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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung einer Strömungseigenschaft fluider Medien, also von Flüssigkeiten und/oder Gasen, bekannt. Bei den Strömungseigenschaften kann es sich dabei um grundsätzlich beliebige physikalisch und/oder chemisch messbare Eigenschaften handeln, welche eine Strömung des fluiden Mediums qualifizieren oder quantifizieren. Insbesondere kann es sich dabei um eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Massenstrom und/oder einen Volumenstrom handeln.
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Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere beschrieben unter Bezugnahme auf so genannte Heißfilmluftmassenmesser, wie sie beispielsweise in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, S. 146–148 beschrieben sind. Derartige Heißfilmluftmassenmesser basieren in der Regel auf einem Sensorchip, insbesondere einem Silicium-Sensorchip, mit einer Messoberfläche, welche von dem strömenden fluiden Medium überströmbar ist. Der Sensorchip umfasst in der Regel mindestens ein Heizelement sowie mindestens zwei Temperaturfühler, welche beispielsweise auf der Messoberfläche des Sensorchips angeordnet sind. Aus einer Asymmetrie des von den Temperaturfühlern erfassten Temperaturprofils, welches durch die Strömung des fluiden Mediums beeinflusst wird, kann auf einen Massenstrom und/oder Volumenstrom des fluiden Mediums geschlossen werden. Heißfilmluftmassenmesser sind üblicherweise als Steckfühler ausgestaltet, welcher fest oder austauschbar in ein Strömungsrohr einbringbar ist. Beispielsweise kann es sich bei diesem Strömungsrohr um einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine handeln.
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Damit der Heißfilmluftmassenmesser ein möglichst störungsarmes Luftmassensignal liefern kann, ist eine möglichst gleichmäßige Zuströmung zu dem Steckfühler und durch den Bypasskanal in diesem und insbesondere über die Messoberfläche des Sensorchips wichtig. Der Bypasskanal stellt dabei den Messkanal dar, in welchem wiederum ein Sensorträger mit dem Sensorchip eingebracht ist. Der Sensorchip trägt die Membran und die Temperaturfühler.
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Üblicherweise befindet sich bei Brennkraftmaschinen das Strömungsrohr an einem Luftfilterauslass. Daher entspricht der Auslass des Luftfilters dem Einlass des Strömungsrohrs. Bei der Durchströmung von der Rohluftseite durch den Luftfilter zu dem Strömungsrohr mit dem Heißfilmluftmassenmesser treten häufig starke Umlenkungen auf. Insbesondere im Bereich des Eintritts in das Strömungsrohr existieren in der Nähe der Strömungsrohrwand Gebiete mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit. Entsprechend sind die Stromlinien stark umgelenkt und verlaufen in der Nähe der Strömungsrohrwand nicht parallel zu seiner Achse. In den wandnahen Gebieten kann es dabei Gebiete mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit oder sogar zu Strömungsablösungen mit Rückströmungsbereichen kommen. Derartige Veränderungen des Geschwindigkeitsfeldes wirken sich bis zu dem Kernbereich der Strömung aus und können insbesondere bei unterschiedlichen Luftmassenströmen recht sprunghaft auftreten. Außerdem führen insbeondere Ablösungen zu zeitlich veränderlichen Geschwindigkeitsfeldern. Aufgrund der Veränderungen des Strömungsfeldes in der Nähe des Einlasses und des Auslasses des Heißfilmluftmassenmessers ergibt sich damit eine schlechtere Reproduzierbarkeit des Signals und ein erhöhtes Signalrauschen. Ferner erhöht sich durch solche Strömungsablösungen der Druckabfall.
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In 1 ist eine herkömmliche Sensoranordnung 10 zur Bestimmung wenigstens einer Strömungseigenschaft eines mit einer Hauptströmungsrichtung strömenden fluiden Mediums gezeigt. Die Sensoranordnung 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Heißfilmluftmassenmesser ausgestaltet und umfasst einen Steckfühler 12, welcher beispielsweise in ein Strömungsrohr, insbesondere einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, eingesteckt werden kann. In dem Steckfühler 12 ist eine Kanalstruktur 14 aufgenommen, welche über eine Einlassöffnung 16, die im eingesetzten Zustand einer Hauptströmungsrichtung 18 des fluiden Mediums entgegenweist, eine repräsentative Menge des fluiden Mediums strömen kann. Die Kanalstruktur 14 weist einen Hauptkanal 20 auf, welcher in einen Hauptstromauslass 22 auf der Unterseite bezogen auf die Darstellung in 1 des Steckfühlers 12 mündet, sowie einen von dem Hauptkanal 20 abzweigenden Bypass- bzw. Messkanal 24, welcher in einen ebenfalls auf der Unterseite bezogen auf die Darstellung in 1 des Steckfühlers 12 angeordneten Bypass- oder Messkanalauslass 26 mündet. In den Messkanal 24 ragt ein Sensorträger 28 in Form eines Flügels. In diesen Sensorträger 28 ist ein Sensorchip 30 derart eingelassen, dass eine als Sensorbereich des Sensorchips 30 ausgebildete Sensormembran 32 von dem fluiden Medium überströmt wird. Die Sensormembran 32 bildet den eigentlichen Sensor, d.h. sie ist das Bauteil, das die zu erfassenden Parameter erfasst bzw. ermittelt. Der Sensorträger 28 mit dem Sensorchip 30 ist Bestandteil eines Elektronikmoduls 34. Dieses Elektronikmodul 34 weist ein gebogenes Bodenblech 36 als Sensorträger sowie eine darauf angebrachte, beispielsweise aufgeklebte Leiterplatte 38 mit einer Ansteuer- und Auswerteschaltung 40 auf. Der Sensorträger 28 kann beispielsweise als Kunststoffbauteil an das Bodenblech 36 angespritzt sein. Der Sensorchip ist mit der Ansteuer- und Auswerteschaltung 40 über elektrische Verbindungen 42, welche hier als Draht-Bonding ausgestaltet sind, elektrisch verbunden. Das derart entstandene Elektronikmodul 34 wird in einen Elektronikraum 44 in ein Gehäuse 46 des Steckfühlers 12, in welchem auch die Kanalstruktur 14 ausgebildet ist, eingebracht, wie beispielsweise eingeklebt. Dies erfolgt derart, dass der Sensorträger 28 dabei in die Kanalstruktur 14 hineinragt. Anschließend werden der Elektronikraum 44 und die Kanalstruktur 14 durch Deckel 48 verschlossen.
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2 zeigt die Anordnung des Steckfühlers 12 in einem Strömungsrohr 50 und deren Montageposition in einem Luftfilter 52 in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine. Insbesondere sind durch Pfeile die verschiedenen Bereiche der Strömung der Ansaugluft und deren Umlenkungen zwischen einem Luftfilterelement 54 und einem Einlassbereich 56 in das Strömungsrohr 50 bzw. der Sensoranordnung 10 gezeigt. Aus der Zeichnung ergibt sich, dass es Bereiche 58 der Strömung der Ansaugluft gibt, die eine scharfe Umlenkung um ungefähr 180 ° erfahren. Wie der Darstellung der 3A zu entnehmen ist, die das Ergebnis einer Strömungssimulation im Bereich des Auslasses eines Reinluftrohres und im Bereich des Eintritts in das Strömungsrohr 50 zeigt, existieren im Bereich des Eintritts in das Strömungsrohr 50 daher in der Nähe der Wand 60 des Strömungsrohrs 50 Gebiete 62 mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit und die Stromlinien verlaufen insbesondere in der Nähe der Wand nicht parallel zur Achse des Strömungsrohrs 50. 3B zeigt ein Geschwindigkeitsprofil der Sensoranordnung gemäß 1 am Auslass des Luftfilters 52 bzw. am Einlass in das Strömungsrohr 50 wobei eine dunklere Darstellung einer höheren Geschwindigkeit entspricht. Das Geschwindigkeitsprofil weist daher eine deutliche Asymmetrie auf. Dort verlassen die wandnahen Stromlinien die unmittelbare Nähe der Wand und ein Bereich mit negativen, also entgegen der Hauptströmung gerichteten Geschwindigkeiten, entsteht. Das Geschwindigkeitsprofil entsteht für den Fall in Strömungsrichtung ansteigenden Druckes. Der Geschwindigkeitsgradient an der Wand ist noch positiv. Weiter stromab allerdings wird der Geschwindigkeitsgradient zu Null und die Grenzschichtströmung löst in diesem Bereich 64 ab. Stromab des Ablösepunktes entsteht ein Rückströmungsbereich. Dort sind negative Geschwindigkeitsgradienten an der Wand und negative, entgegen der Hauptströmung gerichtete Geschwindigkeiten, vorhanden.
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Solch eine Strömungstopologie ist zeitlich nicht stabil. Die Ausdehnung in radialer und in Hauptströmungsrichtung 18 variiert mit der Zeit. Diese Änderungen wirken sich bis zum Kernbereich der Strömung aus. Aufgrund der Veränderungen des Strömungsfeldes bzw. der Außenströmung um den als Steckfühler ausgebildeten Sensor, die auch in der Nähe des Einlasses und der Auslässe der verzweigten Kanalstruktur 14 auftreten, verändert sich auch die Durchströmung der Kanalstruktur mit Hauptkanal 20 und Bypasskanal 24. Dadurch ergibt sich damit eine schlechte Reproduzierbarkeit der Kennlinie und erhöhtes Signalrauschen. Des Weiteren erhöht sich durch solche Strömungsablösungen der Druckabfall.
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Um eine Vergleichmäßigung der Strömung am Auslass des Luftfilters bzw. im Bereich des Einlasses des Strömungsrohres zu erzielen, wurde versucht, die aerodynamische Qualität der Strömung durch beispielsweise ein Strömungsgitter, das sich über den Querschnitt des Strömungsrohres erstreckt, verwendet. Diese Strategie sollte auch den Druckabfall auf ein akzeptables Niveau begrenzen. Das Strömungsgitter sorgt für einen Impulstransfer quer zur Hauptströmungsrichtung und führt auch wandnahen Bereichen der Strömung schnelles, wandfernes Fluid zu. Zusätzlich wird als Folge des Gitternachlaufes eine kleinskalige Turbulenz auch in der Nähe der Wand erzeugt, wodurch sich die Ablöseneigung sowohl an der Wand Strömungsrohrs als auch am Steckfühler verringert. Dadurch wird eine Stabilisierung des gesamten Geschwindigkeitsprofiles erreicht, die auch das Fluidvolumen beruhigt, welches durch den Bypasskanal und schließlich über die Sensormembran strömt. Ein derartiges Gitter ist beispielsweise in der
DE 10 2007 060 046 A1 beschrieben.
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So beschreibt beispielsweise die
DE 10 2007 055 193 A1 ein Gitter in einem Strömungsrohr, das an der Innenwand des Strömungsrohrs einen kreisringförmigen Gitterbereich aufweist, in dem die Gitterstreben unter einem Anstellwinkel von 5° bis 60° zur Hauptströmungsrichtung und einer radialen Ausrichtung gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind.
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Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Vergleichmäßigen der Strömung beinhalten diese noch Verbesserungspotential. So beinhaltet die Strategie mit dem Gitter beispielsweise die Herausforderung, dass es zwar an den einzelnen Elementen des Gitters zu Strömungsumlenkungen kommt, diese aber von einem unerwünschten Druckabfall begleitet werden. Dies ist insbesondere kritisch, falls sich die Strömung an den einzelnen Gitterstegen ablöst. Stromabwärts des Gitters erfolgt dabei in den Geschwindigkeits-Scherschichten eine Durchmischung. Dies führt zwar zu einer Gleichrichtung und einer Reduktion in der Wirbelgröße und damit zu einer gewissen Vergleichmäßigung der Strömung, allerdings ist diese mit einem größeren Druckabfall verbunden. Die turbulenten Längenskalen, d.h. die Wirbelabmessungen liegen dabei noch in der Größenordnung charakteristischer Außenabmessungen des Steckfühlers.
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Durch ein stromabwärts folgendes Drahtsieb kann eine noch kleinskaligere Durchmischung, also eine weitere Reduktion der Wirbelgrößen und damit noch weitere Vergleichmäßigung der Strömung, allerdings verbunden mit einem noch größeren Druckabfall erreicht werden.
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Design- bzw. Gestaltungsmaßnahmen auf der Reinluftseite des Luftfilters, insbesondere der Einbau einer oder mehrerer Leitschaufeln, können dabei einen erheblichen Beitrag zur Umlenkung der Strömung und Reduzierung der Ablöseneigung in der Nähe der Wand des Zylindergehäuses des Heißfilmluftmassenmessers leisten. Durch diese Vorarbeit lassen sich ebenfalls die lokalen Anstellwinkel an den einzelnen Gitterstegen des Zylindergehäuses des Heißfilmluftmassenmessers deutlich verringern, was zu einer Reduzierung des Druckabfalls führt. Auch im wandnahen Übergangsbereich vom gekrümmten Rohrsegment des Luftfilters zum Strömungsrohr muss die Strömung umgelenkt werden. Wie in 4 gezeigt ist, entstehen allerdings im Nachlauf einer solchen Umlenkung und auch im Nachlauf der erwähnten relativ groben Leitschaufel-Geometrien Wirbelschleppen 66, die in den messtechnisch relevanten Strömungsbereich des Steckfühlers schwimmen und starke Schwankungen im Messsignal durch instabile Sekundärströmungskomponenten verursachen können. Kosten- und Fertigungsaspekte begrenzen teilweise die Umsetzbarkeit von Designmaßnahmen auf der Reinluftseite des Luftfilters. Selbst bei gerader Zuströmung ohne Luftfilter können starke Schwankungen der Geschwindigkeit und des Anstellwinkels am Heißfilmluftmassenmessersteckfühler, d.h. der lokalen Richtung der Geschwindigkeit bezüglich einer gedachten Steckfühlerlängsachse, entstehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird daher eine verbesserte Sensoranordnung zur Bestimmung wenigstens einer Strömungseigenschaft eines mit einer Hauptströmungsrichtung strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Verfahren und Strategien zumindest weitgehend vermeiden bzw. die strömungsmechanischen Maßnahmen in positiver Entwicklungshinsicht ergänzen kann und bei der eine aerodynamisch effektive Strömungsumlenkung und störungsarme Zuströmung zur Sensoranordnung bei gleichzeitig möglichst geringem Druckverlust erzielt werden kann.
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Insbesondere kann daher eine Sensoranordnung zur Bestimmung wenigstens einer Strömungseigenschaft eines mit einer Hauptströmungsrichtung strömenden fluiden Mediums, insbesondere einer Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, angegeben werden, wobei die Sensoranordnung einen in einem Strömungsrohr angeordneten Steckfühler mit einem Sensor zur Bestimmung der Strömungseigenschaft des fluiden Mediums und mindestens ein in der Hauptströmungsrichtung stromaufwärts des Steckfühlers angeordnetes Profilbauteil aufweist, das einen Anstellwinkel von größer 0° und kleiner 90°, bevorzugt zwischen 5° bis 60°und besonders bevorzugt zwischen 10° bis 40° aufweist, wobei das Profilbauteil ringförmig ausgebildet ist und von einer Innenseite der Wand des Strömungsrohrs beabstandet angeordnet ist.
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Das Profilbauteil kann über Stege mit der Innenseite der Wand des Strömungsrohrs verbunden sein. Die Stege können durch Verstemmen, Verrasten, Einkleben oder Laserschweißen mit der Innenseite der Wand des Strömungsrohrs verbunden sein. Die Stege können in der Hauptströmungsrichtung gesehen gewölbt sein. Das Profilbauteil kann als Kreisring oder Ellipse ausgebildet sein. Das Profilbauteil kann sich in einem Einlassbereich des Strömungsrohrs oder in einem Abstand von dem Einlassbereich des Strömungsrohrs stromaufwärts des Steckfühlers befinden. Das Profilbauteil kann eine Dicke von 0,3 mm bis 10 mm, und bevorzugt von 0,45 mm bis 2 mm, aufweisen. Das Profilbauteil kann eine Aufdickung in seinem in Strömungsrichtung gesehen vorderem und/oder hinterem Endbereich oder über seine gesamte Länge bzw. Tiefe, welche von 3 bis 30 mm, bevorzugt von 5 bis 15 mm variieren kann, kontinuierlich verlaufende Variation der Dicke aufweisen. Das Profilbauteil kann gekrümmt sein und einen Krümmungsradius von 1 mm bis 30 mm aufweisen oder kann ungleichmäßig gekrümmt sein oder mindestens einen Knick aufweisen. Das Profilbauteil kann in seinem in Strömungsrichtung gesehen hinterem Endbereich eine Aussparung aufweisen.
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Ein Grundgedanke der Erfindung ist, in Bereichen starker Strömungsumlenkung und Neigung zur Strömungsablösung an einem Einlass eines einen Sensor umgebenden Bauteils, wie beispielsweise eines Steckfühlers einer Sensoranordnung zur Bestimmung wenigstens einer Strömungseigenschaft eines mit einer Hauptströmungsrichtung strömenden fluiden Mediums durch Einbau bzw. Integration eines Profilbauteils für eine aerodynamisch effektive Strömungsumlenkung bei gleichzeitig möglichst geringem Druckabfall zu sorgen. Die Erfindung schlägt daher einen Kompromiss bezüglich Umlenkung, Gleichrichtung, Stabilisierung der wandnahen Rohrströmung und Druckabfall mit möglichen Realisierungsformen auf der Seite der Sensoranordnung, wie beispielsweise eines Heißfilmluftmassenmessers, im Gegensatz zu einer eventuellen Realisierung auf der Seite des Luftfilters vor.
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Dadurch soll eine in der Regel zeitlich bzw. räumlich instabile Strömungsablösung an der Wand des Einlasses durch Einbringen eines Fluids mit hohem Impuls und kleinskaligen Turbulenzanteilen aus der Kernströmung verhindert bzw. reduziert werden. Insbesondere sollen von dem Einlass abschwimmende Längswirbel mit für den Sensor der Sensoranordnung ungünstigen Sekundärgeschwindigkeitskomponenten verhindert bzw. reduziert werden. Auch für den Fall einer Luftfilter-Verschmutzung und damit verbundenen Änderungen der Steckfühler-Zuströmung soll ein gleichmäßiges, fülliges und möglichst schwankungsarmes (große Skalen) Geschwindigkeitsprofil in der Sensoranordnung, insbesondere um einen Steckfühler herum und insbesondere stabile Strömungsbedingungen an den Ein- und Auslässen der oben erläuterten Kanalstruktur sichergestellt werden. Zusammenfassend sollen also zeitlich variierende Geschwindigkeitsprofile in der Sensoranordnung verhindert bzw. reduziert werden und damit für eine verbesserte Kennlinien-Reproduzierbarkeit sowie verringertes Signalrauschen sorgen. Ferner soll der Einfluss von fertigungsbedingten Geometrieabweichungen am Einlass des Strömungsrohres durch die erfindungsgemäße Maßnahme reduziert werden. Die erfindungsgemäße Sensoranordnung und insbesondere das erfindungsgemäße Profilbauteil sollen als Zusatzmodul eine möglichst kostengünstige und fertigungstechnisch umsetzbare Anwendung direkt am Eintritt des Sensors ohne weitere zusätzliche Teile ermöglichen und eine Lücke bezüglich möglicher, insbesondere strömungsmechanischer, Eingriffsmöglichkeiten, wie beispielsweise Luftfilter-Leitschaufel-System, Strömungsrohr-Kunststoffgitter und Strömungsrohr-Drahtsieb entsprechend dem Stand der Technik, schließen. Die erfindungsgemäße Anordnung soll damit für bestimmte Anwendungsfälle die zu starken bzw. mit ungünstigen Nebeneffekten verbundenen Eingriffsmöglichkeiten aus dem Stand der Technik ersetzen bzw. zweckmäßig ergänzen.
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Bezüglich der mindestens einen zu erfassenden Strömungseigenschaft, welche qualitativ und/oder quantitativ erfasst werden kann, kann beispielsweise auf die obige Beschreibung des Standes der Technik verwiesen werden. Insbesondere kann es sich bei dieser Strömungseigenschaft um eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Massenstrom und/oder einen Volumenstrom des fluiden Mediums handeln. Bei dem fluiden Medium kann es sich insbesondere um ein Gas, vorzugsweise um Luft handeln. Die Sensoranordnung ist insbesondere einsetzbar in der Kraftfahrzeugtechnik, beispielsweise im Ansaugtrakt einer Verbrennungsmaschine. Auch andere Einsatzgebiete sind jedoch grundsätzlich möglich.
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Die Sensoranordnung umfasst mindestens einen Steckfühler. Unter einem Steckfühler ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine einteilige oder auch mehrteilige Vorrichtung zu verstehen, welche den Sensorchip mit dem eigentlichen Sensor, wie beispielsweise eine Sensormembran enthält und diese Sensoranordnung nach außen zumindest weitgehend abschließt und zumindest weitgehend schützt gegenüber mechanischen Einwirkungen und vorzugsweise auch anderen Arten von Einwirkungen, beispielsweise chemischen Einwirkungen und/oder Feuchteeinwirkungen. Der Steckfühler ist in das strömende fluide Medium einbringbar, wobei eine austauschbare oder auch eine permanente Einbringung denkbar ist. Der Steckfühler kann beispielsweise in ein Strömungsrohr des strömenden fluiden Mediums hineinragen, wobei das Strömungsrohr selbst Bestandteil der Sensoranordnung sein kann oder auch als separates Teil vorgesehen werden kann, beispielsweise mit einer Öffnung, in welche der Steckfühler einbringbar ist. Der Steckfühler kann insbesondere zumindest teilweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein, beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens.
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In dem Steckfühler ist mindestens ein Elektronikmodul mit mindestens einem Strömungssensor zur Erfassung der Strömungseigenschaft aufgenommen. Unter einer Aufnahme in dem Steckfühler ist dabei zu verstehen, dass das Elektronikmodul zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, von dem Steckfühler umschlossen sein soll. Das Elektronikmodul ist zumindest teilweise in mindestens einem Elektronikraum des Steckfühlers angeordnet. Unter einem Elektronikraum wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein teilweise oder vollständig abgeschlossener Raum innerhalb des Steckfühlers verstanden, welcher in zumindest einer Richtung durch den Steckfühler abgeschlossen ist. Vorzugsweise umfasst der Elektronikraum mindestens eine von einer Oberfläche des Steckfühlers aus zugängliche Vertiefung in dem Steckfühler, beispielsweise eine quaderförmige Vertiefung. Der Elektronikraum kann, wie unten noch näher ausgeführt wird, beispielsweise für eine Bestückung zugänglich sein, beispielsweise von der Oberfläche her, und kann durch mindestens ein Verschlusselement, beispielsweise mindestens einen Elektronikraumdeckel, permanent oder reversibel verschließbar sein.
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Unter einem Strömungssensor ist dabei grundsätzlich ein beliebiges Sensorelement zu verstehen, welches zur Erfassung der mindestens einen Strömungseigenschaft ausgestaltet ist. Insbesondere kann der Strömungssensor, insbesondere eine mikromechanische Sensormembran, in einen Sensorchip eingelassen sein, beispielsweise einen Sensorchip der oben beschriebenen Art. Insbesondere kann dieser Sensorchip mindestens eine als mikromechanische Sensormembran ausgebildete Messoberfläche umfassen, welche von dem strömenden fluiden Medium überströmbar ist. Auf dieser Sensoroberfläche können sich beispielsweise mindestens ein Heizelement und mindestens zwei Temperaturfühler befinden, wobei, wie oben beschrieben, aus einer Asymmetrie des mittels der Temperaturfühler gemessenen Temperaturprofils auf die mindestens eine Strömungseigenschaft schließbar sein kann. Der mindestens eine Strömungssensor kann beispielsweise auf einem Sensorträger des Elektronikmoduls angeordnet sein, welcher in das strömende fluide Medium hineinragt. Das Elektronikmodul kann insbesondere einteilig ausgestaltet sein und kann insbesondere eine Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung tragen, welche eingerichtet ist, um den Strömungssensor anzusteuern und/oder Signale des Strömungssensors aufzunehmen. Dementsprechend kann das Elektronikmodul beispielsweise mindestens einen Schaltungsträger aufweisen. Weiterhin kann das Elektronikmodul insbesondere den mindestens einen Sensorträger aufweisen, welcher mit dem Schaltungsträger vorzugsweise mechanisch verbunden ist. Beispielsweise kann der Schaltungsträger in einem Elektronikraum des Steckfühlers angeordnet sein, und der Sensorträger kann aus diesem Elektronikraum heraus in das fluide Medium hineinragen. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Steckfühler mindestens einen von dem fluiden Medium durchströmbaren Kanal aufweist, wobei der Sensorträger des Elektronikmoduls, welcher den Strömungssensor trägt, aus dem Elektronikraum in den mindestens einen von dem fluiden Medium durchströmbaren Kanal in dem Steckfühler ragt. Dieser mindestens eine Kanal kann insbesondere einteilig ausgestaltet sein, kann jedoch auch mindestens einen Hauptkanal und mindestens einen von diesem Hauptkanal abzweigenden Bypasskanal aufweisen, wobei der Sensorträger vorzugsweise in den Bypasskanal hineinragt, wie dies grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Schaltungsträger des Elektronikmoduls kann insbesondere eine Leiterplatte umfassen, welche in Alleinstellung verwendet wird oder welche beispielsweise auch auf einem mechanischen Träger montiert ist, beispielsweise einem Stanz-Biege-Teil, beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff. Der Sensorträger kann mit dem Schaltungsträger unmittelbar verbunden sein oder auch mit dem Trägerteil, beispielsweise dem Stanz-Biege-Teil, beispielsweise indem der Sensorträger an dieses Stanz-Biege-Teil angespritzt ist. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich. So ist beispielsweise denkbar, das Elektronikmodul aus einem Leiterplattenmaterial herzustellen, wobei sowohl der Schaltungsträger als auch der Sensorträger aus dem Leiterplattenmaterial hergestellt sind, vorzugsweise aus einem Stück des Leiterplattenmaterials. Wiederum alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, aus dem Stand der Technik bekannte spritzgegossene Leiterplatten als Elektronikmodul zu verwenden, beispielsweise spritzgegossene Leiterplatten in einer oder mehreren so genannten MID-Techniken (MID: molded interconnect device). Verschiedene Ausgestaltungen sind denkbar. Das Elektronikmodul kann insbesondere eine Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung für den mindestens einen Strömungssensor umfassen. Das Elektronikmodul kann insbesondere einen Sensorträger umfassen, wobei der Sensorträger den Strömungssensor trägt und aus dem Elektronikraum in mindestens einen von dem fluiden Medium durchströmbaren Kanal in dem Steckfühler ragt. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Beispielsweise kann in einer Wand des Elektronikraums ein Durchbruch vorgesehen sein, welcher den Elektronikraum mit dem mindestens einen Kanal verbindet, wobei der Sensorträger durch den Durchbruch in den mindestens einen Kanal ragt. Der Elektronikraum und der Sensorraum können von derselben Seite des Steckfühlers aus zugänglich sein oder auch von einander gegenüberliegenden Seiten des Steckfühlers, beispielsweise für eine Bestückung. Beispielsweise kann der Steckfühler in einer Ebene senkrecht zur Einsteckrichtung einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen, mit einer der Strömung entgegenweisenden Stirnseite und einer der Strömung abweisenden Rückseite, wobei die Seiten im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung angeordnet sein können. Insbesondere kann es sich bei diesen Seiten um die Längsseiten eines Rechtecks handeln. Der Elektronikraum und der Sensorraum können insbesondere jeweils unabhängig voneinander durch Verschlusselemente, insbesondere mindestens einen Elektronikraumdeckel und/oder mindestens einen Sensorraumdeckel, verschließbar sein. Diese Deckel können beispielsweise mit dem Steckfühler verrastbar sein oder auf andere Weise verschließbar sein. Alternativ oder zusätzlich zu einer Deckelkonstruktion sind auch andere Arten von Verschlusselementen denkbar.
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Die Einlassöffnung kann insbesondere derartig ausgestaltet sein, dass das fluide Medium ungehindert durch die Einlassöffnung in den Sensorraum eindringen kann. Alternativ kann die mindestens eine Einlassöffnung jedoch auch ganz oder teilweise verschlossen ausgestaltet sein, beispielsweise durch mindestens eine Membran, insbesondere mindestens eine für Feuchtigkeit zumindest teilweise durchlässige Membran, insbesondere eine semipermeable Membran. Die mindestens eine Einlassöffnung kann grundsätzlich einen beliebigen Querschnitt aufweisen, beispielsweise einen rechteckigen und/oder runden und/oder polygonalen Querschnitt. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich. Die mindestens eine Einlassöffnung kann insbesondere in einem Sensorraumdeckel des Steckfühlers vorgesehen sein, wobei mittels des Sensorraumdeckels der Sensorraum zumindest teilweise verschließbar ist.
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Die Sensoranordnung kann darüber hinaus auch ein oder mehrere weitere Sensorelemente zur Erfassung mindestens einer weiteren physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft des fluiden Mediums umfassen.
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Die Sensoranordnung weist ferner mindestens ein in der Hauptströmungsrichtung stromaufwärts des Strömungssensors angeordnetes Profilbauteil auf, das einen Anstellwinkel von größer 0° und kleiner 90 °, bevorzugt im Bereich von 5° bis 60° und besonders bevorzugt im Bereich von 10° bis 40 °aufweist. Insbesondere ist das Profilbauteil ringförmig ausgebildet und von der Innenseite der Wand des Strömungsrohrs beabstandet angeordnet. Das Profilbauteil kann beispielsweise im Wesentlichen konzentrisch zu einer Rohrachse des Strömungsrohrs angeordnet sein, beispielsweise mit einem Versatz von nicht mehr als 5 mm, insbesondere nicht mehr als 2 mm und besonders bevorzugt 0 mm. Unter der Hauptströmungsrichtung ist dabei die lokale Strömungsrichtung des fluiden Mediums am Ort des Sensors bzw. der Sensoranordnung zu verstehen, wobei beispielsweise lokale Unregelmäßigkeiten wie zum Beispiel Turbulenzen unberücksichtigt bleiben können. Insbesondere kann unter der Hauptströmungsrichtung somit die lokale gemittelte Transportrichtung des strömenden fluiden Mediums verstanden werden. Unter dem Anstellwinkel ist der Winkel zwischen dem anströmenden Medium, beispielsweise der Ansaugluft, und der Profilsehne des Profilbauteils zu verstehen. Die Profilsehne ist dabei die gedachte Linie des Profilsbauteils von einem in Strömungsrichtung gesehen vorderen Endbereich bis zu einem in Strömungsrichtung gesehen hinteren Endbereich.
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Die Erfindung ist angesiedelt zwischen strömungstechnisch relativ groben Maßnahmen auf der Luftfilter-Reinluft-Seite, wie beispielsweise Leitschaufeln, und kleinskaligeren Maßnahmen wie Luftmassensensor-Kunststoffgittern oder Luftmassensensor-Drahtsieben. Hinsichtlich des Erfüllungsgrades bezüglich der Erhöhung der Kennlinien-Stabilität bzw. -Reproduzierbarkeit verglichen mit aerodynamisch groben oder gar keinen Maßnahmen auf Luftfilter-Reinluft- oder Sensor-Einlass-Seite, der Verringerung der Anströmempfindlichkeit, insbesondere bei Luftfilter-Partikel-Verschmutzung über die Lebensdauer, geometrischen Toleranzen der Sensor-Vorderkante, geometrischen Toleranzen des Flanschbereiches Sensor-Einlass / Luftfilter-Auslass, geometrischen Toleranzen von strömungsführenden Elementen im Bereich der Luftfilter-Reinluftleitung zum Sensor, stellt die Erfindung einen Zwischenschritt bzw. Kompromiss zu bislang bekannten und eingesetzten Maßnahmen dar. Dies gilt auch hinsichtlich des Erfüllungsgrades bezüglich der Reduzierung des Signalrauschens, eines möglichst geringen zusätzlichen Druckabfalls, insbesondere eines geringeren zusätzlichen Druckabfalls verglichen mit Kunststoffgittern oder gar Drahtsieben sowie einer möglichst kostengünstigen und fertigungstechnisch umsetzbaren Realisierung im Kontext des Gesamtsystems umfassend Luftfilter, Luftführung und Sensor.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
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Es zeigen:
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1 eine herkömmliche Sensoranordnung zur Erfassung mindestens einer Strömungseigenschaft eines fluiden Mediums;
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2 eine Sensoranordnung zur Erfassung mindestens einer Strömungseigenschaft eines fluiden Mediums in an einem Luftfilter herkömmlich montierter Position;
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3A das Ergebnis einer Strömungssimulation bei der herkömmlichen Sensoranordnung im Bereich eines Strömungsrohrs;
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3B ein Geschwindigkeitsfeld in dem Strömungsrohr der herkömmlichen Sensoranordnung in einer Ebene senkrecht zu dem Strömungsrohr;
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4 eine Querschnittsdarstellung des Strömungsrohrs mit gezeigtem Steckfühler der herkömmlichen Sensoranordnung und Wirbelschleppen;
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5 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Erfassung mindestens einer Strömungseigenschaft eines fluiden Mediums in Hauptströmungsrichtung gesehen;
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6 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Erfassung mindestens einer Strömungseigenschaft eines fluiden Mediums in Hauptströmungsrichtung gesehen;
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7A bis 7C verschiedene Ansichten der Montage der erfindungsgemäßen Sensoranordnung an einem Luftfilter;
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8A und 8B verschiedene Positionen eines erfindungsgemäßen Profilbauteils in einem Strömungsrohr in einer Schnittansicht gemäß Linie A-A in 5;
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9 eine Schnittansicht gemäß Linie B-B in 5; und
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10A bis 10I mögliche alternative Ausgestaltungsformen des Profilbauteils.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 5 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 100 zum Bestimmen wenigstens einer Strömungseigenschaft eines mit einer Hauptströmungsrichtung strömenden fluiden Mediums, insbesondere einer Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, gezeigt. Bauteile, die mit den Bauteilen der herkömmlichen Sensoranordnung identisch sind, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Sensoranordnung 100 umfasst einen Heißfilmluftmassenmesser in Form eines Steckfühlers 12 in einem Strömungsrohr 50 aus einem Kunststoff-Spritzguss, das Teil eines Ansaugtrakts einer Brennkraftmaschine stromabwärts eines nicht gezeigten Luftfilters ist. Andere Arten von Strömungssensoren sind aber ebenfalls denkbar. Der Heißfilmluftmassenmesser entspricht einem kommerziell erhältlichen Luftmassensensor vom Typ HFM7 der Robert Bosch GmbH, Deutschland. Der Steckfühler 12 ragt in dem Strömungsrohr 50 in das fluide Medium hinein.
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Obwohl es nicht explizit gezeigt ist, sind wie bei der herkömmlichen Sensoranordnung 10 innerhalb des Steckfühlers 24 ein Kanalbereich mit mindestens einem von dem fluiden Medium durchströmbaren Kanal und ein Elektronikbereich mit einem in das Steckfühler 12 eingelassenen Elektronikraum aufgenommen. Der Kanal weist seinerseits einen Hauptkanal und einen Bypasskanal auf. In dem Elektronikraum ist ein Elektronikmodul aufgenommen, welches einen Schaltungsträger mit einer Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung umfasst, der beispielsweise auf einem Bodenblech aufgenommen sein kann. Weiterhin umfasst das Elektronikmodul einen Sensorträger in Form eines an das Bodenblech angespritzten Flügels, welcher in den Bypasskanal hineinragt. In den Sensorträger ist ein Strömungssensor in Form eines Heißfilmluftmassenmesserchips eingelassen. Weiterhin kann der Steckfühler 12 eine Kühlöffnung umfassen, die sich in den Elektronikraum hinein erstreckt.
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Bei der kommerziell verfügbaren Ausgestaltung der Sensoranordnung 100 gemäß 5 bilden der Sensorträger und das Bodenblech somit eine Einheit, welche als Elektronikmodul bezeichnet wird und welche beispielsweise in diesem oder auch in anderen Ausführungsbeispielen eine Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung beinhalten kann, zur Ansteuerung und/oder Auswertung des Strömungssensors. Zusätzlich zum Strömungssensor wird noch die Elektronik des Schaltungsträgers und der Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung auf das Bodenblech aufgeklebt. Der Strömungssensor und die Ansteuer- und/oder Auswerteschaltung werden in der Regel durch Bondverbindungen miteinander verbunden. Das so entstandene Elektronikmodul wird beispielsweise in den Elektronikraum eingeklebt, und der gesamte Steckfühler wird durch Deckel verschlossen. In dem Steckfühler 12 befindet sich der Sensorchip.
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Wie beschrieben befindet sich der Steckfühler 12 mit dem Heißfilmluftmassenmesser in einem Strömungsrohr 50 eines Ansaugtrakts der Brennkraftmaschine, wobei ein Steckerbereich 68, der für die elektrischen Anschlüsse vorgesehen ist, außerhalb des Strömungsrohres 50 angeordnet ist. An der Außenseite der Wand 60 des Strömungsrohrs 50 befindet sich in dem, in der Hauptströmungsrichtung 18 betrachteten, Einlassbereich 56 ein Flansch 70 mit zwei Bohrlöchern 72. Der Flansch 70 dient zum Befestigen des Strömungsrohrs 50 an einem Luftfilter 52. Dabei kann dieser mit einem entsprechenden Flansch im Bereich des Auslasses des Luftfilters beispielsweise verschraubt werden, indem Schrauben durch die Bohrlöcher 72 gesteckt werden und mit einer Kontermutter fixiert werden. Die Darstellungen der 7A zeigt die Sensoranordnung 100 und den Steckfühler 12 in einem an dem Luftfilter 52 montierten Zustand entgegen der Hauptströmungsrichtung des Luftmassenstroms der Brennkraftmaschine gesehen. Die 7B und 7C zeigen den Einlass 56 in das Strömungsrohr 50 und den Steckfühler 12 in dem an dem Luftfilter 52 montierten Zustand, betrachtet in der Hauptströmungsrichtung 18 des Luftmassenstroms der Brennkraftmaschine.
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Stromaufwärts des Steckfühlers 12 befindet sich ein ringförmiges Profilbauteil 74, das in der Form eines Kreisringflügels ausgebildet ist. Das Profilbauteil 74 ist von der Innenseite der Wand 60 des Strömungsrohrs 50 beabstandet und mit dieser durch drei Stege 76 verbunden. Die Verbindung kann durch Schweißen, Verstemmen, Verrasten, Verkleben oder dergleichen erfolgen. Das Profilbauteil 74 in Form des Kreisringflügels kann in Abhängigkeit von der jeweiligen besonderen Anwendung der Sensoranordnung 100 sich in einem Abstand von Einlassbereich 56 befinden wie in 8A gezeigt ist, d.h. in der Hauptströmungsrichtung 18 gesehen stromabwärts des Einlassbereichs 56 angeordnet sein, oder unmittelbar im Einlassbereich 56 des Strömungsrohrs 50 angeordnet sein wie in 8B gezeigt ist. Die Details des Profilbauteils 74 und der Stege 76 werden nachstehend ausführlicher beschrieben.
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Die 8A und 8B zeigen einen Ausschnitt des Schnitts entlang der Linie A-A der 5 und 9 zeigt einen Ausschnitt des Schnitts entlang der Linie B-B der 5. Gemäß der Darstellung der 5 verläuft der Schnitt insbesondere durch die Stege 76. Die Stege 76 weisen ein gleichmäßig gewölbtes Profil auf, das sich in der Hauptströmungsrichtung des Luftmassenstroms zu dem Steckfühler 12 hin verjüngt. Die Stege 76 gehen in das Profilbauteil 74 über und können mit dem Profilbauteil 74 integral ausgebildet sein.
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In 6 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 560 zum Bestimmen wenigstens einer Strömungseigenschaft eines mit einer Hauptströmungsrichtung strömenden fluiden Mediums, insbesondere einer Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, ähnlich der Darstellung der 5 gezeigt. Nachstehend werden nur die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben und gleiche Bauteile weisen gleiche Bezugszeichen auf.
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Das in 6 gezeigte Profilbauteil 74 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform durch die Entfernung zur Innenseite der Wand 60 des Strömungsrohrs 50 und kann sich auch in der Profilierung unterscheiden. Der Radius der Vorderkante in dem Einlassbereich 56 des Strömungsrohrs 50 ist mittels eines Stahleinsatzes 78 scharfkantiger ausgebildet als derjenige der ersten Ausführungsform aus einem serienmäßigen Kunststoff-Spritzguss. Der Stahleinsatz kann dabei wie in 8A gezeigt stromaufwärts des Profilbauteils 74 angeordnet sein. Besonders bei starken Umlenkungen und nicht vorhandenem zylindrischen Vorlauf vor dem Strömungsrohr 50 bewirkt der Unterschied beim Vorderkanten-Radius eine veränderte Topologie der Ablösung an der Vorderkante, die wiederum einen Einfluss auf das resultierende Strömungsprofil im Rohr hat. Im Übrigen ist die zweite Ausführungsform identisch zu der ersten Ausführungsform. Nachstehende Erläuterungen gelten daher gleichermaßen für beide Ausführungsformen.
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Gemäß der Darstellung der 9 weist das Profilbauteil 74 ein gewölbtes Profil mit konstanter Dicke auf. Der in Hauptströmungsrichtung des Luftmassenstroms gesehen vordere 80 und hintere 82 Endbereich weist jeweils Abrundungen 84 auf. Ein Anstellwinkel ist größer als 0° und kleiner als 90°. Bevorzugt liegt er im Bereich zwischen 5° und 60° und besonders bevorzugt im Bereich zwischen 10° und 40°. Der Winkel hängt von der besonderen Anwendung der Sensoranordnung 100; 560 ab und kann je nach Einbaulage, wie beispielsweise im Bereich eines Ansaugtrakts der Brennkraftmaschine, variieren. Grundsätzlich gilt, dass bei zu großen Anstellwinkeln die Strömung auf der Saugseite des Profilbauteils 74 ablösen kann, was eine Reduzierung des Umlenkwinkels und eine Erhöhung des Druckabfalls mit sich bringt. Das Profilbauteil 74 weist eine gleichmäßige Dicke im Bereich von ca. 0,45 bis 4 mm auf. Der Radius der Wölbung des Profilbauteils liegt im Bereich von 1 bis 30 mm. Durch die besondere Form des Profilbauteils 7 erzeugen die resultierenden Scherschichten des Luftmassenstroms stromabwärts des Profilbauteils 74 eine Durchmischung bei einem geringen Druckabfall, so dass der Heißfilmluftmassenmesser und dessen Sensorelement mit einer gleichmäßigen Strömung beaufschlagt werden.
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Je nach Einbaulage und Anwendung kann die Form des Profilbauteils 74 modifiziert werden, wie in den 10A bis 10I gezeigt ist. Die möglichen Ausgestaltungsformen des Profilbauteils 74 sind nicht abschließend in ihrer Anzahl aufgeführt. Insbesondere ist eine Wölbung, wie sie in 10B gezeigt ist, nicht zwingend erforderlich, stattdessen ist ein geradliniger Verlauf in der Hauptströmungsrichtung ebenfalls denkbar, wie in 10A gezeigt ist. Das Profilbauteil kann in einem Anstellwinkel von im Wesentlichen 45° vorgesehen werden, wie in 10A gezeigt ist. Bei zu großen Anstellwinkeln löst die Strömung auf der Saugseite des Profilbauteils 74 ab, was eine Reduzierung des Umlenkwinkels und eine Erhöhung des Druckverlustes mit sich bringt. Flügelprofile mit Wölbung sind ungewölbten Profilen in aller Regel überlegen, eventuell aber fertigungstechnisch oder kostenmäßig nicht realisierbar bzw. vorzuziehen.
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Auch sind Profilbauteile 74 ohne Abrundungen 84 an den Enden denkbar. Insbesondere sind parallelogrammförmige Profilbauteile 74 denkbar wie in 10C gezeigt ist oder gewölbte Profilbauteile 74 ohne Abrundungen 84 wie in 10D gezeigt ist. Auch sind Verdickungen 86 entlang der Profilsehnen im Bereich des in der Hauptströmungsrichtung gesehen vorderen 80 und/oder hinteren 82 Endbereichs denkbar wie in den 10E und 10F gezeigt ist. So entspricht eine Verdickung 86 in dem vorderen 80 und/oder hinteren 82 Endbereich effektiv einer Querschnittsverringerung des Strömungsrohrs 50, die zu einer Beschleunigung der Strömung führen kann. Dadurch lässt sich eine Strömungsablösung vermeiden oder verringern. Eine beispielsweise scharfkantige Verdickung 86 in dem hinteren Endbereich 82 kann zu einer gezielten Strömungsablösung führen. Dadurch kann sich eine breite, starke Durchmischung der Strömung stromabwärts des Profilbauteils 74 ergeben.
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Das Profilbauteil 74 kann einen unstetigen Verlauf in seiner Erstreckungsrichtung in der Hauptströmungsrichtung aufweisen. Ein derartiger Verlauf kann beispielsweise in der Form eines Knicks 88 realisiert sein. Solche Varianten kommen eventuell aus spritzgusstechnischen Gründen in Betracht. Die Flügeltiefe, also die Lauflänge entlang des Profilbauteils ist bei allen Varianten ebenfalls ein Parameter. In Abhängigkeit der geforderten Umlenkung und unter Berücksichtigung der Nebenbedingung einer am Profilbauteil 74 anliegenden Strömung können dabei Profilbauteile 74 mit großen Krümmungsradien und großen Flügeltiefen resultieren, wobei sowohl der Radius als auch die Flügeltiefe in der Größenordnung von 1 Millimeter bis mehrere 10 Millimeter liegen kann.
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Wie in der 10H und 10I gezeigt ist, können sich im Bereich des in der Hauptströmungsrichtung gesehen hinteren Endes 82 des Profilbauteils 74 Aussparungen 90 oder Schlitze verschiedener Tiefe befinden, die zu einer stärkeren Durchmischung der Scherschicht stromabwärts des Profilbauteils 74 und zu kleinskaligen, relativ ortsstabilen Wirbeln in der Hauptströmungsrichtung 18 führen. Bei einer entsprechenden Auslegung stabilisieren diese Wirbel die Strömung. Ebenfalls können auch mehrere Profilbauteile 74 vorgesehen sein, deren Abstand zueinander und zu den anderen Bauteilen beliebig wählbar ist. Insbesondere kann das Profilbauteil 74 aus Metall, Metallverbindungen und deren Legierungen oder Kunststoff ausgebildet sein, so dass es kostengünstig herstellbar ist. Die Form des Profilbauteils 74 kann ebenfalls dem Querschnitt des Strömungsrohrs 50 angepasst werden und daher beispielsweise quadratisch, rechteckig oder elliptisch sein. Eine Strömungsbeeinflussung ist auch durch die Wahl des Radius der Vorderkante im Einlassbereich 56 des Strömungsrohrs 50 möglich und kann bei Metallrohren scharfkantiger als bei Kunststoffrohren ausgeführt sein.
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Entsprechende Formen lassen sich auch für die Stege 76 angeben, die stromlinienförmig, symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildet sein können und einen Anstellwinkel zu der Hauptströmungsrichtung aufweisen können. Die Wahl eines entsprechenden Anstellwinkels kann dabei zur Drallerzeugung oder Drallbeeinflussung in dem Luftmassenstrom dienen. Ebenfalls ist die Anzahl der Stege 76 frei wählbar.
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Auch ist es möglich, stromaufwärts des Profilbauteils ein Strömungsgitter vorzusehen. Die resultierenden Scherschichten stromab der Gitterstege erzeugen dementsprechend weniger bzw. mehr Durchmischung, aber evtl. auch weniger bzw. mehr Druckabfall. Der Druckabfall enthält dabei druck- und reibungsbasierte Komponenten, was beim Design des Profilbauteils im Sinne einer Optimierung berücksichtigt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007060046 A1 [0008]
- DE 102007055193 A1 [0009]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, S. 146–148 [0002]
