesamt das Steckerteil in
dem Strömungsrohrsegment entsteht. In diesem Fall kann
der Einlauf beispielsweise ganz oder teilweise in dem fest installierten
Teil, also in der fest installierten Anströmkante, vorgesehen
sein und/oder ganz oder teilweise in dem austauschbaren Teil des Steckerteils.
Dementsprechend kann auch die Verdickung beispielsweise in der fest
installierten Anströmkante installiert sein, und/oder,
wahlweise, in einer Seitenwand des austauschbaren Teils des Steckerteils.
Beispiele derartig zweiteiliger Steckerteile, mit einem fest installierten
Teil und einem austauschbaren Steckteil, sind kommerziell ohne die
erfindungsgemäße Verdickung beispielsweise von
der Robert Bosch GmbH, Deutschland, unter der Bezeichnung HFM6-ID
oder HFM7-ID erhältlich.
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Die
mindestens eine Auslassöffnung, beispielsweise mindestens
eine Bypassöffnung des Kanals, kann insbesondere stromabwärts
der Verdickung angeordnet sein. Auf diese Weise wird insbesondere
durch die Verdickung verhindert, dass sich Ablösungen und
Wirbel im Bereich dieser besonders empfindlichen Auslassöffnung,
beispielsweise des Bypassauslasses, bilden. Diese könnten
den Strömungsdurchsatz durch den Bypasskanal und damit die
Signalqualität beeinflussen, was durch die stromaufwärtige
Anordnung der Verdickung verhindert oder zumindest weitgehend vermieden
werden kann.
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Wie
oben beschrieben, kann das Steckerteil beispielsweise symmetrisch
in die Strömung eingebracht werden, das heißt
unter einem Anstellwinkel von Null Grad. Unter einem Anstellwinkel
ist dabei der Winkel zwischen einer Achse des Steckerteils in einer
Schnittebene senkrecht zur Längserstreckungsachse und der
Hauptströmungsrichtung zu verstehen. Alternativ kann das
Steckerteil jedoch auch unter einem von Null Grad verschiedenen
Anstellwinkel zur Hauptströmungsrichtung in das strömende
fluide Medium eingebracht oder einbringbar sein. Zu diesem Zweck
kann die Vorrichtung beispielsweise entsprechende Halterungen zur
Aufnahme des Steckerteils umfassen, beispielsweise eine Halterung,
in welcher der Anstellwinkel fest vorgegeben ist. Auch eine variable
Einstellbarkeit des Anstellwinkels über einen Anstellwinkelbereich
kann vorgegeben sein.
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Im
Idealfall bewirkt die Verdickung, dass die Strömungsablösung über
einen großen Anstellwinkelbereich vollständig
verschwindet. Die Verdickung bewirkt also eine hohe Flexibilität,
sowohl hinsichtlich des Querschnitts des Steckerteils als auch hinsichtlich
des Profils des Steckerteils in einer Schnittebene senkrecht zur
Längserstreckungsachse. So kann die Verdickung beispielsweise
bei Steckerteilen mit abgerundeter Anströmkante, wie oben beschrieben, eingesetzt
werden, als auch bei Steckerteilen mit einer nicht-abgerundeten
Anströmkante, wie beispielsweise Steckerteilen mit rechteckigem
Querschnitt in einer Schnittebene senkrecht zur Längserstreckungsachse.
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Insgesamt
bewirkt die vorgeschlagene Vorrichtung, dass sich Ablösungen
im Außenbereich des Steckerteils weitgehend vermeiden lassen.
Dies ist insbesondere bei Luftmassensensoren bei einer Anströmung
von vorn oder leichter Schräganströmung unter
einem Anstellwinkel von erheblichem Vorteil. Die Signalqualität
und die Signalreproduzierbarkeit der Signale der Vorrichtung lassen
sich dadurch erheblich verbessern.
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Weiterhin
erfolgt eine Stabilisierung der Strömungstopologie, welche
den Sensor insgesamt unempfindlich gegenüber Änderungen
in den Zuströmbedingungen macht. Hierdurch lasst sich die
Vorrichtung über einen weiten Betriebsbereich, beispielsweise
einen weiten Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten, Viskositäten,
Anstellwinkeln oder ähnlichen Betriebsbereichs-Variablen,
einsetzen, ohne dass innerhalb dieses Betriebsbereichs durch die Änderung
des Betriebsbereichs signifikante Veränderungen in der
Signalqualität auftreten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen
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1A ein
erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung in perspektivischer Darstellung;
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1B die
Vorrichtung gemäß 1A in Draufsicht;
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2A eine
Schnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A in 1B;
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2B eine
Detaildarstellung des in 2A mit
B bezeichneten Bereichs;
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3 eine
zu 2A alternative Ausführungsform mit rechteckigem
Querschnitt;
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4 ein
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Modifikation einer Vorrichtung gemäß 2A;
und
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5 ein
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Modifikation einer Vorrichtung gemäß 3.
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In
den 1A bis 3 sind verschiedene Ausführungsbeispiele
einer dem Stand der Technik entsprechenden Vorrichtung 110 zur
Messung eines Luftmassenstroms dargestellt. Wie oben beschrieben,
kann die Vorrichtung 110 grundsätzlich auch auf andere
Weise ausgestaltet sein, beispielsweise zur Messung anderer Parameter
als einer Luftmasse.
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In 1A ist
dabei eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung 110 gezeigt,
wohingegen in 1B eine Detaildarstellung der
Kanäle im Inneren der Vorrichtung 110 gezeigt
ist. Die 2A und 2B zeigen
Schnittdarstellungen in einer Schnittebene A-A in 1B.
Auf sämtliche Figuren wird in der folgenden Beschreibung
Bezug genommen.
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Die
Vorrichtung 110 ist als Steckfühler ausgestaltet
und umfasst ein Steckerteil 112, mit einer Längserstreckungsachse 114.
Das Steckerteil 112 weist ein Gehäuse 116 auf,
welches in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über
eine einstückig mit dem übrigen Steckerteil 112 verbundene
abgerundete Anströmkante 118 verfügt.
Diese Anströmkante 118 weist bei in das strömende
fluide Medium eingebrachtem Steckerteil einer Hauptströmungsrichtung 120 entgegen.
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In
dem Gehäuse 116, welches durch einen Elektronikraumdeckel 120 und
einen Messkanaldeckel 122 verschließbar ist, ist
ein Elektronikraum 124 und ein Kanalraum 126 eingebracht.
Das Steckerteil 112 verfügt über ein
Elektronikmodul 128, bei welchem eine Leiterplatte 130 mit
einer Ansteuer- und Auswerteelektronik 132 auf ein Bodenblech 134 aufgebracht
ist. Weiterhin ist an dem Bodenblech 134 ein Sensorträger 136 aus
Kunststoff angespritzt, in welchem ein Sensorchip 138 eingelassen
ist. Das Elektronikmodul 128 ist derart in dem Steckerteil 112 aufgenommen,
dass der Hauptbestandteil des Bodenblechs 134 mit der Leiterplatte 130 in
dem Elektronikraum 124 aufgenommen ist, während
der Sensorträger 136 mit dem Sensorchip 138 in
den Kanalraum 126 hineinragt. Der Sensorchip 138 kann
beispielsweise als Heißfilmluftmassenmesser-Sensorchip
ausgestaltet sein, mit einer Sensorchip-Messoberfläche,
auf welcher elektronische Strukturen, beispielsweise ein oder mehrere
Messwiderstände, ein oder mehrere Heizwiderstände
oder ähnliche Strukturen oder Kombinationen von Strukturen
angeordnet sein können. Die Ansteuer- und Auswerteelektronik 132 kann
für eine entsprechende vollständige oder teilweise
Ansteuerung dieses Sensorchips 138 sowie eine vollständige
oder teilweise Auswertung des Sensorchips 138 sorgen.
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In 1B ist
der Kanalraum 126 im Detail in Draufsicht von oben dargestellt.
Dabei ist zu erkennen, dass das Gehäuse 116 einen
Einlauf 140 in Form einer der Hauptströmungsrichtung 120 entgegenweisenden Öffnung
aufweist. Von diesem Einlauf 140 führt ein Hauptkanal 142 zu
einer Hauptauslassöffnung 144. Die Hauptauslassöffnung 144 ist
dabei in der Darstellung gemäß 1B in
einer Seitenwand auf der Rückseite des Steckerteils 112 angeordnet.
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Von
dem Hauptkanal 142 zweigt, unmittelbar hinter dem Einlauf 140,
an einem Umlenkzahn 146 ein Bypasskanal 148 ab,
welcher in einer Bypassauslassöffnung 150, ebenfalls
in der rückwärtigen Seitenwand des Steckerteils 112,
mündet. In diesen Bypasskanal 148 ragt der Sensorträger 136 aus
dem Elektronikraum 124 hinein, so dass der Sensorchip 138 von
dem durch den Bypasskanal 148 strömenden fluiden
Medium überströmt wird. Wie oben dargestellt,
wird die anströmende Luft im Bereich des Einlaufs 140 gestaut,
wohingegen im Bereich der Bypassauslassöffnung 150 aufgrund
der schnell vorbeiströmenden eine Region niederen Drucks
vorliegt. Durch diese Druckdifferenz wird die Strömung
durch den Bypasskanal 148 angetrieben.
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Die
technische Schwierigkeit der in den 1A und 1B gezeigten
Vorrichtung 110 soll am Beispiel der Schnittdarstellungen
in der Schnittebene A-A gemäß 1B in
den 2A und 2B verdeutlicht
werden. Dabei zeigt 2B eine vergrößerte
Darstellung des Bereichs B in 2A. Die Strömung
des fluiden Mediums, beispielsweise der Luft, ist in beiden Figuren
symbolisch mit der Bezugsziffer 152, welche die Stromlinien
kennzeichnet, bezeichnet.
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Dabei
ist zu erkennen, dass die Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit
im Bereich des Einlaufs 140 mit einer Aufweitung dieser
Stromlinien der Strömung 152 einhergeht. Dies
führt dazu, dass die seitlichen Kanten des Einlaufs 140,
welche durch Seitenwände 154 des Gehäuses 116 gebildet
werden, zum Teil von innen angeströmt werden. Dies wiederum
bedeutet jedoch, dass ein Staupunkt 156, welcher bei der
vergrößerten Darstellung in 2B erkennbar
ist, im Inneren des Einlaufs 140 angeordnet ist. Dadurch
muss die Strömung die Vorderkante 158 der Seitenwände 154 (auch
als „Einlaufnase” bezeichnet) umrunden, um auf
die Außenseite des Steckerteils 112 zu gelangen.
Dabei bilden sich Strömungsablösungen und Wirbel,
welche in den 2A und 2B symbolisch
mit der Bezugsziffer 160 bezeichnet sind. Diese Strömungsablösungen
und Wirbel 160 sind jedoch instabil, erzeugen zusätzliches Signalrauschen
und verschlechtern die Signalreproduzierbarkeit.
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Ähnlich
zu dem in den 1A bis 2B gezeigten
Fall mit abgerundeter Anströmkante 118 stellt
sich der Fall für Steckerteile mit nicht-abgerundeter Anströmkante 118 dar,
wie beispielsweise Steckerteilen 112 mit rechteckigem Querschnitt.
Ein Beispiel eines derartigen Steckerteils 112 ist in 3 gezeigt.
Während die Ausführungsbeispiele gemäß den 1A bis 2B beispielsweise
kommerziell erhältlichen Steckerteilen vom Typ HFM7-IP
entsprechen, entspricht die in Figur dargestellte Variante beispielsweise
dem Typ HFM7-ID.
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In
den 4 und 5 sind hingegen erfindungsgemäße
Modifikationen der Ausführungsformen gemäß den 1A bis 3 gezeigt.
Dabei zeigt 4 eine der Darstellung gemäß 2B entsprechende
Ausführungsform, wohingegen 5 eine erfindungsgemäße
Modifikation der Ausführungsform gemäß 3 zeigt.
Insofern kann für mögliche Details der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 110 weitgehend auf die obige Beschreibung verwiesen
werden. Wiederum sind Schnittdarstellungen in einer Schnittebene
senkrecht zur Längserstreckungsachse 114 des Steckerteils 112 gezeigt,
analog zu den 2B und 3.
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, seitlich auf die Seitenwände 154 des
Gehäuses 116 eine Verdickung 162 aufzubringen.
Diese Verdickung, welche auch als „angeformte Backe” bezeichnet
werden kann, sorgt dafür, dass die Strömungsumlenkung
des Teils der Strömung, der die äußere
Oberfläche des Gehäuses 116 überstreift,
kleiner wird und die Ablöseneigung deutlich geringer wird.
Im Idealfall verschwindet die Ablösung über einen
großen Anstellwinkelbereich völlig.
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Die
Verdickung 162 kann sowohl bei profilierten Steckerteilen 112,
mit abgerundeter Vorderkante 118, wie in 4 gezeigt,
als auch bei Steckerteilen 112 mit eher rechteckigem Querschnitt,
wie beispielsweise in 5 gezeigt, angewendet werden.
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Wie
insbesondere in 4 erkennbar ist, weist die Verdickung 162 eine
abgerundete Form mit einer abgerundeten Vorderkante 158 auf.
Die Verdickung weist eine maximale Dicke H gegenüber der übrigen
Seitenwand 154 auf, welche typischerweise im Bereich zwischen
0,5 und 2 mm liegt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 kann
diese Dicke beispielsweise zwischen 0,5 und 1,5 mm betragen, wohingegen
im Ausführungsbeispiel gemäß 5 Dicken
H im Bereich zwischen 0,5 und 2,0 mm bevorzugt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10253970
A1 [0002, 0003, 0003, 0003]
- - DE 102006045656 A1 [0004, 0013]