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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von bekannten Sensoranordnungen zur Bestimmung
wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung strömenden
fluiden Mediums. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise eingesetzt,
um Ansaugluftmassen einer Brennkraftmaschine zu messen. Insbesondere
werden derartige Vorrichtungen in Form von Heißfilmluftmassenmessem
eingesetzt. Es sind jedoch auch andere Arten von Vorrichtungen zur
Bestimmung anderer oder werterer 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. Dort 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 Einlass
und Messelement weist der Messkanal einen gekrümmten Abschnitt
zur Umlenkung des durch den Einlass 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.
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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.
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In
WO 2005/008189 A1 wird
ein Heißfilmluftmassenmesser-Steckfühler beschrieben,
welcher in ein Strömungsrohr eingebracht ist. Zur Vermeidung von
Strömungsablösungen wird dabei vorgeschlagen,
als Teil des Strömungsrohrs in Hauptströmungsrichtung
stromabwärts einer Ausscheidungsöffnung eine im
Wesentlichen parallel zu der mit der Ausscheidungsöffnung
versehenen Seitenwand des Steckfühlers ausgerichtete Strömungsleitwand
anzuordnen.
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Trotz
dieser strömungstechnischen Verbesserungen bekannter Vorrichtungen
hat es sich gezeigt, dass weiteres Verbesserungspotenzial hinsichtlich
der Signalreproduzierbarkeit besteht. Insbesondere weisen herkömmliche
Vorrichtungen in vielen Fällen noch eine Anströmempfindlichkeit
auf, welche auf Wirbel und unregelmäßig pulsierende
Strömungen zurückzuführen sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
wird dementsprechend eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens
eines Parameters eines in einer Hauptströmungsrichtung
strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen, welche die Nachteile
bekannter Vorrichtungen dieser Art zumindest weitgehend vermeidet
und eine verbesserte Signalqualität und Signalreproduzierbarkeit
aufweist.
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Die
Vorrichtung kann grundsätzlich ausgestaltet sein wie bekannte
Vorrichtungen dieser Art, so dass der mindestens eine Parameter
des fluiden Mediums, bei welchem es sich beispielsweise um ein Gas
oder eine Flüssigkeit handeln kann, grundsätzlich
einen beliebigen physikalischen und/oder chemischen Parameter, d.
h. eine Messgröße, dieses fluiden Mediums umfassen
kann. Insbesondere kann die Vorrichtung zur Erfassung einer Ansaugluftmasse im
Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine ausgestaltet sein, beispielsweise
nach einem der oben beschriebenen Heißfilmluftmassenmesser-Prinzipien.
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Die
Vorrichtung umfasst mindestens ein sich in einer Längserstreckungsrichtung
erstreckendes Steckerteil, welches in das fluide Medium eingebracht
ist oder einbringbar ist. Dieses Steckerteil kann beispielsweise
analog zu bekannten Steckerteilen für Heißfilmluftmassenmesser
ausgestaltet sein und kann beispielsweise fest in dem Strömungsrohr installiert
sein oder als austauschbares Steckerteil ausgestaltet sein. Die
Längserstreckungsachse kann beispielsweise bei dem in das
strömende fluide Medium eingebrachten Steckerteil im Wesentlichen senkrecht
zu einer Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums ausgerichtet
sein, also einer Richtung, in welcher in dem Strömungsrohr
der hauptsächliche Massentransport des fluiden Mediums
stattfindet.
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Das
Steckerteil weist mindestens eine Einlassöffnung und mindestens
eine Auslassöffnung sowie mindestens einen sich zwischen
der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstre ckenden,
von dem fluiden Medium durchströmbaren Kanal auf Beispielsweise
kann die Einlassöffnung an einer der Hauptströmungsrichtung
entgegenweisenden Anströmseite des Steckerteils angeordnet
sein. Die Auslassöffnung oder, wenn mehrere Auslassöfnungen
vorgesehen sind, mindestens eine dieser Auslassöffnungen,
ist in einer Seitenwand des Steckerteils angeordnet, also in einer
Wand eines Gehäuses des Steckerteils, welches sich im Wesentlichen
parallel zur Längserstreckungsachse des Steckerteils erstreckt
und vorzugsweise im Wesentlichen auch parallel zur Hauptströmungsrichtung.
Da diese Seitenwand von dem strömenden fluiden Medium mit hoher
Geschwindigkeit überströmt wird, herrscht somit
im Bereich dieser Auslassöffnung ein verringerter Druck,
wohingegen sich im Bereich der Einlassöffnung ein Staudruck
ausbildet. Diese Druckdifferenz treibt die Strömung des
fluiden Mediums durch den Kanal in dem Steckerteil an, so dass der
Durchsatz durch diesen Kanal gefördert wird, was sich positiv auf
den Signalhub und das Signal-zu-Rausch-Verhältnis auswirkt.
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In
dem von dem fluiden Medium durchströmbaren Kanal ist mindestens
ein Sensorelement zur Bestimmung des Parameters angeordnet. Bei
diesem Sensorelement kann es sich beispielsweise um einen Sensorchip
handeln, welcher in dem Kanal angeordnet ist. Beispielsweise kann
dieses Sensorelement gemäß bekannten Sensorelementen
für Heißfilmluftmassenmesser ausgestaltet sein
und kann beispielsweise eine Sensoroberfläche aufweisen,
auf welcher mindestens ein Sensor angeordnet ist. Beispielsweise
kann dieser mindestens eine Sensor mindestens einen Temperaturfühler,
mindestens einen Heizwiderstand oder andere Arten von Elementen
umfassen, welche für die Sensorfunktion zur Bestimmung
des Parameters erforderlich sind.
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Der
Kanal kann auch eine komplexere Kanalstruktur umfassen, wie beispielsweise
in der oben beschriebenen
DE
102 53 970 A1 dargestellt ist. So kann der mindestens eine
Kanal beispielsweise einen von einem Hauptkanal abzweigenden Bypasskanal
aufweisen, in welchem das Sensorelement angeordnet ist. Dementsprechend
können mehrere Auslassöffnungen vorgesehen sein,
beispielsweise eine Hauptauslassöffnung und eine Bypassauslassöfnung.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass sich in
vielen Fällen an der Seitenwand bzw. an den Seitenwänden
hinter der mindestens einen Auslassöffnung unvermeidlich
Ablösegebiete bilden. Diese Gebiete mit nicht anliegender Strömung
erzeugen Wirbel und eine unregelmäßig pulsierende
Strömung. Durch ein Ausströmen normal zur Seitenwand
des Steckerteils kann zudem der Sensornachlauf d. h. dass in der
Regel unvermeidliche Ablösegebiet hinter dem Sensor, sehr
groß und instabil werden, was ebenfalls eine Verschlechterung des
Signalrauschens und eine Verschlechterung der Reproduzierbarkeit
der Kennlinie zur Folge hat.
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Erfindungsgemäß wird
daher die Idee verfolgt, diese Ablösegebiete im Bereich
der mindestens einen Auslassöffnung räumlich zu
begrenzen, so dass die Ausbreitung dieser Ablösegebiete
zumindest reduziert wird. Dementsprechend wird vorgeschlagen, auf
der Seitenwand des Steckerteils zumindest abströmseitig
der Auslassöffnung mindestens einen sich von der Seitenwand
abhebenden Leitkanal vorzusehen, welcher einen Austausch von aus
der Auslassöffnung austretendem fluiden Medium mit fluiden
Medium aus der Umgebung des Steckerteils zumindest vermindert. Unter
einem Leitkanal ist dabei ein mit der Seitenwand des Steckerteils verbundener
Kanal zu verstehen, welcher zumindest in einer Dimension, d. h.
beispielsweise parallel zu einer aus der Hauptströmungsrichtung
und der Längserstreckungsachse gebildeten Ebene oder senkrecht zu
dieser Ebene, begrenzt ist. Der Leitkanal soll dabei vorzugsweise
von dem fluiden Medium, welches nicht durch den in dem Steckerteil
aufgenommenen Kanal strömt, sondern die Seitenwand umströmt, durchströmbar
sein. Damit wird nach wie vor der oben beschriebene geringe Druck
im Bereich der Auslassöffnung gewährleistet, welcher
den Durchsatz durch den Kanal in dem Steckerteil fördert.
Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Leitkanal eine der Hauptströmungsrichtung
entgegenweisende Eintrittsöffnung aufweisen, durch welche
das Steckerteil umströmende fluide Medium in diesen eintreten
kann. In dem Leitkanal treffen also der Strom, welcher aus der Auslassöffnung
austritt, mit dem Strom des Mediums, welcher das Steckerteil umströmt,
zusammen. Gleichzeitig begrenzt der Leitkanal jedoch die Ausbreitung
von Ablösegebieten in mindestens einer Dimension.
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Der
Leitkanal soll sich grundsätzlich stromabwärts
der Auslassöffnung erstrecken. Dabei kann der Beginn des
Leitkanals jedoch auch bereits stromaufwärts der Auslassöffnung
angeordnet sein oder auf Höhe der Auslassöffnung.
Besonders bevorzugt ist es, wenn sich der Leitkanal im Wesentlichen
von der Auslassöffnung bis hin zur Abströmseite
des Steckerteils erstreckt, so dass entlang der gesamten Strömungsstrecke
auf der Seitenwand stromabwärts der Auslassöffnung
die Wirkung des Leitkanals eintritt. Unter „im Wesentlichen” können
dabei auch leichte Abweichungen von einer vollständigen
Erstreckung toleriert werden, beispielsweise der Fall, in welchem
der Leitkanal bereits um 2 mm oder weniger vor der Abströmseite
des Steckerteils endet.
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Der
Leitkanal kann beispielsweise einen im Wesentlichen rechteckigen
Kanalquerschnitt aufweisen. Insbesondere kann der Leitkanal mindestens zwei
sich im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckungsachse
erstreckende Leitwände aufweisen, also Leitwände,
welche sich im Wesentlichen senkrecht von der Seitenwand abheben.
Diese Leitwände können beispielsweise aus demselben
Material hergestellt sein, aus welcher auch die Seitenwand hergestellt
ist, oder können aus einem unterschiedlichen Material hergestellt
sein. Beispielsweise können hier die Leitwände,
wie auch das Steckerteil selbst, aus einem Kunststoff hergestellt
sein, beispielsweise einem Glasfaser-gefüllten PBT.
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Die
Leitwände können beispielsweise eine Höhe
aufweisen, welche zwischen dem 0,2-fachen und dem 2-fachen des Durchmessers
der Auslassöffnung liegt, insbesondere zwischen dem 0,5-fachen und
dem 1,2-fachen. ist die Auslassöffnung nicht von runder
Gestalt, so ist unter dem „Durchmesser” analog
eine laterale Ausdehnung dieser Auslassöffnung zu verstehen,
beispielsweise eine Kantenlänge einer rechteckigen Auslassöffnung.
Die genannten Dimensionierungen der Höhe, um welche sich
die Leitwände von der Seitenwand abheben, haben sich in
Strömungssimulationen als geeignet erwiesen, um die Ablösegebiete
räumlich zu begrenzen.
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Sind
mehrere Auslassöffnungen in derselben Seitenwand des Steckerteils
vorgesehen, so können diese insbesondere entlang der Längserstreckungsachse
nebeneinander, gegebenenfalls in Hauptströmungsrichtung
leicht gegeneinander versetzt, angeordnet sein. Sind mehrere Auslassöffnungen
in derselben Seitenwand vorgesehen, so ist es besonders bevorzugt,
wenn diese Leitkanäle eine gemeinsame Leitwand aufweisen.
Diese gemeinsame Leitwand kann beispielsweise die beiden Auslassöffnungen
voneinander trennen.
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Allgemein
sei jedoch darauf hingewiesen, dass, wenn mehrere Auslassöffnungen
vorgesehen sind, nicht notwendigerweise alle dieser Auslassöffnungen
mit einem Leitkanal versehen sein müssen, sondern lediglich
mindestens eine dieser Auslassöffnungen. So ist es besonders
bevorzugt, wenn der Kanal einen Messkanal oder Bypasskanal aufweist, in
welchem das mindestens eine Sensorelement angeordnet ist, wobei
die Auslassöffnung dieses Messkanals oder Bypasskanals
mit einem Leitkanal versehen ist. Alternativ oder zusätzlich
könnte jedoch auch beispielsweise eine Auslassöffnung
eines Hauptkanals mit einem derartigen Leitkanal versehen sein.
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Wie
oben dargestellt, soll der Leitkanal eine Ausdehnung der Ablösegebiete
in mindestens einer Dimension verhindern, also beispielsweise in
einer durch die Hauptströmungsrichtung und die Längserstreckungsrichtung
gebildeten Ebene oder senkrecht zu dieser. Während die
genannten Leitwände eine Ausdehnung in der genannten Ebene
zumindest erschweren, besteht alternativ oder zusätzlich
hierzu die Möglichkeit, auch eine Ausdehnung senkrecht
zu dieser Ebene zumindest zu erschweren. Dementsprechend kann der
Leitkanal mindestens ein sich im Wesentlichen parallel zur Längserstreckungsachse erstreckendes
Leitblech aufweisen. Unter einem „Leitblech” ist
dabei ein im Wesentlichen flaches, längliches Element zu
verstehen, welches strömungsleitende Eigenschaften aufweist.
Dieses Leitblech kann grundsätzlich aus beliebigem Material hergestellt
sein, beispielsweise wiederum aus Kunststoff und/oder aus Metall
Dieses Leitblech kann sich im Wesentlichen parallel zur Längserstreckungsachse
ausdehnen, wobei unter „im Wesentlichen parallel” auch
Abweichungen von der Parallelität toleriert werden können,
beispielsweise Abweichungen von einer Parallelität zur Längserstreckungsachse
um nicht mehr als 30°, vorzugsweise um nicht mehr als 20°.
Das Leitblech kann sich dementsprechend beispielsweise im Wesentlichen
senkrecht zu dem aus der Auslassöffnung austretenden Strom
des fluiden Mediums erstrecken. In Draufsicht kann das Leitblech
die Auslassöffnung beispielsweise ganz oder teilweise in
Hauptströmungsrichtung und/oder senkrecht zur Hauptströmungsrichtung überdecken.
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Das
Leitblech kann gegenüber dem Steckerteil auch geneigt sein,
beispielsweise gegenüber der Seitenwand des Steckerteils.
Dementsprechend kann das Leitblech derart geneigt sein, dass dem strömenden
fluiden Medium durch das Leitblech eine Geschwindigkeitskomponente
hin zum Steckerteil, also hin zur Seitenwand des Steckerteils, übertragen wird.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Leitblech unter
einem Winkel gegenüber der Seitenwand geneigt ist und/oder
in einem Winkel gegenüber der Hauptströmungsrichtung.
Auf diese Weise wird der oben beschriebene Effekt der räumlichen
Eingrenzung der Ablösegebiete zusätzlich gefördert,
da Ablösegebiete hin zur Seitenwand des Steckerteils gedrängt
werden.
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Das
Leitblech muss sich nicht notwendigerweise vollständig über
den Leitkanal erstrecken. Wie oben dargestellt, kann das Leitblech
beispielsweise in Draufsicht die mindestens eine Auslassöffnung ganz
oder teilweise überdecken. Besonders bevorzugt ist es,
wenn das Leitblech eine Ausdehnung in Hauptströmungsrichtung
aufweist, welche zwischen dem 0,3-fachen und dem 10-fachen des Durchmessers
der Auslassöffnung liegt, insbesondere zwischen dem 1-fachen
und dem 5-fachen. Alternativ oder zusätzlich kann das Leitblech
den Leitkanal auch im Wesentlichen auf seiner gesamten Länge abdecken.
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Die
vorgeschlagene Vorrichtung weist gegenüber bekannten Vorrichtungen
dieser Art eine Vielzahl von Vorteilen auf So kann eine strömungsoptimierte
Formgebung mit einer hohen Reproduzierbarkeit zur Erfassung des
Parameters, beispielsweise des Luftmassenstroms, kombiniert werden.
Weiterhin lässt sich durch den Leitkanal die Abgleichgenauigkeit
steigern, indem Empfindlichkeiten gegenüber Montagetoleranzen
verringert werden.
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Durch
den Leitkanal lässt sich die Anströmempfindlichkeit
für das Messsignal deutlich reduzieren. Zusätzlich
wird der Nachlauf, d. h. die abgelöste Strömung
stromabwärts des Steckerteils, verkleinert, da der Strom
des fluiden Mediums, welcher aus der Auslassöffnung (beispielsweise
dem Bypassauslass) austritt, sich in mindestens einer Dimension,
beispielsweise seitlich, nur begrenzt vom Steckerteil entfernen
kann. Der Nachlauf wird somit kompakter, stabiler und tritt weniger
in Wechselwirkung mit dem Rest der Strömung.
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Weiterhin
kann der Strömungskanal genutzt werden, um den Bereich
um die Auslassöffnung, insbesondere einen Auslass eines
Messkanals oder Bypasskanals vor Unregelmäßigkeiten
in der Strömung an einem Ende des Steckerteils zu nutzen.
Beispielsweise können an einem Ende des Steckerteils so
genannte Winglets vorgesehen seien, entlang derer besondere Strömungsverhältnisse
herrschen. Die Strömung in dem Leitkanal kann jedoch durch
die Ausgestaltung des Leitkanals bestimmt werden und von den Strömungsparametern
entlang des Endes des Steckerteils abgeschirmt werden. Dadurch wird
der Durchsatz durch den mindestens einen Kanal in dem Steckerteil
weniger von den Strömungsrandbedingungen rund um das Steckerteil
als vielmehr durch den Druck und die Geschwindigkeit vor und hinter dem
entstandenen Leitkanal bestimmt. Die Strömung durch den
Leitkanal und damit auch der Durchsatz durch den in dem Steckerteil
aufgenommenen Kanal, beispielsweise den Bypasskanal, wird somit
unabhängiger von der Außenströmung. Die
gesamte Vorrichtung und deren Messsignal wird somit weniger anströmempfindlich
und reagiert schwacher auf Änderungen der Strömungsrandbedingungen,
wie beispielsweise Geschwindigkeitsprofile oder ähnliches.
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Insgesamt
lassen sich durch die erfindungsgemäße Verwendung
des Leitkanals, insbesondere mit den sich senkrecht zur Längserstreckungsachse erstreckenden
Leitwänden und/oder den sich parallel zur Längserstreckungsachse
erstreckenden Leitblechen, die beschriebenen Ablösegebiete
verkleinern und die Signalqualität verbessern. Dies kann
gezielt in den betroffenen Regionen hinter der mindestens einen
Auslassöffnung, beispielsweise einer Messkanal oder Bypass-Auslassöffnung,
erfolgen. Damit kann die Größe der Ablösegebiete
hinter dieser Auslassöffnung und/oder hinter anderen Auslassöffnungen,
beispielsweise einem Hauptstromauslass reduziert werden. Der Luftstrom,
welcher aus dem Auslass, beispielsweise einem Hautstromauslass und/oder
einem Bypassauslass austritt, kann durch das Leitblech zum Steckerteil
hin gebogen werden. Dadurch wird zusätzlich eine Verkleinerung
des Ablösegebiets unmittelbar hinter dem Auslass bewirkt, wodurch
der Nachlauf kleiner, kompakter und stabiler wird. Der Hauptvorteil
der Funktionsverbesserung durch die Erfindung besteht somit insbesondere
in einer Funktionsverbesserung, ohne eine Beeinträchtigung
anderer Funktionen.
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Durch
die Strömungsleitbleche, welche beispielsweise auf die
aufrecht stehenden Leitwände aufgesetzt werden können,
kann die Strömung verlustarm umgeleitet werden. Die Länge
der Bleche in Strömungsrichtung kann dabei gezielt an die
lokalen Strömungsbedingungen angepasst werden, ebenso wie
der Abstand dieser Leitbleche über der Seitenwand. Beispielsweise
können diese Dimensionen durch die Ausströmgeschwindigkeit
und/oder die Strahlbreite vorgegeben sein. Die Maßnahme
der Leitkanäle kann additiv zu anderen turbulenzverringemden
Maßnahmen, wie beispielsweise zusätzlichen Leitblechen,
Profilveränderungen oder ähnlichem angewandt werden.
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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 eine
Draufsicht auf ein Steckerteil einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Verdeutlichung von Ablösegebieten hinter
den Auslassöffnungen;
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1B eine
Strömungssimulation eines Querschnitts des Steckerteils
gemäß 1A;
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2 ein
erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
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3A und 3B ein
zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung in verschiedenen Darstellungen;
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4 ein
drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
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5A und 5B ein
viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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In 1A ist
eine Vorrichtung (110) zur Bestimmung eines Parameters
eines in einer Hauptströmungsrichtung (112) strömenden
fluiden Mediums dargestellt Anhand dieser Darstellung soll die Problematik
bekannter Vorrichtungen (110) dieser Art dargestellt werden.
Bei der dargestellten Vorrichtung (110) handelt es sich
beispielsweise um einen Heißfilmluftmassenmesser, mit einem
Steckerteil (114), welches in das strömende fluide
Medium eingebracht werden kann, beispielsweise in ein Strömungsrohr. Das
Steckerteil (114) weist eine Einlassöffnung (116) auf,
welche in einer Anströmseite (118) des Steckerteils
(114) vorgesehen ist und der Hauptströmungsrichtung
(112) entgegenweist. Von dieser Einlassöffnung
(116) aus erstrecken sich durch das Steckerteil (114)
zwei in 1A nicht erkennbare Kanäle,
welche jeweils in Auslassöffnungen (120, 122)
münden. Dabei stellt die Öffnung (120)
einen Messkanalauslass dar, welcher mit der Einlassöffnung
(116) über einen Messkanal (in 1A nicht
erkennbar) verbunden ist. In diesem Messkanal ist beispielsweise ein,
ebenfalls in 1A nicht erkennbarer, Sensorchip
angeordnet, welcher der Messung des mindestens einen Parameters,
beispielsweise des Massenstroms einer Ansaugluftmasse, dient. Der
Hauptstromauslass (122) ist hingegen mit der Einlassöffnung
(116) über einen Hauptkanal verbunden. Bei der
Auslassöffnung (120, 122) sind in einer
Seitenwand (124) des Steckerteils (114) angeordnet,
welche die Anströmseite (118) mit einer Abströmseite (126)
verbindet. Dabei ist in dem dargestellten Beispiel die Anordnung
dieser Auslassöffnungen (120, 122) derart,
dass diese Auslassöffnungen (120, 122) untereinander
entlang einer Längserstreckungsachse (128) des
Steckerteils (114) angeordnet sind.
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Der
Durchsatz durch die Kanäle, welche die Auslassöffnungen
(120, 122) mit der Einlassöffnung (116)
verbinden, werden im Wesentlichen durch die Druckverhältnisse
an diesen Auslassöffnungen (120, 122)
bestimmt. Besonders kritisch sind dabei die Druckverhältnisse
am Messkanalauslass (120).
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In 1B ist
eine Strömungssimulation eines Steckerteils (114)
gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1A schematisch
gezeigt. Die Darstellung zeigt eine Schnittebene senkrecht zur Zeichenebene in 1A,
wobei die Schnittebene dabei durch den Hauptstromauslass (122)
gewählt wurde. Die Strömungsverhältnisse,
welche in 1B symbolisch durch Strömungslinien
(130) gezeigt sind, sind jedoch bei einer Wahl der Schnittebene
durch den Messkanalauslass (120) im Wesentlichen ähnlich.
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In 1B lässt
sich, wie auch in 1A angedeutet, erkennen, dass
sich stromabwärts der Auslassöffnungen (120, 122)
Ablösegebiete (132) bilden. In diesen Gebieten
mit nicht anliegender Strömung bilden sich Wirbel und eine
unregelmäßig pulsierende Strömung. Dies
ist im Wesentlichen dadurch bedingt, dass das fluide Medium im Wesentlichen
senkrecht zur Seitenwand (124) aus den Auslassöffnungen
(120, 122) ausströmt.
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Wie
oben dargestellt, besteht ein Grundgedanke der Erfindung darin,
diese Ablösegebiete (132) räumlich zu
begrenzen und eine Ausbreitung dieser Ablösegebiete (132)
zumindest zu vermindern. In 2 ist dementsprechend
ein erstes Ausfühungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung (110) dargestellt, welches dies bewerkstelligt.
Die Vorrichtung (110) umfasst wiederum, analog zur 1A,
ein Steckerteil (114), mit einer Längserstreckungsachse
(128), welches derart in das strömende fluide
Medium eingebracht werden kann, dass eine Einlassöffnung
(116) in einer Anströmseite (118) der Hauptströmungsrichtung
(112) entgegenweist. Wiederum sind, analog zu 1A,
zwei Auslassöffnungen (120, 122) vorgesehen,
welche in einer Seitenwand (124) des Steckerteils (114)
angeordnet sind. Für die weiteren Ausgestaltungen kann
beispielhaft auf die Beschreibung der 1A verwiesen
werden.
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Im
Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1A erstreckt
sich jedoch bei dem Ausführungsbeispiel in 2 von
den Auslassöffnungen (120, 122) an jeweils
ein Leitkanal (134) in stromabwärtiger Richtung.
Beispielsweise erstreckt sich dieser Leitkanal (134) bis
hin zur Abströmseite (126). Die Leitkanäle
(134) erstrecken sich von der Seitenwand (124) aus
in die Strömung des fluiden Mediums hinein und werden dabei
in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
durch Leitwände (136) gebildet. Die am Ende (138)
des Steckerteils (114) angeordnete Leitwand (136)
ist dabei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zumindest
teilidentisch mit einem Winglet (140), welches, analog
zu Flugzeugtragflächen, Turbulenzen durch einen Strömungsausgleich
an diesem Ende (138) verhindern soll. Auch andere Ausges taltungen
sind jedoch möglich, beispielsweise Ausgestaltungen ohne
Winglet (140), Ausgestaltungen mit zusätzlichen
Leitwänden (136) oder Ausgestaltungen, bei welchen
lediglich eine der Auslassöffnungen (120, 122),
beispielsweise der Messkanalauslass (120), mit einem Leitkanal
(134) versehen ist.
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Der
Leitkanal (134) verhindert oder vermindert einen Fluidaustausch
zwischen den in der Regel unvermeidlichen Ablösegebieten
(132) stromabwärts der Auslassöffnungen
(120, 122), welche in 2 nicht
eingezeichnet sind, und dem umgebenden fluiden Medium. Durch die
Ausgestaltung gemäß 2, in welcher
die Leitkanäle (134) lediglich durch die Leitwände
(136) gebildet werden, welche nicht abgedeckt sind, wird
dabei im Wesentlichen ein Austausch in einer durch die Längserstreckungsachse (128)
und die Hauptströmungsrichtung (112) gebildeten
Ebene verhindert.
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Die
Leitkanäle (134) haben dabei in dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel im Wesentlichen einen rechteckigen
Querschnitt, d. h. einen rechteckigen Querschnitt in einer Schnittebene
senkrecht zu der durch die Längserstreckungsachse (128)
und die Hauptströmungsrichtung (112) gebildeten
Achse. Auch andere Querschnitte sind jedoch grundsätzlich
möglich. Weiterhin sind die Leitkanäle (134)
nach vorne, d. h. entgegen der Hauptströmungsrichtung (112),
geöffnet, so dass fluides Medium, welches um die Seitenwände
(124) des Steckerteils (114) herumströmt,
Zutritt zu den Auslassöffnungen (120, 122)
hat. Hierdurch werden, wie oben beschrieben, die Strömungsverhältnisse
im Bereich der Auslassöffnung (120, 122)
somit nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt, so dass
nach wie vor durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit
im Bereich dieser Auslassöffnungen (120, 122)
ein Durchsatz durch den mindestens einen Kanal in dem Steckerteil (114),
beispielsweise den Messkanal und/oder den Hauptstromkanal, gefördert
wird.
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Insgesamt
bewirken die Leitkanäle also, dass die freie Kanalströmung
nicht oder nur unwesentlich von Strömungsparametern entlang,
beispielsweise des Winglets (140) bestimmt werden, so dass
der Durchsatz durch die Kanäle innerhalb des Steckerteils
(114) weniger von den Strömungsrandbedingungen
rund um das Steckerteil (114) als vielmehr durch den Druck
und die Geschwindigkeit vor und hinter dem Kanal bestimmt wird.
Die Strömung durch den Kanal und damit auch der Durchsatz
durch den gesamten Kanal wird somit unabhängiger von der
Außenströmung, und die gesamte Vorrichtung (110)
wird weniger anströmempfindlich und reagiert schwacher
auf Änderungen der Strömungsrandbedingungen.
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In
den 3A und 3B ist
ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung (110) dargestellt. Dabei zeigt 3A eine perspektivische
Darstellung in einer Blickrichtung in Hauptströmungsrichtung
(112), also in Blickrichtung auf eine Anströmkante
(118). Deutlich ist dabei die Einlassöffnung (116)
zu erkennen. 3B zeigt dieselbe Vorrichtung (110)
in einer zu 2 analogen Darstellung, in Draufsicht
auf die Seitenwand (114). Bezüglich der Einzelheiten
und möglichen Ausgestaltungen der Vorrichtungen (110)
gemäß den 3A und 3B kann
weitgehend auf die 2 und deren Beschreibung verwiesen
werden.
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Wiederum
sind hinter den Auslassöffnungen (120, 122)
Leitkanäle (134) vorgesehen, welche sich beispielsweise
wiederum bis hin zur Abströmseite (126) erstrecken
können. Dabei wird, analog zur 2, der Leitkanal
(134) des Hauptstromauslasses (122) teilweise
begrenzt durch das Winglet (140) am Ende (138)
des Steckerteils.
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Im
Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist
jedoch der Austausch des fluiden Mediums in dem Leitkanal (134),
welcher dem Messkanalauslass (122) zugeordnet ist, nicht
nur in einer Ebene parallel zur Hauptströmungsrichtung
(112) und zur Längserstreckungsachse (128)
durch die Leitwände (136) begrenzt, sondern es
ist zusätzlich ein Leitblech (142) vorgesehen,
welches diesen Leitkanal (134) abdeckt. Wie in 3A erkennbar,
weist auch nach dieser Abdeckung durch das Leitblech (142)
der Leitkanal (134) des Messkanalauslasses (120)
einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf und ist nach
vorne, d. h. entgegen der Hauptströmungsrichtung (112),
offen und kann von fluidem Medium durchströmt werden.
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Durch
diese Abdeckung des Leitkanals (134) um den Messkanalauslass
(120) herum entsteht ein Leitkanal (134), der
die Anströmempfindlichkeit für das Messsignal
reduziert. Zusätzlich wird der Nachlauf d. h. die abgelöste
Strömung stromabwärts der Vorrichtung (110),
verkleinert, da der Strom des fluiden Mediums, welcher aus dem Messkanal
austritt, sich seitlich nicht wert von dem Steckerteil (114), bzw.
dessen Seitenwand (124) entfernen kann. Der Nachlauf wird
somit kompakter, stabiler und tritt weniger in Wechselwirkung mit
dem Rest der Strömung.
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Bei
dem in den 3A und 3B dargestellten
Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Leitblech (142)
im Wesentlichen über die gesamte Länge des Leitkanals
(134). Dies ist jedoch nicht notwendigerweise erforderlich.
So ist in 4 ein drittes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (110)
in Teildarstellung mit Draufsicht auf die Seitenwand (124)
gezeigt. Dabei ist lediglich ein Teil dieser Seitenwand (124)
dargestellt Für die übrigen Bestandteile der Vorrichtung
(110) kann beispielsweise auf die obigen Figuren verwiesen
werden. Wiederum weist die Vorrichtung (110) in der Seitenwand (124)
die beiden Auslassöffnungen (120, 122)
auf Dabei ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel wiederum
hinter dem Hauptstromauslass (122) ein Leitkanal (134)
vorgesehen, mit Leitwänden (136), welche sich
wiederum beispielsweise bis hin zur Abströmseite (126)
erstrecken. Dabei beginnt die obere Leitwand (136) bereits
auf Höhe des darüberliegenden Messkanalauslasses
(120).
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Wiederum
ist der Leitkanal (134), in diesem Beispiel der dem Hauptstromauslass
(122) zugeordnete Leitkanal (134), durch ein Leitblech
(142) abgedeckt. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel
gemäß den 3A und 3B erstreckt
sich dieses Leitblech (142) jedoch nicht vollständig über
die Längserstreckung des Leitkanals (134), sondern deckt
lediglich einen Abschnitt ab, welcher stromabwärts des
Hauptstromauslasses (122) angeordnet ist. Beispielsweise
kann der Abschnitt abgedeckt werden, in welchem sich erfahrungsgemäß oder
aufgrund von Berechnungen oder Strömungssimulationen das
Ablösegebiet (132) hinter dem Hauptstromauslass
(122) bildet. Das Leitblech (142) kann beispielsweise
als Kunststoff- und/oder Metall-Leitblech, beispielsweise in Form
eines Leitblechflügels auf die aufrecht stehenden Leitwänden
(136) aufgebracht werden und mit diesen beispielsweise
verklebt oder auf andere Weise verbunden werden. Auf diese Weise
ist das Leitblech (142) in die Strömung gesetzt,
um diese Strömung verlustärmer zu leiten oder umzuleiten.
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Das
Leitblech (142) kann, wie auch die Leitwände (136),
im Wesentlichen die Funktion der räumlichen Begrenzung
der Ablösegebiete (132) haben. Um diese Funktion
und allgemein die Funktion des Leitkanals (134) weiter
zu verbessern, kann das Leitblech (142) ausgestaltet sein,
um dem durch den Leitkanal (134) strömenden fluiden
Medium eine Geschwindigkeitskomponente hin zur Seitenwand (124) des
Steckerteils (114) zu verleihen. Dies kann bei dem Ausführungsbeispiel
in 4 realisiert werden oder bei einem weiteren, in
den 5A und 5B dargestellten
Ausführungsbeispiel.
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Dabei
zeigt 5A einen Ausschnitt aus einem
Steckerteil (114) der Vorrichtung (110) mit Blickrichtung
entgegen der Hauptströmungsrichtung (112), also
mit Blickrichtung auf die Abströmseite (126),
in die Leitkanäle (134), hinein. 5B zeigt analog
zu 4 eine Draufsicht auf die Seitenwand (124).
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Dabei
ist zu erkennen, dass in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 5A und 5B wiederum
jeder Auslassöffnung (120, 122) Leitkanäle (134)
zugeordnet sind, welche sich wiederum bis hin zur Abströmseite
(126) erstrecken. Unmittelbar hinter den Auslassöffnungen
(120, 122), sind wiederum Leitbleche (142)
auf die Leitwände (136) der Leitkanäle
(134) aufgebracht. Diese Leitbleche (142) sind dabei
zueinander versetzt, so dass das Leitblech (142), welches
dem Messkanalauslass (120) zugeordnet ist, stromaufwärts
des Leitblechs (142), welches dem Hauptstromauslass (122)
zugeordnet ist, angeordnet ist. Auch andere Anordnungen sind jedoch
grundsätzlich möglich. Wie oben beschrieben, kann
die Anordnung dieser Leitbleche (142) und deren Länge
an die lokalen Strömungsbedingungen angepasst werden, ebenso
wie der Abstand dieser Leitbleche (142) vom Boden der Leitkanäle
(134) bzw. von den Seitenwänden (124).
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Wie
insbesondere in 5A erkennbar ist, weisen die
Leitbleche (142) dabei eine leichte Krümmung auf
Insbesondere dass dem Hauptstromauslass (122) zugeordnete
untere Leitblech (142) kann derart gekrümmt sein,
dass dieses, wie oben dargestellt, dem durch den Leitkanal (134)
strömenden fluiden Medium eine Geschwindigkeitskomponente
hin zur Seitenwand (124) des Steckerteils (114)
verleiht. Auf diese Weise kann die räumliche Ausbreitung
der Ablösegebiete (132) zusätzlich vermindert
werden und so die Signalqualität verbessert werden.
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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, 0011]
- - WO 2005/008189 A1 [0004]