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Die Erfindung betrifft einen Baukastensatz zum Herstellen eines Luftmassenmessers für Kraftwagen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Luftmassenmessers und ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftwagens.
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Die
DE 197 50 594 B4 beschreibt einen Luftmassenmesser, bei welchem in einem Hauptkanal ein Messrohr angeordnet ist. Eine Lufteinlassseite des Messrohrs ist wie ein umgedrehter Kegel geformt. In dem Messrohr ist ein Heizwiderstand zum Messen des Massenstroms der Ansaugluft für einen Verbrennungsmotor angeordnet. An dem Messrohr sind Luftleitelemente angebracht, welche dafür sorgen, dass ein schräg in den Hauptkanal eintretender Luftstrom gerade ausgerichtet wird und so stabilisiert in das Messrohr eintritt.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Luftmessern für Kraftwagen hat es sich als schwierig herausgestellt, über einen breiten Messbereich hinweg eine hohe Messgenauigkeit zu erzielen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Luftmassenmesser zu schaffen, mittels welchem sich eine hohe Messgenauigkeit erzielen lässt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Baukastensatz mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren zum Herstellen eines Luftmassenmessers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und durch ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftwagens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Baukastensatz zum Herstellen eines Luftmassenmessers für Kraftwagen umfasst ein Messrohr und eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Größe, welche die das Messrohr durchströmende Luftmasse angibt. Hierbei ist in Abhängigkeit von einem erwarteten Luftdurchsatz durch das Messrohr wahlweise ein Einsetzteil in das Messrohr einsetzbar, welches dem Erhöhen einer Strömungsgeschwindigkeit in einem Erfassungsbereich der Erfassungseinrichtung dient. Dem liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass es schwierig ist, bei einer geringen Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Erfassungsbereich der Erfassungseinrichtung eine hohe Messgenauigkeit einzuhalten. Wird ein niedriger Luftdurchsatz durch das Messrohr erwartet, so kann vorliegend das in das Messrohr eingesetzte Einsetzteil dafür sorgen, dass im Erweiterungsbereich eine höhere Strömungsgeschwindigkeit vorliegt, als dies ohne das Einsetzteil der Fall wäre. Bei der hohen Strömungsgeschwindigkeit kann dann die Erfassungseinrichtung die Größe, welche die das Messrohr durchströmende Luftmasse angibt, mit einer besonders guten Auflösung erfassen. So ist bei einem niedrigen Luftdurchsatz durch den Luftmassenmesser eine hohe Messgenauigkeit erreichbar.
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Wenn hingegen von einem sehr hohen Luftdurchsatz durch das Messrohr ausgegangen wird, kann auf das Einsetzen des Einsetzteils in das Messrohr verzichtet werden. Bei dem hohen Luftdurchsatz liegt nämlich ohnehin bereits eine hohe Strömungsgeschwindigkeit im Erfassungsbereich der Erfassungseinrichtung vor.
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Es kann so ein und dasselbe Messrohr für Kraftwagen zum Einsatz kommen, deren Verbrennungsmotoren im Betrieb unterschiedlich hohe Luftdurchsätze haben. Dies ist insofern vorteilhaft, da auch bei unterschiedlichen Motorisierungen des Kraftwagens die mit dem Messrohr verbundenen Bauteile des Ansaugtrakts einheitlich ausgebildet werden können und nicht für unterschiedliche Verbrennungsmotoren jeweils unterschiedliche Messrohre vorgesehen zu werden brauchen. Dennoch ist sowohl beim Einsatz des Luftmassenmessers für einen Kraftwagen, dessen Verbrennungsmotor einen hohen Luftdurchsatz aufweist, eine hohe Messgenauigkeit erzielbar wie auch bei Verwendung des Luftmassenmessers in einem Kraftwagen mit einem Verbrennungsmotor mit niedrigem Luftdurchsatz.
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Die hohe Strömungsgeschwindigkeit der Luft in dem Erfassungsbereich führt auch zu einem für die Erfassung mittels der Erfassungseinrichtung günstigen laminaren Strömen der Luft im Erfassungsbereich.
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Besonders einfach lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit in dem Erfassungsbereich der Erfassungseinrichtung erhöhen, wenn das Einsetzteil einen trichterförmigen Einlass aufweist.
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Die Erfassungseinrichtung kann ein von der vorbeiströmenden Luft kühlbares Sensorelement umfassen, etwa bei einem Hitzdrahtluftmassenmesser den Hitzdraht oder bei einem Heißfilmluftmassenmesser einen üblicherweise plattenförmigen Sensor. Bei dieser Ausgestaltung des Luftmassenmessers hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn bei in das Messrohr eingesetztem Einsetzteil und an dem Messrohr angeordneter Erfassungseinrichtung das Sensorelement durch eine Wand des Einsetzteils hindurchtritt. Auf diese Weise kann nämlich mittels des Sensorelements eine Lagefixierung des Einsetzteils in dem Messrohr erreicht werden.
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Eine besonders präzise Lagefixierung des Einsetzteils in dem Messrohr lässt sich erreichen, wenn das Sensorelement spielfrei durch die Wand des Einsetzteils hindurchtritt.
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Wenn bei einer solchen Ausgestaltung des Luftmassenmessers das Einsetzteil stromabwärts des Sensorelements trichterförmig erweitert ist, lässt sich eine besonders strömungsgünstige Form des Einsetzteils realisieren. Es sind hierfür jedoch auch andere Formgebungen des Einsetzteils stromabwärts des Sensorelements realisierbar.
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In einer alternativen Ausführungsform des Baukastensatzes ist bei in das Messrohr eingesetztem Einsetzteil und an dem Messrohr angeordneter Erfassungseinrichtung deren Erfassungsbereich stromabwärts eines Auslasses des Einsetzteils ausgebildet. Das Einsetzteil bündelt also die das Einsetzteil durchströmende Luft auf den Erfassungsbereich der Erfassungseinrichtung. Wenn die Erfassungseinrichtung ein in das Messrohr hineinragendes und von der vorbeiströmenden Luft kühlbares Sensorelement aufweist, braucht hierbei in der Wand des Einsetzteils keine Öffnung für das Sensorelement vorgesehen zu werden. Ein solches Einsetzteil lässt somit eine besonders große Flexibilität bei der Auswahl möglicher Sensorelemente zu.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Steg vorgesehen, über welchen das Einsetzteil an einer Wand des Messrohrs abgestützt ist. Insbesondere können bei einem beispielsweise runden Einsatzteil außenumfangseitig mehrere Stege vorgesehen sein, um das Einsetzteil in seiner Lage gegenüber der Wand des Messrohrs gut und sicher zu fixieren. Beim Vorsehen mehrerer Stege können diese gleichmäßig voneinander beabstandet sein oder es kann sich die Anordnung der Stege an einer Gestaltung des Messrohrs und/oder den Strömungsverhältnissen in diesem orientieren, wobei ungleiche Abstände zwischen wenigstens zwei Stegen vorgesehen sein können.
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Wenn anstelle eines Stegs wenigstens eine Rippe zum Abstützen des Einsetzteils an der Wand des Messrohrs vorgesehen ist, dient diese nicht nur dem Fixieren des Einsetzteils in dem Messrohr, sondern auch der Versteifung des Einsetzteils. Eine oder mehrere solche Rippen können außenumfangseitig um das Einsetzteil umlaufen, sodass zwischen der Wand des Einsetzteils und der Wand des Messrohrs Hohlräume geschaffen sind. Derartige Hohlräume bringen eine Materialersparnis bei der Fertigung des Einsetzteils und somit ein geringes Gewicht desselben mit sich. An dem Einsetzteil können zum Versteifen und zum Abstützen des Einsetzteils an der Wand des Messrohrs zusätzlich oder alternativ in Längsrichtung verlaufende Rippen vorgesehen sein.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn eine Wand des Einsetzteils zum Absorbieren von Schall wenigstens eine Durchtrittsöffnung aufweist. Die Anordnung und Anzahl von Durchtrittsöffnungen kann so ausgelegt werden, dass Geräusche, welche beim Durchströmen des Luftmassenmessers auftreten können, so beeinflusst werden, dass hörbare Frequenzbereiche unterdrückt werden. So kann eine Belästigung durch möglicherweise vorhandene, etwa durch das Betreiben eines Turboladers oder eines Kompressors bedingte Geräusche vermieden werden.
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Insbesondere wenn an dem Einsetzteil Rippen angeordnet sind, welche zur Ausbildung von Hohlräumen zwischen der Wand des Einsetzteils und der Wand des Messrohrs führen, lassen sich durch die Rippen im Zusammenwirken mit den Durchtrittsöffnungen Resonatoren schaffen, welche besonders wirkungsvoll absorbieren.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Einsetzteil wenigstens ein Luftleitelement zum Beeinflussen der Luftströmung durch das Einsetzteil hindurch auf. Wenn an der Einlassseite des Einsetzteils ein Gitter und/oder wenigstens ein Flügel vorgesehen sind, können derartige Luftleitelemente dafür sorgen, dass sich im Erfassungsbereich der Erfassungseinrichtung eine besonders günstige, wenig turbulente Strömung einstellt, welche das Erfassen der die Luftmasse angebenden Größe erleichtert.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Erfassungseinrichtung einen Ultraschallsensor erfasst. Es braucht dann kein Teil der Erfassungseinrichtung in das Messrohr oder – bei eingesetztem Einsetzteil – in das Einsetzteil hineinzuragen, um die Größe zu erfassen, welche die Luftmasse angibt. In diesem Fall liegen beim Betreiben der Erfassungseinrichtung im Erfassungsbereich Ultraschallwellen vor, welche mittels des Ultraschallsensors erfasst werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Luftmassenmessers für Kraftwagen umfasst die Schritte:
- a) Bereitstellen eines Messrohrs und einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Größe, welche die das Messrohr durchströmende Luftmasse angibt, und
- b) in Abhängigkeit von einem erwarteten Luftdurchsatz durch das Messrohr: wahlweises Einsetzen eines zum Erhöhen einer Strömungsgeschwindigkeit der Luft in einem Erfassungsbereich der Erfassungseinrichtung ausgelegten Einsetzteils in das Messrohr.
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Dadurch, dass bei der Entscheidung, ob das Einsetzteil in das Messrohr eingesetzt werden soll oder nicht, der erwartete Luftdurchsatz durch das Messrohr berücksichtigt wird, kann sowohl bei einem hohen erwarteten Luftdurchsatz eine hohe Messgenauigkeit erzielt werden als auch bei einem geringen erwarteten Luftdurchsatz. Bei dem geringen Luftdurchsatz sorgt dann nämlich das Einsetzteil für mittels der Erfassungseinrichtung gut auflösbare Strömungsgeschwindigkeiten im Erfassungsbereich.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugs wird ein erfindungsgemäß hergestellter Luftmassenmesser in einem Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors angeordnet. Hierbei wird der Luftmassenmesser in Abhängigkeit von einem erwarteten Luftdurchsatz mit dem Einsetzteil versehen oder nicht.
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Die für den erfindungsgemäßen Baukastensatz beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Luftmassenmessers bzw. eines Kraftwagens.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform eines Luftmassenmessers, bei welchem in ein Messrohr ein Einsetzteil eingebracht ist, welches für eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit im Erfassungsbereich eines Sensors sorgt;
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2 eine perspektivische Ansicht des Einsetzteils gemäß 2;
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3 eine weitere Ausführungsform eines Luftmassenmessers, bei welchem das Einsetzteil ein Strömungsleitgitter und Durchtrittsöffnungen aufweist; und
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4 eine dritte Ausführungsform eines Luftmassenmessers, bei welcher das Einsetzteil stromaufwärts des Sensors endet.
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Ein in 1 gezeigter Luftmassenmesser 10 für einen Kraftwagen umfasst ein Messrohr 12 und eine Sensoreinrichtung 14, welche ein vorliegend plattenförmiges Sensorgehäuse 16 mit einem darin angeordneten Sensorelement umfasst. Die Sensoreinrichtung 14 ist so an dem Messrohr 12 angebracht, dass das Sensorgehäuse 16 ins Innere des Messrohrs 12 hineinragt. Wenn Luft das Sensorgehäuse 16 umströmt, wird das in dem Sensorgehäuse 16 angeordnete Sensorelement gekühlt. Die Kühlwirkung der durch das Messrohr 12 strömenden Luft ermöglicht es, die Masse der Luft zu bestimmen. Bei in dem Kraftwagen eingebautem Luftmassenmesser 10 ist stromaufwärts des Luftmassenmessers 10 an dem Messrohr 12 ein Luftfilter befestigt und stromabwärts die zum Verbrennungsmotor führende Reinluftleitung.
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In das Messrohr 12 ist ein Einsetzteil 18 (vgl. 2) eingesetzt. Das Einsetzteil 18 weist einen trichterförmigen Einlass 20 auf, wobei ein maximaler Außendurchmesser des trichterförmigen Einlasses 20 einem Innendurchmesser des Messrohrs 12 entspricht. In einem – in Strömungsrichtung der Luft durch das Einsetzteil 18 gesehen – an den Einlass 20 anschließenden mittleren Bereich 22 ist ein durchströmbarer Querschnitt des Einsetzteil 18 verringert, sodass sich im mittleren Bereich 22 eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit der Luft einstellt.
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Das Sensorgehäuse 16 der Sensoreinrichtung 14 ist so durch einen in einer Wand 24 des Einsetzteils 18 ausgebildeten Schlitz 26 (vgl. 2) hindurchgeführt, dass das Sensorgehäuse 16 im mittleren Bereich 22 des Einsetzteils 18 zu liegen kommt, wo besonders hohe Strömungsgeschwindigkeiten herrschen. Mittels des in dem Sensorgehäuse 16 angeordneten Sensorelements kann so auch ein vergleichsweise geringer Luftdurchsatz durch das Messrohr 12 mit besonders hoher Genauigkeit erfasst werden. Gleichzeitig fixiert das Sensorgehäuse 16 das Einsetzteil 18, wenn die Sensoreinrichtung 14 nach dem Einsetzen des Einsetzteils 18 in das Messrohr 12 an dem Messrohr 12 angebracht und hierbei das Sensorgehäuse 16 durch den Schlitz 26 hindurchgeführt wird.
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Ein Auslass 28 des Einsetzteils 18 ist trichterförmig erweitert, wobei ein Außendurchmesser des Auslasses 28 einem Innendurchmesser des Messrohrs 12 an dieser Stelle entspricht. Durch die kontinuierlichen Übergänge zwischen dem Einlass 20, dem mittleren Bereich 22 und dann wieder zwischen dem mittleren Bereich 22 und dem Auslass 28 ist eine besonders strömungsgünstige Innenkontur des Einsetzteils 18 geschaffen.
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Das Einsetzteil 18 weist im Bereich mit verringertem Querschnitt (vorliegend beispielsweise drei) außenumfangsseitig umlaufende Rippen 30 auf, welche mit der Innenseite des Messrohrs 12 in Anlage sind. Diese Rippen 30 dienen ebenfalls zum lagegesicherten Fixieren des Einsetzteils 18 in dem Messrohr 12. Darüber hinaus ist das Einsetzteil 18 durch die Rippen 30 versteift.
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2 zeigt eine Ausbildung des Einsetzteils 18, bei welcher beiderseits des Schlitzes 26 jeweils nur eine außenumfangsseitig umlaufende Rippe 30 angeordnet ist.
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Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform eines Luftmassenmessers 10' ist ein Einsetzteil 18' sehr weitgehend dem in 1 gezeigten ähnlich ausgebildet. Auch in diesem Fall sorgt also das Einsetzteil 18' mit dem trichterförmigen Einlass 20 für eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der Luft im mittleren Bereich 22. Jedoch ist einlassseitig an dem Einsetzteil 18' ein Leitgitter 32 vorgesehen, welches dazu führt, dass sich im mittleren Bereich 22, welcher mit dem Erfassungsbereich des in dem Sensorgehäuse 16 angeordneten Sensorelements zusammenfällt, eine besonders gleichmäßige, laminare Strömung der Luft einstellt. In alternativen Ausführungsformen kann anstelle des Leitgitters 32 als Luftleitelement ein Flügel oder eine Mehrzahl von Flügeln zum Einsatz kommen. Das jeweilige Luftleitelement kann insbesondere einstückig mit dem Einsetzteil 18 ausgebildet sein.
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Die drei Rippen 30 grenzen im Zusammenwirken mit dem Messrohr 12 und der Wand 24 des Einsetzteils 18 Kammern 34 ab. Stromabwärts des Sensorgehäuses 16 sind in dem Einsetzteil 18 Durchtrittsöffnungen 36 vorgesehen, welche im Zusammenwirken mit den Kammern 34 einen akustischen Resonator bilden. Der Resonator trägt dazu bei, unerwünschte Frequenzen aus einem Geräuschspektrum zu absorbieren, welches sich einstellt, wenn Luft den Ansaugtrakt des Kraftwagens durchströmt. Durch geeignete Abstände zwischen den Rippen 30 – und somit entsprechenden Größen der Kammern 34 – und durch die Anzahl und den Durchmesser der Durchtrittsöffnungen 36 in der Wand 24 des Einsetzteils 18' kann eine auf den Anwendungsfall zugeschnittene Absorption von Schall erreicht werden.
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Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform eines Luftmassenmessers 10'' ist ein Einsetzteil 18'' so in dem Messrohr 12 angeordnet, dass es auch außenseitig umströmt werden kann. Des Weiteren ist das Sensorgehäuse 16 unmittelbar stromabwärts eines Auslasses 38 des Einsetzteils 18'' angeordnet. Auch bei diesem Einsetzteil 18'' sorgt jedoch ein trichterförmiger Einlass 20 dafür, dass sich im Bereich des Auslasses 38 und stromabwärts davon, also im Erfassungsbereich des in dem Sensorgehäuse 16 angeordneten Sensorelements eine hohe Strömungsgeschwindigkeit einstellt.
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Auch ist bei dem Einsetzteil 18'' ein Leitgitter 32 oder dergleichen Luftleitelement vorgesehen, um eine gleichmäßige Anströmung des Sensorgehäuses 16 zu erreichen. Das Leitgitter 32 kann in alternativen Ausführungsformen entfallen.
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Das Einsetzteil 18'' ist über – beispielsweise drei – Stege 40 an der Innenseite des Messrohrs 12 abgestützt. Die Stege 40 ermöglichen ein lagegesichertes Fixieren des Einsetzteils 18'' im Messrohr 12. Sie können je nach Ausführungsform außenumfangsseitig gleichmäßig zueinander beabstandet an der Wand 24 des Einsetzteil 18'' angeordnet sein oder es können unterschiedliche Abstände der Stege voneinander vorgesehen sein.
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Wenn der Luftmassenmesser 10'' zum Erfassen eines nur sehr geringen Luftdurchsatzes ausgelegt sein soll, kann anstelle der Stege 40 eine außenumfangsseitig um die Wand 24 des Einsetzteils 18'' umlaufende, geschlossene Platte dafür sorgen, dass die gesamte das Messrohr 12 durchströmende Luft durch das Einsetzteil 18'' hindurchtreten muss. Auch bei Vorsehen der Stege 40 kann durch die Wahl der Breite der Stege beeinflusst werden, in welchem Ausmaß Luft um das Einsetzteil 18'' außenseitig herumströmen kann bzw. wie viel Luft durch das Einsetzteil 18'' hindurchtritt.
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Wenn die vorliegend gezeigten Luftmassenmesser 10, 10', 10'' nicht mit den Einsetzteilen 18, 18', 18'' versehen sind, lassen sie sich besonders gut bei einem Kraftwagen einsetzen, bei welchem selbst im Leerlauf und im Teillastbetrieb der Luftdurchsatz durch den Verbrennungsmotor vergleichsweise hoch ist, sodass im Bereich des Sensorgehäuses 16 immer eine vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeit der Luft vorliegt.
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Soll hingegen die Messgenauigkeit bei Verwendung eines Verbrennungsmotors mit geringerem Luftdurchsatz verbessert werden, kann bei dem als Baukastensatz konzipierten Luftmassenmessern 10, 10', 10'' das jeweils geeignete Einsetzteil 18, 18', 18'' verwendet, also in das Messrohr 12 eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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