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Die
Erfindung betrifft ein Sensorbauteil, umfassend einen Bauteilabschnitt
mit einer Bauteilwandung und wenigstens einem Sensorabschnitt zur Aufnahme
eines Sensors mit einer Sensorwandung, wobei die Bauteilwandung
eine Bauteilwandungsstärke und die Sensorwandung eine Sensorwandungsstärke
aufweist.
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Im
Stand der Technik werden verschiedene Arten von Sensoren, beispielsweise
Temperatursensoren, verwandt, die physikalische Eigenschaften eines
Mediums, beispielsweise einer Flüssigkeit oder eines Gases,
erfassen. Das Medium, dessen physikalische Eigenschaften, beispielsweise
die Temperatur, sensiert werden sollen, wird beispielsweise in einem
Leitungssystem geführt oder in einem Behälter wie
beispielsweise einem Tank aufbewahrt.
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Bislang
waren die Sensoren zu einer schnellen Erfassung der physikalischen
Größen, beispielsweise der Temperatur, auf der
Seite der Durchführung angeordnet, die nahe dem Medium,
das heißt nahe der Flüssigkeit beziehungsweise
des Gases liegt.
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Ein
Sensor, der derart angeordnet ist, ist dem Medium, das heißt
der Flüssigkeit beziehungsweise dem Gas ausgesetzt. Handelt
es sich um ein System, in dem ein gewisser Druck aufgebaut wird,
so sind die Sensoren auch den Drücken ausgesetzt. Eine derartige
Anordnung ist insbesondere problematisch, wenn es sich bei den Medien
um aggressive Medien, beispielsweise Säuren, handelt und/oder
hohe Drücke in den Systemen herrschen. In solchen Fällen müssen
bei einer sogenannten medienseitigen Anordnung der Sensoren auf
der Durchführung teure Spezialsensoren eingesetzt werden.
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Ein
weiterer Nachteil von medienseitig angeordneten Sensoren ist darin
zu sehen, dass bei Defekten derartig angeordnete Sensoren nur schwer oder
gar nicht zugänglich sind. Auch ein Kalibrieren ist nur
mit hohem Aufwand möglich.
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Alternativ
zu einer medienseitigen Anordnung der Sensoren können Sensoren,
beispielsweise Temperatursensoren, auch an der Außenwand
eines Gefässes, beispielsweise einem Tank oder einer Leitung
angeordnet werden.
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Bei
einer Anordnung außerhalb des Mediums ergibt sich jedoch
das Problem, dass es zu Messungenauigkeiten kommt. Ein weiteres
Problem besteht darin, dass bei einer Anordnung eines Sensors an
der Außenwand beispielsweise der Leitung oder des Tankes
Temperaturänderungen nur sehr ungenau detektiert werden
können. Ein Grund hierfür ist die große
thermische Masse der Leitung beziehungsweise des Tankes, die zu
einer hohen Trägheit führen und die Detektion
von sehr schnell ablaufenden Temperaturwechseln nicht erlauben.
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Anstelle
der Anordnung auf der Außenwandung der Leitung beziehungsweise
des Tankes können die Sensoren auch in einem speziellen
Sensorgehäuse in die Leitung eingesetzt werden, wobei der Sensor
in dem Sensorgehäuse auf der medienabgewandten Seite angeordnet
ist.
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Eine
derartige Anordnung ist beispielsweise in der
US 5,367,264 beschrieben.
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Im
Wesentlichen dient der aus der
US 5,367,264 bekannte
Sensor dazu, den Volumenanteil eines Stoffes bei einer Mischung
von zwei Stoffen zu bestimmen. Aus der
US 5,307,264 ist insbesondere ein
Sensor bekannt geworden, mit dem in einem Rohr eine Temperatur eines
durchströmenden Mediums gemessen werden kann bzw. dessen
genaue Zusammensetzung.
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Aus
der
US 2005/0121323
A1 ist ein weiterer Sensor bekannt, mit dem die Konzentration
von Additiven oder Verunreinigungen in Öl bestimmt werden sollen.
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Der
Sensor gemäß der
US 2005/0121323 A1 umfasst
ein Gehäuseteil, der so mit einer Leitung verbunden ist,
dass eine Elektrode hermetisch dicht von dem Gehäuseteil
aufgenommen wird. Eine Temperaturmessung ist in der
US 2005/0121323 A1 nicht
offenbart, auch nicht andere Arten von Sensoren.
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Aufgabe
der Erfindung ist es somit, ein Sensorbauteil anzugeben, mit dem
eine hohe Genauigkeit und ein schnelles Ansprechverhalten bei Messungen
von physikalischen Eigenschaften von strömenden Medien
erreicht werden kann. Des Weiteren soll das Sensorbauteil über
eine ausreichende Stabilität, insbesondere im Bereich des
Sensorabschnittes verfügen.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Sensorbauteil einen
Bauteilabschnitt mit einer Bauteilwandstärke S und einen
Sensorabschnitt mit einer Sensorwandstärke umfasst und
die Wandstärke des Sensorabschnittes nur die Hälfte, bevorzugt
nur 1/3 der Wandstärke des Bauteilabschnittes ist. Durch
diese spezielle geometrische Form und Bemaßung der Durchführung
ist es möglich, Sensoren, z. B. Temperatursensoren, im
Bereich des Sensorabschnittes an einer Medien abgewandten Seite
des Sensorbauteils anzuordnen und trotz dieser Anordnung eine hohe
Genauigkeit und ein sehr schnelles Ansprechen des Sensors auf eine Änderung
der physikalischen Größen beispielsweise in einem
Medium zu erreichen. Durch die dünnere Ausbildung des Sensorabschnittes
gegenüber dem Bauteilabschnitt wird beispielsweise das
Ansprechverhalten des Sensors auf Schwankungen von physikalischen
Größen, beispielsweise der Temperatur, erhöht.
Andererseits ist es aus Stabilitätsgründen nötig, dass
die Wandstärke im Bereich des Sensorabschnittes wenigstens
1/100 der Wandstärke des Bauteilabschnittes beträgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die
Wandstärke des Bauteilabschnittes zwischen 10 mm und 1
mm, bevorzugt zwischen 4 mm und 1 mm, insbesondere zwischen 2 mm
und 1 mm. Die Wandstärke im Sensorabschnitt liegt bevorzugt
zwischen 0,01 mm und 1 mm, insbesondere zwischen 0,1 mm und 1 mm.
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Bevorzugt
wird die Durchführung im Bauteilabschnitt aus einem Stahl,
einem Edelstahl, insbesondere einem Edelstahl 1.4301, einem Edelstahl 1.4306,
einem Edelstahl 1.4307, oder einem Edelstahl 1.4404 ausgebildet.
Auch möglich ist es, dass der Bauteilabschnitt der Durchführung
aus KOVAR, einer NiFeCo-Legierung oder aus einer NiFe-Legierung
besteht.
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In
einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich,
dass das Bauteil als einstückiges Bauteil bevorzugt aus
ein- und demselben Material gefertigt ist.
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Die
einstückige Ausgestaltung ist besonders einfach und kostengünstig
zu fertigen, beispielsweise mittels eines Stanzprozesses, bei dem
der Sensorabschnitt als Vertiefung mit geringerer Wandstärke ausgestanzt
wird.
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Alternativ
zu einer einteiligen Ausführung kann das Bauteil auch zweiteilig
ausgeführt sein. Dabei bildet der Bauteilabschnitt ein
erstes separates Bauteil und der Sensorabschnitt ein zweites separates
Bauteil.
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In
einer ersten Ausgestaltung der zweiteiligen Ausführungsform
kann der Sensorabschnitt als ein Ziehteil ausgebildet sein, das
bevorzugt aus einem Material ist, das sich durch gute Eigenschaften in
Bezug auf das zu sensierende Signal auszeichnet. Beispielsweise
kann das Material des Ziehteils so gewählt sein, dass es
bei einer Verwendung für einen Temperatursensor aus einem
thermisch besonders gut leitenden Material besteht. Neben den Materialien,
Stahl, Edelstahl, NiFeCo-Legierungen, aus NiFe-Legierungen, die
auch für den Bauteilabschnitt verwendet werden können,
sind insbesondere für das Ziehteil auch Ni, CuNiZn-Legierungen,
sogenanntes Neusilber, insbesondere aber auch Cu und Cu-Legierungen
sowie Molybdän denkbar.
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Weist
die Durchführung einen Temperatursensor auf, so wird bevorzugt
ein thermisch besonders gut leitendes Material im Bereich des Ziehteils eingesetzt.
Als Materialien für das Ziehteil kommen insbesondere Kupfer,
Legierungen, die Kupfer enthalten oder Edelstähle in Betracht.
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Das
separate Ziehteil wird mit dem Bauteilabschnitt beispielsweise durch
Hartlöten, Löten, Schweißen, verbunden
und ergebend die Durchführung. Beim Schweißen
kann dieses mit Hilfe von Laser, Elektronenstrahlwiderstands- oder
Rollnahtschweißen erfolgen.
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Eine
thermisch besonders bevorzugte Ausgestaltung eines mehrteiligen,
insbesondere zweiteiligen Sensorbauteiles ist eine Ausführung,
bei der der Sensorabschnitt nicht thermisch leitend mit dem Bauteilabschnitt
wie beispielsweise im Falle des Verbindens durch Hartlöten,
Löten oder Schweißen des Ziehteiles verbunden
wird, sondern die Verbindung von Sensorabschnitt und Bauteilabschnitt
thermisch entkoppelt erfolgt. Dies ist möglich, wenn der
Sensorabschnitt selbst als eine Art Gehäuseteil ausgebildet ist,
beispielsweise in Form eines Bechers, und das Gehäuseteil
mit dem Bauteilabschnitt eingeglast wird, das heißt mit
Hilfe von Glas verbunden wird. Das Verbindungsmittel Glas zwischen
dem Gehäuseteil und dem Bauteilabschnitt führt
dazu, dass die beiden Abschnitte thermisch entkoppelt sind. Bei Temperaturänderung
ist dann lediglich die Trägheit des relativ kleinen Gehäuseteils
für die Temperaturfolge ausschlaggebend. Eine derartige
Ausgestaltung ist daher besonders bevorzugt, wenn mit Hilfe der
Sensoren Leitfähigkeiten und/oder Kapazitäten von
Flüssigkeiten gemessen werden sollen.
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Bei
der Messung von Leitfähigkeiten und/oder Kapazitäten
und/oder der Temperatur ist mit Vorteil vorgesehen, wenn der Sensorabschnitt
einen Sensorteilabschnitt aufweist, der in der Form dem Bauteilabschnitt ähnelt
und innerhalb des Bauteilabschnittes angeordnet ist. Beispielsweise
kann der Bauteilabschnitt ein Rohrabschnitt und der Sensorteilabschnitt
des Sensorabschnittes ein Rohr mit geringerem Durchmesser sein,
das innerhalb des Rohrabschnittes des Bauteilabschnittes liegt.
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Das
erfindungsgemäße Sensorbauteil kann auch eine
oder mehrere Durchführungsabschnitte für Leitungen,
insbesondere Elektroleitungen, umfassen, die bevorzugt im Bereich
des Bauteilabschnittes angeordnet sind.
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Besonders
bevorzugt sind beispielsweise Durchführungen für
Elektroleitungen. Hierbei ist die Elektroleitung des Durchführungsabschnittes
wiederum in dem Bauteilabschnitt eingeglast.
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Neben
dem erfindungsgemäßen Sensorbauteil stellt auch
die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Aufnahme und/oder zur Leitung
flüssiger oder gasförmiger Medien mit einem derartigen
Sensorbauteil zur Verfügung.
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Als
Medien, deren physikalische Eigenschaften in der Leitung oder in
dem Behältnis mit Hilfe eines Sensorbauteiles gemessen
werden können, sind Gase. Als Gas kommt insbesondere Erdgas,
sowohl in gasförmiger als auch in komprimierter oder flüssiger
Form oder Autogas in Frage. Auch Industriegase, wie beispielsweise
Wasserstoff, N2, O2,
insbesondere auch in flüssiger Form wie flüssiger
Wasserstoff und flüssiger Stickstoff können ebenfalls
gemessen werden. Des Weiteren können Abgase von Verbrennungsmotoren
sowie Prozessgas der chemischen und der Halbleiterindustrie und
Luft auf ihre physikalischen Eigenschaften hin gemessen werden.
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Als
weitere Medien, die in den Leitungen beziehungsweise Behältern
auf ihre physikalischen Eigenschaften mit Hilfe von den erfindungsgemäßen Sensorbauteilen
gemessen werden können, sind insbesondere Wasser, Salzwasser, Öle,
die zum Beispiel vom Motorengetriebe und im Bereich der Hydraulik
eingesetzt werden, Alkohole, insbesondere Methanol und Ethanol,
insbesondere auch als Zumischungen in Kraftstoffen. Weitere Flüssigkeiten,
deren physikalische Eigenschaften mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Durchführung in einer Sensoreinrichtung gemessen werden
können, sind insbesondere Kraftstoffe wie Benzin und Dieselkraftstoff, Rapsölmethylester,
sowie Treibstoffe für Flugzeugturbinen. Auch flüssige
Stoffe zur Abgasreinigung wie Harnstoff oder Harnstofflösungen,
die derzeit zur Abgasreinigung von Dieselfahrzeugen eingesetzt werden,
sind mit Hilfe der erfindungsgemäßen Durchführung
in einer Leitung oder einem Behältnis zu detektieren. Des
Weiteren kann jede Art von Prozessflüssigkeit in der Industrie,
insbesondere in der chemischen Industrie und Halbleiterindustrie
mit Hilfe der erfindungsgemäßen Durchführung
mit einer Leitung beziehungsweise einem Tank sensiert werden. Auch Medien,
die in Klimaanlagen oder Kühlschränken eingesetzt
werden, wie zum Beispiel Fluorkohlenwasserstoffe, sind mit Hilfe
der erfindungsgemäßen Durchführung detektierbar.
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Die
hier aufgeführte Aufzählung der mit Hilfe der
erfindungsgemäßen Vorrichtung detektierbaren Gase
beziehungsweise Flüssigkeiten ist lediglich beispielhaft
und keineswegs einschränkend zu verstehen.
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Auch
verschiedene Arten von Sensoren können in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung verwendet werden. So erlaubt beispielsweise der Einsatz von
Feuchtesensoren eine Füllstandsmessungen in Behältnissen,
insbesondere in Treibstofftanks.
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Auch
ein Messen der Temperatur mit Temperatursensoren wie beispielsweise
Drucksensoren oder kapazitiven Sensoren oder der elektrischen Leitfähigkeit
ist möglich. Die Durchführungen können in
Leitungen, die beispielsweise in der chemischen Industrie oder im
Automobil- und Flugzeugbau Anwendung finden, eingesetzt werden.
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Besonders
bevorzugt wird das erfindungsgemäße Sensorbauteil
in Kraftstoffleitungen eingesetzt, insbesondere zur Bestimmung der
Zusammensetzung von Kraftstoffgemischen.
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Für
den Bauteilabschnitt des Sensorbauteiles beziehungsweise für
die einteilige Durchführung kommen als Herstellungsverfahren
insbesondere Stanzen, bei welchen die Vertiefung im Bereich des Sensorabschnittes
bei einteiligen Ausführungsformen bereits mit eingebracht
wird, Kalt- und Warmverformen, Feinschneiden, Tiefziehen, Feingießen,
eine spanende Bearbeitung und Hydroverformung in Betracht.
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Bei
einer mehrteiligen, insbesondere zweiteiligen Ausführungsform
der Erfindung, bei der der Sensorabschnitt als Ziehteil ausgeführt
wird, kann dieses beispielsweise durch Tiefziehen oder Hydroformen
erhalten werden. Die Herstellverfahren für das Gehäuseteil,
das als Sensorabschnitt Verwendung findet, können dieselben
Verfahren wie zur Herstellung des Bauteilabschnittes beziehungsweise
der gesamten Durchführung bei einteiliger Ausführungsform
sein.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft beschrieben
werden, ohne Beschränkung hierauf:
Es zeigen:
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1a eine
erste Ausführungsform eine einteiligen Sensorbauteiles
mit einer Durchführung;
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1b eine
zweite Ausführungsform einer einteiligen Version der Erfindung
mit zwei Durchführungen;
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2 eine
zweiteilige Ausführungsform des Sensorbauteiles mit einem
Ziehteil als Sensorabschnitt;
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3 eine
zweiteilige Ausführungsform der Erfindung mit einem Behältnis
als Sensorabschnitt ohne Durchführungen;
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4 eine
zweiteilige Ausführungsform mit einem Behältnis
als Sensorabschnitt, wobei das Behältnis mit dem Bauteilabschnitt
durch Einglasen verbunden ist;
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5a eine
Ausführungsform eines Sensorbauteiles zum Einbringen in
eine Leitung;
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5b eine
Ausführungsform eines Sensorbauteiles zum Einbringen in
eine Leitung mit einem als Rohr ausgebildeten Sensorteilabschnitt;
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5c eine
Detailansicht der Verbindung des Sensorabschnittes mit einem Innenrohr.
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1a zeigt
eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Sensorbauteiles 10. Das Sensorbauteil 10 ist im
Schnitt gezeigt. In der dargestellten Ausführungsform handelt
es sich um ein rotationssymmetrisches Bauteil, wobei der in 1a dargestellte
Schnitt um die Rotationsachse RA rotiert wird, ergebend ein dreidimensionales
rotationssymmetrisches Bauteil in Form eines Zylinders.
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Auch
andere dreidimensionale Bauteile beispielsweise in Form eines Quaders
wären möglich.
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Das
Sensorbauteil 10 umfasst in der dargestellten Ausführungsform
einen Bauteilabschnitt 12 sowie einen Sensorabschnitt 14.
Der Bauteilabschnitt 12 weist eine Dicke beziehungsweise
eine Bauteilabschnittswandungsstärke S auf.
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Das
in 1a dargestellte Sensorbauteil kann aus einem runden
Rohling durch spanende Bearbeitung beispielsweise durch Drehen oder
Fräsen so weiterbearbeitet werden, dass durch spanende Bearbeitung
aus dem Grundrohling ein Absatz mit einer Tiefe SB herausgefräst
wird. Die Bauteildicke S wird dadurch reduziert im Bereich des Sensorabschnittes 14 und
zwar um die Tiefe SB. Es gilt somit die Beziehung SA
= S – SB,wobei
S: die Gesamtdicke des Bauteils
beziehungsweise die Bauteilabschnittwandstärke,
SB:
die Tiefe der einzufräsenden Einlassung und
SA: die
sich heraus ergebende Sensorabschnittwandstärke beziehungsweise
Dicke im Bereich des Sensorabschnittes 14
bezeichnet.
Generell ist aus 1a zu ersehen, dass die Sensorabschnittwandstärke
SA deutlich geringer ist als die Bauteilabschnittswandstärke
S. Bevorzugt ist die Sensorabschnittwandstärke SA nur halb
so groß wie die Bauteilabschnittwandstärke S,
beziehungsweise in einer bevorzugten Ausführungsform ist
sie sogar nur 1/3 der Bauteilwandstärke. Um die nötige
Stabilität im Bereich des Sensorabschnittes zu gewährleisten,
beträgt die Sensorabschnittswandstärke bevorzugt
mehr als 1/100 der Bauteilabschnittswandstärke. Bevorzugt
liegt die Bauteilabschnittswandstärke S im Bereich zwischen
10 mm und 1 mm und die Sensorabschnittswandstärke SA im
Bereich 0,1 mm bis 1 mm.
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Des
Weiteren umfasst das Sensorbauteil einen Rand 16, der dazu
dient, das Sensorbauteil 10 fest mit einer Wandung eines
Behälters, beispielsweise eines Tankes oder einer Leitung,
zu verbinden.
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Des
Weiteren ist bei der Ausführungsform in 1a im
Bereich des Bauteilabschnittes 12 eine Durchführung 20 vorgesehen,
durch die eine Leitung 22 hindurchgeführt wird.
Die Leitung 22 ist in der Durchführung 20 mit
beispielsweise einem Glasmaterial oder einem anderen geeigneten
Material 24 eingeglast.
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Es
können mehrere derartige Durchführungen mit durchgeführten
Leitungen vorgesehen sein.
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Des
Weiteren dargestellt ist im Bereich des Sensorabschnittes 14 ein
Sensor 30, beispielsweise ein Temperatursensor, der direkt
an der Sensorabschnittswand 14 der Sensorabschnittwandstärke
SA anliegt. Das vom Sensor detektierte Signal wird über Leitungen 32.1, 32.2 beispielsweise
an eine Steuerung übertragen. Als Temperatursensoren kommen beispielsweise
NTC-Sensoren oder Sensoren, die auf die Infrarotstrahlung reagieren,
sogenannte Infrarotsensoren, zum Einsatz.
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Zur
Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit und damit
des Ansprechverhaltens auch auf der Mediumseite 40 der
Durchführung bei Einbau in einen Behälter oder
einer Leitung kann vorgesehen sein, dass der Temperatursensor 30 mit
dem Material des Sensorabschnittes 14 durch eine leitfähige
Paste, beispielsweise eine Epoxydharzpaste 34, verbunden ist.
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In 1b ist
eine alternative Ausgestaltung der Ausführungsform gemäß 1a gezeigt.
Gleiche Bauteile sind mit einer um 100 erhöhten
Bezugsziffer bezeichnet. Das in 1b gezeigte
Bauteil kann beispielsweise dadurch erhalten werden, dass mittels
eines Stanzprozess aus dem Vollmaterial des Sensorbauteiles der
Sensorabschnitt 114 mit wesentlich dünnerer Wandstärke
SA als der Wandstärke des Bauteils selbst herausgestanzt
wird
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Wie
in 1a umfasst auch die Ausführungsform gemäß 1b Durchführungen,
nämlich zwei Durchführungen 120.1, 120.2,
durch die Leitungen 122.1, 122.2 auf die Medienseite 140 des
Sensorbauteiles 110 geführt werden können.
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In 2 ist
eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Bei der in 2 dargestellten Ausgestaltung
ist der Sensorabschnitt 214 als eigenständiges
Bauteil als sogenanntes Ziehteil, beispielsweise durch Tiefziehen
oder Hydroformen, ausgestaltet. Gleiche Bauteile wie in 1a sind
mit 200 höherer Bezugsziffer bezeichnet. Das Ziehteil
weist den Vorteil auf, dass es auch aus Materialien wie Nickel,
Neusilber, Kupfer oder Kupferlegierungen oder auch Molybdän
hergestellt werden kann. Ein aus einem derartigen Material hergestellter
Sensorabschnitt 214 hat gegenüber einer aus Stahl
bei einer einstückigen Ausgestaltung gemäß 1a und 1b bestehenden
Sensorabschnitt den Vorteil einer besonders guten Wärmeübertragung.
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Das
Ziehteil 214 wird an der Stelle 250 mit dem Bauteilabschnitt 212 verbunden,
beispielsweise durch Hartlöten, Löten oder auch
Schweißen, insbesondere Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen,
Widerstands- oder Wandnahtschweißen.
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Ebenfalls
dargestellt bei der Ausführungsform gemäß 2 ist
eine Durchführung 220, durch die eine Leitung 222 hindurchgeführt
wird. Das Material, mit dem die Bohrung und die Leitung miteinander dicht
verschlossen werden, kann ein Glasmaterial oder aber auch Keramik
sein.
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In
der Ausgestaltung als Ziehteil kann der Sensorabschnitt auch als
eigenständiges Bauteil ausgebildet sein. Beispielsweise
kann das Ziehteil, ein Rotationskörper, ein sogenanntes
Gehäuseteil, ausbilden. Eine derartige Ausgestaltung ist
in 3 gezeigt. Wiederum sind alle Bauteile, die die
gleiche Funktion haben wie in den vorangegangenen Ausführungsformen,
mit Bezugsziffern bezeichnet, die um 300 gegenüber 1 erhöht sind. Der Sensorabschnitt 314 ist
vorliegend als Gehäuseteil in Form beispielsweise eines
Bechers ausgebildet. Der Becher wiederum wird an der Stelle 350 mit
dem Bauteilabschnitt 312 beispielsweise durch Hartlöten
oder Schweißen verbunden. Deutlich zu erkennen in 3 ist,
dass, wie schon in 2, das Ziehteil 214 auch
das Gehäuseteil 314 über eine Dicke beziehungsweise
Wandstärke SA verfügt, die deutlich geringer als
die Dicke beziehungsweise Wandstärke S des Bauteilabschnittes
ist.
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Wiederum
eingezeichnet bei der Ausführungsform in 3 ist
ein Sensor 330, der über Leitungen 332.1, 332.2 mit
einer Auswerteeinrichtung verbunden ist.
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Gleiche
Bauteile wie in 1a werden mit einer um 300 erhöhten
Bezugsziffer gekennzeichnet.
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Eine
alternative Ausgestaltung einer mehrteiligen, insbesondere zweiteiligen
Ausführungsform, bei der der Sensorabschnitt 414 als
eigenständiges Gehäuseteil ausgebildet ist, ist
in 4 dargestellt. Hier wird der Sensorabschnitt bzw.
das Gehäuseteil 414 mit dem Bauteilabschnitt 412 des
Sensorbauteiles nicht durch Löten verbunden, sondern in
eine Bohrung die in den Bauteilabschnitt 412 mit einer Breite
B eingebracht wurde, eingeglast. Die Einglasung ist mit Bezugsziffer 470 bezeichnet.
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Auch
ist deutlich zu ersehen, dass die Wandstärke SA des Gehäuseteils 414 deutlich
geringer ist als die Wandstärke S des Bauteilabschnittes 412.
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Die
Einglasung, die die Verbindung zwischen dem Sensorabschnitt 414 und
dem Bauteilabschnitt 412 herstellen, sind mit 470 bezeichnet.
Auch bei dem in 4 dargestellten Bauteil handelt
es sich um ein um die Achse RA rotationssymmetrisches Bauteil, ohne
hierauf beschränkt zu sein. Die Einglasung sorgt dafür,
dass der Sensorabschnitt 414 vom Bauteilabschnitt 412 sowohl
thermisch wie elektrisch isoliert ist. Darüber hinaus wird
durch die Einglasung eine hermetisch dichte Verbindung zur Verfügung
gestellt.
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In 5a ist
ein mehrteiliges Sensorbauteil 410 beschrieben, das in
Form eines Rohres mit einer Einlassseite EIN und einer Auslassseite
AUS ausgebildet ist. Ein solches rohrförmiges Sensorbauteil 410 kann
insbesondere in einer Rohrleitung, beispielsweise einer Kraftstoffleitung,
in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Durch das rohrförmige
Sensorbauteil können sowohl gasförmige Medien
wie auch flüssige Medien transportiert werden. In die Außenwand 502 des
Rohres 500 ist in einer Aussparung 504 der Sensorabschnitt 414 in
Form eines eigenständigen Gehäuses, wie in 4 beschrieben,
eingeglast. Wie in 4 dargestellt, erfolgt die Einglasung
in der in 5a dargestellten Ausführungsform nicht
direkt in das Rohr 502 mit Wandstärke RS, sondern
zunächst in einen Bauteilabschnitt 412, mit einer Bauteilabschnittwandstärke
S. Das Gehäuseteil 414 weist eine Gehäuseteilwandstärke
beziehungsweise eine Sensorabschnittswandstärke SA auf.
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Die
Wandstärke S des Bauteilabschnittes 412 entspricht
in vorliegender Ausführungsform in etwa der Wandstärke
RS des Rohres, das rotationssymmetrisch um die Rohrachse ist.
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Wie
man aus 5a entnimmt, ist der Sensor 430 auf
der dem Medium abgewandten Seite 550 des Rohres angeordnet.
Die dem Medium zugewandte Seite des Gehäuseteils 414 wird
durch Bezugsziffer 540 gekennzeichnet. Durch die Anordnung des
Sensors 430 auf der Medium abgewandten Seite wird vorteilhaft
verhindert, dass der Sensor durch das Medium angegriffen wird. Durch
die Einglasung der Aus- und Einbau des Sensors bei Defekten erleichtert
beziehungsweise eine Kalibrierung ermöglicht wird. Die
Verbindung zwischen dem Bauteilabschnitt 412, in den das
Gehäuseteil 414 eingeglast ist und der Außenwand 502 des
Rohres 500 erfolgt beispielsweise durch Löten
im Bereich des Randes 416. Durch die Lötverbindung
wird eine hermetische Verbindung hergestellt.
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In 5b ist
eine alternative Ausführungsform eines rohrförmigen
Sensorbauteiles, wie in 5a gezeigt,
dargestellt. Gleiche Bauteile wie in 5a werden
mit einer um 100 erhöhten Bezugsziffer belegt.
Im Gegensatz zur Ausgestaltung gemäß 5a ist
bei der Ausführungsform gemäß 5b der
Sensorabschnitt 414 direkt in eine in die Rohrwand 602 eingelassene Öffnung 604 eingeglast.
Damit liegt das Glasmaterial direkt zwischen der Rohraußenwand 602 und
dem Sensorabschnitt 414 an. Die Einglasung ist mit Bezugsziffer 607 gekennzeichnet.
Die Dicke der Rohrwand beträgt RS, die des Sensorabschnittes
SA. In vorliegendem Fall wird die Stärke der Rohrwand RS
mit dem zuvor verwandten Stärke des Bauteilabschnittes
S gleichgesetzt und die dort aufgestellten Beziehungen gelten auch
hier. Über das direkte Einglasen in die Rohrwandung hinaus
zeichnet sich die Ausführungsform gemäß 5b auch dadurch
aus, dass der Sensorabschnitt 414 in direkter Verbindung
mit einem in dem Rohr 600 liegenden Innenrohr 750 steht.
Das Innenrohr 750 hat ebenfalls eine sehr geringe Wandstärke,
bevorzugt eine Wandstärke des Sensorabschnittes SA. Das
Innenrohr 750, mit dem der Sensorabschnitt verbunden ist,
erstreckt sich über wenigstens die halbe Länge
L des als Rohr ausgebildeten Sensorbauteils 410. Durch
das Einbringen des Innenrohres 750 können verschiedene
Vorteile erreicht werden. So sorgt das Innenrohr dafür,
dass eine laminare Strömung in dem rohrförmigen
Sensorbauteil vorliegt und es zu keiner Strömungszerstörung
kommt. Des Weiteren werden die Wärmeflächen, die
in direktem Kontakt mit dem Temperaturfühler 530 innerhalb
des Sensorabschnittes stehen, wesentlich erweitert bzw. vergrößert.
Dies wiederum verbessert die Genauigkeit von Temperaturmessungen
von Medium, das durch das rohrförmige Sensorbauteil hindurchströmt.
Des Weiteren ist bei der Ausgestaltung gemäß 5b vorgesehen,
das Außenrohr auf ein Potential zu legen und das Innenrohr
auf ein anderes Potential. Auf diese Art und Weise wird es möglich,
eine kapazitive Messung vorzunehmen, die Aufschluss über
die Zusammensetzung des durch das rohrförmige Sensorbauteil
hindurchtretende Mediums zu erhalten. Durch die Ausgestaltung des
Innenrohrs mit parallelen Flächen zum Außenrohr
werden die kapazitiven Flächen stark vergrößert
und die kapazitive Messung von strömendem Medium in dem
rohrförmigen Sensorabschnitt verbessert. Die Verbindung
zwischen Sensorabschnitt 414 und dem Innenrohr ist detailliert
in 5c dargestellt. Dort ebenfalls zu entnehmen sind die
Leitungen 752.1, 752.2, mit dem die kapazitive Messung
zwischen Innen- 750 und Außenrohr 602 vorgenommen
werden kann. Bei der Ausführungsform gem. 5b ist
keine Durchführung von elektrischen Leitungen wie in 1a dargestellt
vorgesehen. Möglich wäre dies aber.
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Bei
allen Ausführungsformen sind durch die auf der Medium abgewandten
Seite de Sensorbauteils angeordneten Sensors eine sehr schnelle
und zuverlässige Messung zu erhalten, die Wandstärken SA
im Bereich des Sensorabschnittes deutlich dünner ausgeprägt,
als die Stärke der Rohrwandung RS beziehungsweise im Bereich
des Bauteilabschnittes S.
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Während
die Erfindung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, sind viele andere Variationen und Modifikationen
und andere Verwendungen für den Fachmann offenbar. Die
vorliegende Erfindung ist somit nicht auf die spezifische Offenbarung
beschränkt, wie sie in der Beschreibung niedergelegt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5367264 [0009, 0010]
- - US 5307264 [0010]
- - US 2005/0121323 A1 [0011, 0012, 0012]