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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von bekannten Messvorrichtungen, welche beispielsweise in der Naturwissenschaft, der Technik oder der Medizintechnik eingesetzt werden können, um einen oder mehrere Parameter eines fluiden Mediums, insbesondere eine Temperatur, zu erfassen. Im Folgenden wird insbesondere Bezug genommen auf Messvorrichtungen, welche im Automobilbereich zum Einsatz kommen können. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Einsatzgebiete möglich.
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Die Erfindung geht insbesondere aus von bekannten Messvorrichtungen zur Erfassung einer Temperatur eines fluiden Mediums, beispielsweise eines Gases oder einer Flüssigkeit. Derartige Temperatursensoren, insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug, werden beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, erste Auflage 2010, Seiten 102 bis 111 und 137, beschrieben. Die dort dargestellten Messprinzipien sind grundsätzlich auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar. Im Folgenden wird dabei insbesondere auf die Erfassung von Temperaturen mittels so genannter NTC-Widerstände Bezug genommen, also von Widerständen, welche einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweisen.
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Die Erfindung kann insbesondere auch bekannte Drucksensoren umfassen, insbesondere Niederdrucksensoren, wie beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, erste Auflage 2010, Seiten 134 bis 136, beschrieben. Beispielsweise wird bei aus dem Stand der Technik bekannten Niederdrucksensoren ein Käfig verwendet, um einen Temperaturfühler, insbesondere den NTC mechanisch zu schützen, beispielsweise während des Einbaus und/oder im Betrieb.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Temperaturmessvorrichtungen bekannt, insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug. So zeigt beispielsweise
DE 10 2009 026 472 A1 eine Temperaturmessvorrichtung, umfassend mindestens einen Temperaturmessfühler, welcher in ein strömendes fluides Medium hineinragt. Der Temperaturmessfühler weist eine von dem strömenden fluiden Medium umströmte Außenoberfläche auf, welche mindestens einen Turbulator zur Erzeugung einer turbulenten Grenzschicht in dem strömenden fluiden Medium an der Außenoberfläche aufweist.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und/oder Applikationen kann von Zeit zu Zeit ein Versagensfall auftreten, beispielsweise indem der NTC durch strömungsinduzierte Schwingungen in Vibration gerät und insbesondere im Extremfall trotz eines kleinen Bewegungsspielraumes durch Ermüdungsbruch versagt, insbesondere indem Anschlüsse, beispielsweise Beinchen des NTC und/oder des Käfigs, versagen. Diese strömungsinduzierten Schwingungen können durch Turbulenz im Nachlauf oder periodisch abwechselnde Strömungsablösungen ausgelöst werden, beispielsweise auf einer rechten und/oder linken Seite des Käfigs, insbesondere in einer Strömungsrichtung des fluides Mediums. Dabei kann eine auftretende Strömungstopologie dem aus der Literatur bekannten Phänomen der Kármánschen Wirbelstraße ähneln, allerdings tritt das Phänomen hier bevorzugt bei anderen Strömungseigenschaften und/oder Re-Zahlen auf. Durch die Geometrie des Käfigs kann je nach Anströmrichtung, beispielsweise zunächst im Nachlauf des Käfigs, ein großes, instabiles Ablösegebiet entstehen, welches insbesondere aufgrund seiner Instabilität die Ausbildung von Turbulenz und/oder periodischen Wirbeln begünstigen kann. Zusätzlich kann ein Wärmeaustausch zwischen dem NTC und einem Umgebungsfluid, insbesondere dem strömenden fluiden Medium, behindert werden, beispielsweise derart, dass Fehler in der Temperaturbestimmung auftreten können und/oder eine Ansprechzeit des Temperaturmessfühlers zu hoch wird. Wünschenswert wäre daher eine Temperaturmessvorrichtung, welche eine geringere Neigung des NTCs und/oder des Käfigs zu strömungsinduzierten Schwingungen aufweist und/oder einen verbesserten Wärmeübergang und damit kürzere Ansprechzeiten aufweist.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird dementsprechend eine Temperaturmessvorrichtung zur Erfassung einer Temperatur eines strömenden fluiden Mediums, insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug und vorzugsweise zum Einsatz in einem kombinierten Druck-Temperatur-Sensor, vorgeschlagen, welche die oben genannten Nachteile bekannter Vorrichtungen der genannten Art zumindest teilweise vermeidet. Die Temperaturmessvorrichtung kann grundsätzlich analog zu den oben beschriebenen Vorrichtungen ausgestaltet sein. Die Temperaturmessvorrichtung kann insbesondere in Niederdrucksensoren eingesetzt werden, beispielsweise in einem Saugrohr einer Brennkraftmaschine. Auch andere Anwendungen innerhalb oder außerhalb des Automobilbereichs sind jedoch möglich.
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Bei dem strömenden fluiden Medium kann es sich beispielsweise allgemein um ein Gas und/oder um eine Flüssigkeit und/oder um ein Plasma handeln. Die Temperaturmessvorrichtung umfasst mindestens einen Temperaturmessfühler. Unter einem Temperaturmessfühler kann grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche eine Temperatur des strömenden fluiden Mediums erfassen kann, wobei grundsätzlich alle bekannten Messprinzipien, einzeln oder auch in beliebiger Kombination, zum Einsatz kommen können. Insbesondere kann der Temperaturmessfühler eingerichtet sein, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, aus welchem auf die Temperatur des strömenden fluiden Mediums geschlossen werden kann. Der Temperaturmessfühler kann beispielsweise mindestens einen Messkopf und/oder mindestens eine Zuleitung umfassen, beispielsweise mindestens eine Drahtzuleitung und/oder mindestens einen gekapselten Messkopf. Beispielsweise kann der Temperaturmessfühler eine von dem strömenden fluiden Medium umströmte Außenoberfläche aufweisen. Beispielsweise kann es sich bei der umströmten Außenoberfläche um eine Außenoberfläche des Messkopfs des Temperaturmessfühlers handeln, beispielsweise eine Kunststoff- und/oder Glasoberfläche. Beispielsweise kann es sich bei dem Temperaturmessfühler um einen Temperatursensor, wie oben beschrieben, handeln.
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Die Temperaturmessvorrichtung weist weiterhin mindestens ein von dem fluiden Medium durchströmbares Gehäuse auf. Unter einem Gehäuse kann prinzipiell eine Vorrichtung verstanden werden, welche den Temperaturmessfühler zumindest teilweise gegenüber Umwelteinflüssen schützen kann, beispielsweise gegenüber mechanischen Umwelteinflüssen. Der Ausdruck "von dem fluiden Medium durchströmbar" kann prinzipiell derart verstanden werden, dass das Gehäuse zumindest teilweise durchlässig für das fluide Medium ist. Beispielsweise kann das Gehäuse mindestens eine Öffnung zum Durchströmen des fluiden Mediums aufweisen. Beispielsweise kann das Gehäuse aus einem Material hergestellt sein, welches eine Durchströmung des fluiden Mediums ermöglicht.
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Der Temperaturmessfühler ist zumindest teilweise in dem Gehäuse aufgenommen. Hierunter kann insbesondere verstanden werden, dass der Temperaturmessfühler beispielsweise zumindest teilweise von dem Gehäuse umgeben und/oder umschlossen ist. Insbesondere kann das Gehäuse einen Schutz vor Umwelteinflüssen gegenüber dem Temperaturmessfühler bieten.
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Das Gehäuse ragt zumindest teilweise in das strömende fluide Medium hinein. Unter dem Ausdruck "in das strömende fluide Medium hineinragen" kann insbesondere verstanden werden, dass zumindest ein Teil des Gehäuses von dem strömenden fluiden Medium umströmt werden kann. Beispielsweise kann das Gehäuse derart in das strömende fluide Medium hineinragen, dass eine Achse des Temperaturmessfühlers im Wesentlichen senkrecht zu einer Strömungsrichtung, insbesondere einer Hauptströmungsrichtung, des strömenden fluiden Mediums ausgerichtet ist. Bei der Achse des Temperaturmessfühlers kann es sich beispielsweise um eine Achse handeln, welche parallel zu einer Symmetrieachse des Temperaturmessfühlers verläuft. Unter der Strömungsrichtung des strömenden fluiden Mediums kann beispielsweise eine Richtung verstanden werden, in welche das strömende fluide Medium sich bewegt, insbesondere überwiegend und/oder gemittelt bewegt. Unter "im Wesentlichen senkrecht" kann insbesondere ein Winkel zwischen der Achse des Temperaturmessfühlers und der Strömungsrichtung des strömenden fluiden Mediums von ungefähr +45° bis 135°, insbesondere von 80° bis 100°, besonders bevorzugt von ungefähr 90° verstanden werden.
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Das Gehäuse weist zumindest einen Turbulator auf, wobei der Turbulator eingerichtet ist, um in dem strömenden fluiden Medium Wirbel, insbesondere zumindest ein Wirbel, zu erzeugen. Bei dem Turbulator kann es sich grundsätzlich um ein beliebiges Element handeln, welches mindestens einen Wirbel und/oder Turbulenzen, bevorzugt in einer Grenzschicht des strömenden fluiden Mediums, im Bereich des Gehäuses und/oder in einem Strömungsnachlauf hinter dem Gehäuse und/oder dem Temperaturmessfühler, erzeugen kann. Bei dem Wirbel kann es sich bevorzugt um eine Kreisströmung des fluiden Mediums handeln.
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Der Trubulator kann eingerichtet sein, um mindestens einen Wirbel mit einer Wirbelachse im Wesentlichen parallel zu der Strömungsrichtung des strömenden fluiden Mediums zu generieren. Bei der Strömungsrichtung kann es sich neben der obigen Definition insbesondere auch um eine Hauptrichtung eines Massentransports, insbesondere des fluiden Mediums, bevorzugt am Ort des Temperaturmessfühlers, handeln. Bei der Wirbelachse kann es sich beispielsweise um einen Wirbelvektor handeln, um welchen eine, beispielsweise kreisförmige und/oder spiralförmige, Wirbelströmung vorhanden sein kann. Die Wirbelachse kann insbesondere in Richtung der Rotation des fluiden Mediums ausgerichtet sein. Der Ausdruck "im Wesentlichen parallel" kann beispielsweise ein Winkel zwischen der Strömungsrichtung und der Wirbelachse von +45° bis –45°, insbesondere von +10° bis –10°, besonders bevorzugt von ungefähr 0° bedeuten. Der Wirbel kann insbesondere eine spiralförmige Bewegung 130 des fluiden Mediums in Strömungsrichtung aufweisen, insbesondere beispielsweise senkrecht zu der Achse des Temperaturmessfühlers.
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Das Gehäuse kann mindestens einen Innenraum aufweisen. Unter einem Innenraum kann prinzipiell ein Raum verstanden werden, der zumindest teilweise von dem Gehäuse umgeben sein kann. Der Temperaturmessfühler kann zumindest teilweise in dem Innenraum aufgenommen sein. Beispielsweise kann der Temperaturmessfühler zumindest teilweise von dem Gehäuse umgeben sein. Das Gehäuse kann mindestens eine Öffnung aufweisen. Bevorzugt kann das Gehäuse mehrere Öffnungen aufweisen. Unter einer Öffnung kann prinzipiell eine Aussparung des Gehäuses verstanden werden, durch welche das fluide Medium strömen kann. Prinzipiell kann es sich bei der Öffnung auch um eine Porosität und/oder Durchlässigkeit mindestens eines Materials des Gehäuses für mindestens einen Teil des fluiden Mediums handeln. Bei der Öffnung kann es sich beispielsweise um ein oder mehrere Bohrungen und/oder Schächte handeln. Insbesondere kann das Gehäuse mehrere Öffnungen aufweisen, durch welche das strömende fluide Medium in den Innenraum gelangen kann. Unter dem Ausdruck "gelangen kann" kann insbesondere verstanden werden, dass das fluide Medium in den Innenraum strömen kann.
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Das Gehäuse kann beispielsweise als Käfig ausgestaltet sein. Das Gehäuse und/oder der Käfig kann mindestens eine Strebe aufweisen, insbesondere mindestens drei Streben. Bei dem Käfig kann es sich prinzipiell um jedes Gehäuse handeln, welches bevorzugt mindestens eine Öffnung aufweist. Bevorzugt kann der Käfig eine Oberfläche aufweisen, durch welche das fluide Medium strömen kann, welche besonders bevorzugt größer sein kann als eine Oberfläche durch welche die Strömung des fluiden Mediums nicht strömen kann. Ein Käfig kann beispielsweise mehrere Streben und/oder Querstreben aufweisen, welche beispielsweise im Wesentlichen senkrecht und/oder im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein können. Unter einer Strebe kann insbesondere ein längliches Gitterelement verstanden werden, beispielsweise ein Beinchen. Bevorzugt kann das Gehäuse mindestens drei Streben aufweisen, welche beispielsweise an einem Ende zueinander zulaufen können und/oder an mindestens einer Stelle miteinander verbunden sein können, beispielsweise an einem Ende der Temperaturmessvorrichtung, insbesondere an mindestens einem Verbindungspunkt. Beispielsweise können die drei Streben gegenüber des Verbindungspunktes, insbesondere des Endes der Temperaturmessvorrichtung mit mindestens einem Gehäuseteil, beispielsweise mindestens einer Fassung, verbunden sein.
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Der mindestens eine Turbulator kann eine oder mehrere der folgenden Geometrien aufweisen, inbesondere in beliebiger Kombination: Eine Zacke, eine Stufe; ein Loch; eine raue Oberfläche. Grundsätzlich kann der Turbulator auf verschiedene Arten ausgestaltet sein, solange dieser eingerichtet ist, um eine turbulente Grenzschicht an einer Außenoberfläche und/oder eine Turbulenz im Nachlauf des Käfigs zu erzeugen, insbesondere an einer Außenoberfläche des Gehäuses und/oder des Käfigs und/oder des Temperaturmessfühlers. Bei der rauen Oberfläche kann es sich beispielsweise um eine Aufrauhung, insbesondere eine Aufrauhung der ansonsten im Wesentlichen glatten Außenoberfläche, handeln. Bei der rauen Oberfläche kann es sich beispielsweise um eine Oberfläche handeln, welche eine Unebenheit und/oder Unregelmäßigkeit der Oberflächenhöhe aufweisen kann. Beispielsweise kann die raue Oberfläche durch Sandstrahlen und/oder Schleifen und/oder Ätzen und/oder Bedampfen und/oder Korrosion und/oder Polieren und/oder Drehen und/oder Rändeln erreicht werden. Beispielsweise kann die Oberfläche eine mittlere Rauheit von 1 µm bis 5 mm, insbesondere von 10 µm bis 1000 µm, bevorzugt von 100 µm aufweisen. Prinzipiell sind aber auch höhere mittlere Rauheiten möglich. Üblicherweise ist ein Einfluss einer Rauheit, insbesondere auf die Erzeugung von Wirbeln, gegenüber beispielsweise den anderen genannten Geometrien von Turbulatoren, beispielsweise von Zacken oder ähnlichem, vernachlässigbar. Bei einer Stufe kann es sich beispielsweise um eine Topologie handeln, welche mindestens zwei zueinander im Wesentlichen senkrechte Flächen aufweist. Bei einer Zacke kann es sich um eine Oberflächentopologie handeln, wobei mindestens zwei Oberflächen einen Winkel von mehr als 180° zueinander aufweisen. Bei einem Loch kann es sich beispielsweise um eine Bohrung handeln. Prinzipiell kann das Loch eine Öffnung mit einer beliebigen Geometrie sein. Beispielsweise kann das Loch rund und/oder oval und/oder eckig, beispielsweise rechteckig oder quadratisch, sein. Beispielsweise kann der Turbulator mindestens eine scharfkantige Erhebung aufweisen und/oder mindestens eine Vertiefung, insbesondere eine Vertiefung mit geringem Durchmesser, beispielsweise mindestens eine Delle und/oder mindestens eine Ätzung der Außenoberfläche, insbesondere eine Anätzung einer ansonsten im Wesentlichen glatten Außenoberfläche. Der Turbulator kann alternativ oder zusätzlich mindestens eine der Hauptströmungsrichtung entgegen weisende gezackte Oberflächenstruktur, insbesondere eine gezackte Erhebung auf der Außenoberfläche, vorzugsweise mit Zacken, und/oder mindestens einen Vorsprung aufweisen, insbesondere einen auf die Außenoberfläche permanent oder reversibel aufgebrachten Turbulatordraht.
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Der Turbulator kann beispielsweise um 0,05 mm bis 5 mm, insbesondere um 1 mm bis 2 mm, in die Strömung des fluiden Mediums hineinragen. Der Turbulator kann prinzipiell an einer beliebigen Stelle des Gehäuses angebracht sein. Beispielsweise kann der Turbulator mindestens teilweise von der Strebe umfasst sein und/oder die Strebe kann den mindestens einen Turbulator aufweisen. Beispielsweise kann der Turbulator auch an einem Verbindungspunkt mindestens zweier Streben und/oder an einem anderen Teil des Käfigs und oder des Gehäuses angebracht sein. Der Turbulator kann beispielsweise an einer beliebigen Stelle einer Strebe angebracht sein, bevorzugt an einem Teil einer Strebe, welche in das fluide Medium weist, insbesondere von den Temperaturmessfühlern weg weist.
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Der Turbulator kann mindestens eine Zacke und/oder mindestens eine Stufe mit einer Kantenlänge von 0,5 mm bis 2 mm, insbesondere mit einer Kantenlänge von 1 mm bis 1,5 mm, bevorzugt mit ungefähr 1,25 mm, aufweisen. Unter der Kantenlänge kann beispielsweise eine mittlere Länge des Turbulators, welcher in das strömende fluide Medium hineinragt, angesehen werden.
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Der Turbulator kann mindestens ein Loch umfassen, wobei das Loch beispielsweise einen Durchmesser von 0,5 mm bis 2 mm, insbesondere von 1 mm bis 1,5 mm, besonders bevorzugt von 1,25 mm, aufweisen kann. Bei dem Durchmesser des Lochs kann es sich insbesondere um einen Durchmesser handeln, welcher im Wesentlichen senkrecht zu einer Achse des Lochs gemessen werden kann. Bei einem Loch, welches eine andere Form als eine Kreisform aufweist, kann der Durchmesser als Durchmesser eines Kreises definiert sein, welcher beispielsweise die gleiche Fläche wie das Loch aufweist.
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Der Temperaturmessfühler kann mindestens einen Temperaturmesswiderstand aufweisen, insbesondere mindestens einen NTC-Widerstand. Bei einem NTC-Widerstand (Negative Temperature Coefficient Thermistor), kann es sich insbesondere um einen Heißleiter handeln, beispielsweise um einen elektrischen Widerstand mit einem negativen Temperatur-Koeffizienten. Bei dem Temperaturmesswiderstand kann es sich beispielsweise um ein Halbleiterbauelement handeln. Beispielsweise kann dieser zwei oder mehrere Anschlusskontakte umfassen, beispielsweise in Form von biegbaren Drähten, sowie mindestens einen Messkopf, beispielsweise ein Messkopf wie oben beschrieben, beispielsweise in Form einer Glas- und/oder Kunststoffperle. Weiterhin kann der Temperaturmessfühler, insbesondere der Messkopf des Temperaturmessfühlers, mindestens eine von dem strömenden fluiden Medium umströmte Ummantelung aufweisen, insbesondere eine Glas- und/oder Kunststoffummantelung. Diese Ummantelung kann beispielsweise ebenfalls mindestens einen Turbulator aufweisen.
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Die Temperaturmessvorrichtung kann mindestens einen weiteren Messfühler zur Erfassung mindestens eines weiteren physikalischen und/oder chemischen Parameters aufweisen. Beispielsweise kann die Temperaturmessvorrichtung mindestens einen Drucksensor und besonders bevorzugt mindestens einen Niederdrucksensor aufweisen. Dementsprechend kann die Temperaturmessvorrichtung beispielsweise als kombinierte Druck-Temperatur-Messvorrichtung (D-T-Sensor) ausgestaltet sein. Der Drucksensor, insbesondere der Niederdrucksensor, kann beispielsweise ausgestaltet sein wie in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, erste Auflage 2010, Seiten 134–136, dargestellt. Beispielsweise kann der Drucksensor, insbesondere der Niederdrucksensor, mindestens eine Membran aufweisen. Abhängig von einem einwirkenden äußeren Druck, insbesondere des strömenden fluiden Mediums, kann die Membran unterschiedlich stark durchgebogen werden. Hierbei kann beispielsweise mindestens ein Widerstand auf der Membran seinen elektrischen Widerstand ändern. Durch die Änderung von dem mindestens einen Widerstand kann sich ein Verhältnis von elektrischen Spannungen ändern, welche erfasst werden können, und bevorzugt Auskunft über mindestens einen Druck des fluiden Mediums geben können.
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Bei dem weiteren Messfühler kann es sich prinzipiell um einen beliebigen Messfühler handeln, beispielsweise um mindestens einen weiteren Temperaturmessfühler und/oder mindestens ein Sensorelement zur Erfassung eines Anteils einer Komponente des fluiden Mediums und/oder mindestens ein Sensor zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit des fluiden Mediums.
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Das Gehäuse kann vollständig oder teilweise aus mindestens einem Kunststoff gefertigt sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Gehäuse um ein Spritzgussgehäuse handeln. Das Gehäuse kann insbesondere mindestens einen Messstutzen aufweisen, beispielsweise einen Vorsprung, welcher in das strömende fluide Medium hineinragen kann. Das Gehäuse kann beispielsweise in eine Wand eines Strömungsrohrs des strömenden fluiden Mediums eingebracht sein, beispielsweise über eine oder mehrere entsprechende Dichtungen, wobei der Messstutzen in das strömende fluide Medium hineinragt. Der Temperaturmessfühler kann ganz oder teilweise in den Messstutzen eingebracht sein und kann auf diese Weise vollständig oder teilweise in das strömende fluide Medium hineinragen. Der Käfig kann insbesondere ein Teil des Gehäuses sein.
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Durch den Turbulator kann sich insbesondere ein Impulsaustausch zwischen einer schnellen Außenströmung, insbesondere außerhalb des Gehäuses und/oder des Käfigs und einem langsamen Fluid, insbesondere in der Nähe einer Oberfläche der Temperaturmessvorrichtung erhöhen.
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Die oben beschriebene Temperaturmessvorrichtung kann gegenüber bekannten Temperaturmessvorrichtungen der genannten Art zahlreiche Vorteile aufweisen. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Temperaturmessvorrichtung eine geringere Neigung zu strömungsinduzierten Schwingungen aufweisen, insbesondere kann beispielsweise der NTC eine geringere Neigung zu strömungsinduzierten Schwingungen aufweisen. Weiterhin kann mit einer erfindungsgemäßen Temperaturmessvorrichtung ein verbesserter Wärmeübergang erzielt werden, wodurch beispielsweise kürzere Ansprechzeiten erreicht werden können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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Es zeigen:
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1A: eine Frontalansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Temperaturmessvorrichtung;
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1B: eine schräge Ansicht des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
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2: ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperaturmessvorrichtung;
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3: ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperaturmessvorrichtung;
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4: ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperaturmessvorrichtung;
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5A, 5B schematische Darstellung einer Verbesserung einer Strömungs- und 5C: tropologie bei Verwendung der erfindungsgemäßen Temperaturmessvorrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den 1A, 1B, 2, 3, 4 und 5D sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Temperaturmessvorrichtung 110 zur Erfassung einer Temperatur eines strömenden fluiden Mediums 112, insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug und vorzugsweise zum Einsatz in einem kombinierten Druck-Temperatur-Sensor 114, dargestellt.
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Die Temperaturmessvorrichtung 110 weist mindestens einen Temperaturmessfühler 116 und mindestens ein von dem fluiden Medium 112 durchströmbares Gehäuse 118 auf. Der Temperaturmessfühler 116 ist zumindest teilweise in dem Gehäuse 118 aufgenommen. Das Gehäuse 118 ragt zumindest teilweise in das strömende fluide Medium 112 hinein. Beispielsweise kann das Gehäuse 118 und/oder der Temperaturmessfühler 116 derart in das strömende fluide Medium 112 hineinragen, dass eine Achse 120 des Temperaturmessfühlers 116 im Wesentlichen senkrecht zu einer Strömungsrichtung 122 des strömenden fluiden Mediums 112 ausgerichtet ist. Bei dem Ausdruck "im Wesentlichen senkrecht" kann es sich beispielsweise um einen Winkel zwischen der Achse 120 und der Strömungsrichtung 122 von 45° bis 135°, insbesondere von 80° bis 100°, besonders bevorzugt von ungefähr 90° handeln. Das Gehäuse 118 weist zumindest einen Turbulator 124 auf. Der Turbulator 124 ist eingerichtet, um in dem strömenden fluiden Medium 112 Wirbel 126, beispielsweise auch mindestens einen Wirbel 126, zu erzeugen.
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Der Turbulator 124 kann eingerichtet sein, um mindestens einen Wirbel 126 mit einer Wirbelachse 128 im Wesentlichen parallel zu der Strömungsrichtung 122 des strömenden fluiden Mediums 112 zu generieren. Bei dem Ausdruck "im Wesentlichen parallel" kann es sich insbesondere um einen Winkel zwischen der Strömungsrichtung 122 und der Wirbelachse 128 von +45° bis –45°, insbesondere von +10° bis –10°, besonders bevorzugt von ungefähr 0° handeln. Bei der Strömungsrichtung 122 kann es sich insbesondere um eine Hauptrichtung des Massentransports am Ort des Temperaturmessfühlers 116 und/oder des Gehäuses 118 handeln. Die Wirbel 126 können insbesondere eine spiralförmige Bewegung 130 des fluiden Mediums 112 in Strömungsrichtung 122 aufweisen, insbesondere senkrecht zu der Achse 120 des Temperaturmessfühlers 116.
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Der Temperaturmessfühler 116 kann mindestens einen Temperaturmesswiderstand 132 aufweisen, insbesondere einen NTC-Widerstand 134.
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Das Gehäuse 118 kann mindestens einen Innenraum 136 aufweisen. Der Temperaturmessfühler 116 kann zumindest teilweise in dem Innenraum 136 aufgenommen sein. Das Gehäuse 118 kann mindestens eine, bevorzugt mehrere, Öffnungen 138 aufweisen, durch welche beispielsweise das strömende fluide Medium 112 in den Innenraum 136 gelangen kann.
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Das Gehäuse 118 kann beispielsweise als Käfig 140 ausgestaltet sein. Das Gehäuse 118, insbesondere der Käfig 140, kann beispielsweise mindestens eine Strebe 142 aufweisen, insbesondere mindestens drei Streben 142. Der mindestens eine Turbulator 124 kann einen oder mehrere der folgenden Geometrien aufweisen, beispielsweise in beliebiger Kombination: eine Zacke 144; eine Stufe 146; ein Loch 148; eine raue Oberfläche 150. Prinzipiell sind auch andere Formen von Turbulatoren 124 möglich. Insbesondere können verschiedene Arten von Turbulatoren 124 beliebig miteinander kombiniert werden. In den 1A, 1B, 2, 3, 4, 5C und 5D sind insbesondere unterschiedliche Formen und/oder Arten von einsetzbaren Turbulatoren 124 in unterschiedlichen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen dargestellt. Insbesondere wird gezeigt, wie einsetzbare Turbulatoren 124 beispielsweise aussehen können. Bei den möglichen Turbulatorformen kann insbesondere entscheidend sein, dass beispielsweise mindestens eine Flanke 152 des Gehäuses 118, beispielsweise des Käfigs 140, insbesondere von Streben 142, besonders bevorzugt von Käfigstreben, Geometrien aufweist, welche zuverlässig Wirbel 126 erzeugen können. Am einfachsten kann dies beispielsweise durch Zacken 144, insbesondere wie in 4 dargestellt, und/oder durch Stufen 146, insbesondere wie in 2 dargestellt, geschehen. In dem in 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Turbulator 124 insbesondere eine Oberflächenrauigkeit, insbesondere eine raue Oberfläche 150, umfassen. Der Turbulator 124 kann beispielsweise mindestens eine Zacke 144 und/oder mindestens eine Stufe 146 und/oder mindestens eine andere Art eines Turbulators 124 umfassen, wobei die Kantenlänge 158 einer Zacke 144 und/oder einer Stufe 146 beispielsweise zwischen 0,5 und 2 mm aufweisen kann. Der Turbulator 124 kann, wie oben beschrieben, beispielsweise auch mindestens ein Loch 148 als andere mögliche Geometrie, insbesondere mehrere Löcher, umfassen. Das Loch 148 oder die Löcher können beispielsweise nahe des Randes 154 der Streben 142 angebracht sein, wie insbesondere in 3 dargestellt. Das mindestens eine Loch 148 kann beispielsweise einen Durchmesser 156 von 0,5 mm bis 2 mm aufweisen. Bei dem Durchmesser 156 kann es sich insbesondere um einen Lochdurchmesser handeln.
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Die Temperaturmessvorrichtung 110 kann beispielsweise mindestens einen weiteren Messfühler 160 zur Erfassung mindestens eines weiteren physikalischen und/oder chemischen Parameters aufweisen. Die Temperaturmessvorrichtung 110 kann beispielsweise als Druck-Temperatur-Sensor 114 ausgestaltet sein, wie beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel in 1A und 1B dargestellt. Insbesondere kann die Temperaturmessvorrichtung 110, wie in 1A und 1B dargestellt, mindestens einen Drucksensor 162, bevorzugt mindestens einen Niederdrucksensor 164, aufweisen. Bei dem Käfig 140 kann es sich insbesondere um einen NTC-Käfig handeln.
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In den 5A, 5B, 5C und 5D sind insbesondere Unterschiede einer Strömungstopologie bei unterschiedlichen Temperaturmessvorrichtungen 110 dargestellt. In 5A ist beispielsweise eine Temperaturmessvorrichtung 110 dargestellt, welche höchstens gering ausgeprägte Turbulatoren 124 aufweist. Durch eine gestrichelte Linie in 5A ist beispielsweise eine Schnittlinie 155 dargestellt, worauf sich 5B als Schnittdarstellung, insbesondere durch den NTC-Widerstand 134 und den NTC-Käfig, insbesondere durch das Gehäuse 118, bezieht. In 5B ist insbesondere ein großes Ablösegebiet 166 hinter der Temperaturmessvorrichtung 110, insbesondere hinter dem NTC-Widerstand 134, und/oder eine periodische Wirbelstraße 168 dargestellt. 5B zeigt insbesondere ein Ablösegebiet 166 und/oder eine periodische Wirbelstraße 168 für eine Temperaturmessvorrichtung 110 mit höchstens sehr kleinen Turbulatoren 124, beispielsweise eine nur leicht raue Oberfläche 150 des Käfigs 140. In 5C und 5D ist insbesondere dargestellt, wie durch an das Gehäuse 118, insbesondere den Käfig 140, beispielsweise die Streben 142 um den NTC-Widerstand 134, angebrachte Turbulatoren 124 insbesondere Wirbel 126, bevorzugt Längswirbel in Strömungsrichtung 122, erzeugt werden können. Durch diese Wirbel 126 kann beispielsweise schnelles fluides Medium 112 von außen, beispielsweise von einem Gebiet parallel zu der Strömungsrichtung 122 und der Temperaturmessvorrichtung 110, in das Ablösegebiet 166 transportiert werden. Hier kann sich beispielsweise ein schnelles fluides Medium 112, insbesondere von außen, mit einem langsamen fluiden Medium 112, insbesondere aus dem Ablösegebiet 166, vermischen und das Ablösegebiet 166 kann hierdurch bevorzugt verkleinert werden. Die so verkleinerte Ablösezone, insbesondere das Ablösegebiet 166, kann insbesondere wesentlich stabiler und/oder turbulenzärmer sein und/oder eine Turbulenz kann kleinskaliger ausgebildet sein. In 5D ist beispielsweise insbesondere eine Größe des Ablösegebiets 166 gepunktet mit Turbulatoren 124 dargestellt und eine Größe des Ablösegebiets 166 ohne oder nur mit kleinen und/oder wenigen Turbulatoren 124 ist gestrichelt dargestellt. Deutlich kann sich hierbei insbesondere zeigen, dass das Ablösegebiet 166 deutlich kleiner ausfallen kann, wenn eine Temperaturmessvorrichtung 110 Turbulatoren 124 aufweist, insbesondere wie bei einer erfindungsgemäßen Temperaturmessvorrichtung 110. Der Turbulator 124, insbesondere mehrere Turbulatoren 124, können beispielsweise das Ablösegebiet 166 stabilisieren, wodurch insbesondere der NTC-Widerstand 134 und/oder das Gehäuse 118 und/oder der Temperaturmessfühler 116 und/oder die Temperaturmessvorrichtung 110 weniger zum Schwingen angeregt werden können. Weiterhin kann beispielsweise ein Wärmeübergang verbessert werden, insbesondere da eine Strömung weniger stark fluktuieren kann, wie insbesondere in den 5C und 5D dargestellt, wobei 5C insbesondere eine bei Verwendung von Turbulatoren 124 auftretende Strömungstopologie zeigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009026472 A1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Sensoren im Kraftfahrzeug, erste Auflage 2010, Seiten 102 bis 111 und 137 [0002]
- Sensoren im Kraftfahrzeug, erste Auflage 2010, Seiten 134 bis 136 [0003]
- Sensoren im Kraftfahrzeug, erste Auflage 2010, Seiten 134–136 [0020]
