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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums bekannt. Bei dem fluiden Medium kann es sich beispielsweise um ein Gas oder eine Flüssigkeit handeln. Bei der Eigenschaft kann es sich dabei grundsätzlich um eine beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaft handeln. Bei der Erfassung kann es sich um eine quantitative und/oder qualitative Erfassung handeln. Insbesondere kann es sich bei der Eigenschaft um eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Massenstrom und/oder einen Volumenstrom handeln. Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere und ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen beschrieben unter Bezugnahme auf sogenannte Heißfilmluftmassenmesser, wie Sie beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2010, Seiten 146–149 beschrieben sind. Derartige Heißfilmluftmassenmesser basieren in der Regel auf einem Sensorchip, insbesondere einem Silicium-Sensorchip, mit einer Messoberfläche, welche beispielsweise von dem strömenden fluiden Medium überströmbar sein kann. Der Sensorchip umfasst in der Regel mindestens ein Heizelement sowie mindestens zwei Temperaturfühler, welche beispielsweise auf der Messoberfläche des Sensorchips angeordnet sein können. Aus einer Asymmetrie des von den Temperaturfühlern erfassten Temperaturprofils, welches durch die Strömung des fluiden Mediums beeinflusst wird, kann auf einen Massenstrom und/oder auf einen Volumenstrom des fluiden Mediums geschlossen werden. Heißfilmluftmassenmesser sind üblicherweise als Steckfühler ausgestaltet, wobei der Steckfühler fest oder austauschbar in ein Strömungsrohr einbringbar sein kann. Beispielsweise kann es sich bei dem Strömungsrohr um einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine handeln.
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Aus
DE 102 46 069 A1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung strömenden Mediums bekannt. Ein Messkanal weist hierbei zwischen einem Einlass und einem Auslass wenigstens einen Kanalabschnitt auf, in dem Mittel angeordnet sind, die in diesem Kanalabschnitt Strömungswirbel verursachen, wodurch sich Flüssigkeitströpfchen und Festkörperpartikel vorteilhaft auf der Innenwandung des Kanals ablagern, bevor sie das Messelement erreichen können.
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DE 44 07 209 C2 beschreibt eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines in einer Leitung strömenden Mediums. Die Vorrichtung weist ein von einem strömenden Medium umströmtes temperaturempfindliches Messelement auf, das in einem in einer Leitung eingerichteten Messkanal angeordnet ist. Der Messkanal kann einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen und sich in axialer Richtung verjüngen.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Heißfilmluftmassenmessern (HFM) kann der Sensorchip insbesondere in einen Sensorträger eingeklebt werden. Der Sensorträger kann zusammen mit einem Bodenblech, beispielsweise aus Metall, eine Einheit bilden. Zusätzlich zu einem Sensor, beispielsweise dem Sensorchip, kann Elektronik, beispielsweise mindestens eine elektronische Schaltung, auf einer Leiterplatte auf das Bodenblech aufgeklebt sein. Der Sensor, beispielsweise der Sensorchip, und die Elektronik können durch Bondverbindungen miteinander verbunden sein. Ein so entstandenes Elektronik-Modul kann in ein Sensorgehäuse eingeklebt sein und dieser gesamte Steckfühler kann mit mindestens einem Deckel verschlossen sein. Der Sensorchip kann insbesondere auf dem Sensorträger montiert sein, welcher wiederum an das Bodenblech angebunden sein kann. Auch eine Montage auf einem Kunststoffträger ist prinzipiell möglich. In einem Normalbetrieb kann Luft von einem Steckfühler-Einlass über eine Fliehkraftumlenkung zu dem Sensorträger gelangen. Die Luft überstreicht den Sensorträger üblicherweise auf einer dem Chip zugewandten Seite und einer dem Chip abgewandten Seite und in einem Spalt zwischen dem Sensorträger und einer Bypasskanalwand. Aufgrund der Fliehkraftumlenkung gelangen im Allgemeinen nur leichtere Partikel, beispielsweise Wassertröpfchen und/oder Öltröpfchen und/oder Staubpartikel und/oder Rußpartikel, in den Bypasskanal. Schwere Partikel verlassen üblicherweise aufgrund der Massenträgheit den Steckfühler durch einen Hauptstromkanal und/oder prallen gegen umgebende Wände. Der Steckfühler kann beispielsweise eine mikromechanische Sensormembran umfassen.
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Beispielsweise kann nach dem Sensorträger eine Krümmung des Bypasskanals folgen. Eine Vorderkante des Sensorträgers kann abgerundet sein, beispielsweise ähnlich einer Vorderkante eines Flügels. Eine Hinterkante des Sensorträgers und/oder eine dortige Fläche kann in 90°-Winkeln zu der Oberseite und zu der Unterseite des Sensorträgers stehen. Ein Massenstrom in dem Bypasskanal kann sich in Teilmassenströme aufteilen, beispielsweise einen Teilmassenstrom über den Sensorträger (Sensorseite), einen Teilmassenstrom unter den Sensorträger (Sensor-abgewandte Seite) und einen Teilmassenstrom durch den Spalt zwischen der Stirnseite des Sensorträgers und der Bypasskanalwand.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums weisen einige Nachteile auf. Da ein Wärmeübergang in dem Bereich des Sensors, insbesondere in dem Bereich einer Sensormembran, entscheidend sowohl von einer Grenzschichtströmung auf der Sensorseite des Sensorträgers als auch in gewissem Umfang von einer wandfernen Strömung bestimmt wird, beispielsweise im Sinne einer strömungsmechanischen Definition einer Grenzschicht, sowohl auf der Sensorseite als auch auf der sensorabgewandten Seite und überdies von einer Nachlaufströmung des Sensorträgers, ist es wünschenswert, dass diese Strömungsbereiche topologisch, beispielsweise qualitativ und/oder quantitativ, so stabil wie möglich sind.
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Beispielsweise können bei im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums Veränderungen der Topologie auftreten. Unter einer veränderten Topologie kann hierbei eine Veränderung der die Strömung definierenden Struktur mit ausgezeichneten Punkten verstanden werden, wie beispielsweise Staupunkten und/oder Wirbel-Foki und/oder Ablöselinien. Wünschenswert wäre eine Vermeidung von quantitativen Änderungen von Strömungsgrößen, insbesondere von Schwankungen der Geschwindigkeit und/oder des Drucks, auch ohne Änderung der Topologie. Der Massenstrom durch den Bypasskanal teilt sich bei einem Passieren des Sensorträgers üblicherweise auf, beispielsweise auf einer sensorzugewandten und einer sensorabgewandten Seite sowie auf den Spalt zwischen der Stirnseite des Sensorträgers und der Bypasskanalwand. Eine Bypasskanalrampe zwischen dem Bereich der Fliehkraftumlenkung und dem Bereich der Hinterkante des Sensorträgers kann beispielsweise eine Verringerung des Strömungsquerschnitts mit zunehmender Lauflänge begründen, was beispielsweise zu einer Beschleunigung und/oder Beruhigung der Strömung führen kann.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums können sich für unterschiedliche Massenströme unterschiedlich homogene Geschwindigkeitsfelder, insbesondere im Bereich des Sensorträgers, ausbilden. Eine Reduktion dieser unterschiedlichen Ausprägung wäre wünschenswert. Insbesondere kann sich bei aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums eine Sensorträgerumströmung mit instabilem Nachlauf bilden. Insbesondere kann sich nach der Umströmung des Sensorträgers ein instabiler Nachlauf mit schwankenden Geschwindigkeiten und/oder Drücken ausbilden. Dies kann dazu führen, dass sich stromauf, insbesondere im Bereich des Sensorchips, schwankende Strömungsgrößen einstellen können, welche beispielsweise zu Schwankungen in einem Messsignal führen können, insbesondere mit für die Abmessung des Sensorträgers und die Strömungsgeschwindigkeit typischen "Schwingungsmoden".
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Beispielsweise kann sich neben einem fluktuierenden Nachlaufgebiet hinter dem Sensorträger auch ein Ablösegebiet und/oder ein Rezirkulationsgebiet an der Bypasskanalwand ausbilden. Insbesondere aufgrund einer plötzlichen Veränderung des Querschnitts des Bypasskanals auf Höhe der Hinterkante des Sensorträgers kann eine Verlangsamung der Strömung entstehen, beispielsweise verbunden mit einem Druckanstieg. Aufgrund des Druckanstiegs und/oder zusätzlicher Reibungskräfte kann sich die Strömung beispielsweise an einer Kanalwand ablösen. Solch eine druckinduzierte Ablösung ist typischerweise weder ortsstabil noch zeitstabil. Der Ablösepunkt, beispielsweise die erstmalige Entfernung von bis dahin wandparallelen Stromlinien von der Wand, eine Dicke, beispielsweise eine Ausdehnung einer sogenannten Ablöseblase in ein Kernströmungsgebiet und/oder eine Länge der Ablöseblase können variieren. Hierbei kann die Ablösung mit dem unmittelbaren Nachlauf des Sensorträgers interagieren. Aufgrund einer Divergenz einer Bypasskanalwand und einer dynamisch anfachenden Nachlaufströmung des Sensorträgers kann es beispielsweise sogar vorkommen, dass das Ablösegebiet zu einer anderen, insbesondere gegenüberliegenden, Bypasskanalwand springen kann.
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Wünschenswert wäre weiterhin eine Reduktion von zeitlichen Schwankungen der Strömungsgrößen, insbesondere der Geschwindigkeit und/oder des Druckes, aufgrund eines instationären Nachlaufes des Sensorträgers, beispielsweise um für möglichst geringe Änderungen einer Kennlinie und/oder geringe Werte bezüglich Signalrauschen und/oder für eine gute Reproduzierbarkeit von Messwerten zu sorgen. Wünschenswert wäre insbesondere, die Instationarität des Nachlaufs des Sensorträgers weitestgehend zu unterdrücken und/oder zu mildern. Weiterhin wäre es wünschenswert, wenn die Anteile der Aufteilung des Massenstromes in dem Bypasskanal, insbesondere auf die drei Strömungsgebiete Sensorseite, sensorabgewandte Seite und Spalt zwischen der Stirnseite des Sensorträgers und dem Bypasskanal, möglichst konstant gehalten werden können. Beispielsweise sollte ein zeitliches Schwanken des Massenstromes, insbesondere über die Sensorseite, vermieden oder reduziert werden, beispielsweise um damit ein weniger schwankungsbehaftetes Messsignal produzieren zu können. Wünschenswert wäre ferner, ein topologisches "Springen", insbesondere eine Änderung eines Zustandes mit nachfolgend relativ langem Zeitraum der Beibehaltung des angenommenen Zustandes, und/oder ein Schwanken, beispielsweise eine zeitlich schnellere Folge von Zustandsänderungen, insbesondere eines Ablösegebietes und/oder eines Rückströmungsgebietes, beispielsweise an der Bypasskanalwand, zu vermeiden oder zu reduzieren und somit beispielsweise ebenfalls zu einer zeitlichen Vergleichmäßigung von Massenstromanteilen und damit des Messsignals beizutragen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird dementsprechend eine Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums vorgeschlagen, welche diesen Anforderungen zumindest weitgehend genügt und welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen dieser Art zumindest weitgehend vermeidet. Unter dem Ausdruck "Erfassung" kann eine quantitative und/oder qualitative Erfassung der Eigenschaft verstanden werden. Bei der Eigenschaft kann es sich grundsätzlich um eine beliebige physikalisch und/oder chemisch messbare Eigenschaft handeln, beispielsweise um eine Eigenschaft, welche eine Strömung des fluiden Mediums qualifizieren und/oder quantifizieren kann. Insbesondere kann es sich bei der Eigenschaft um eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Massenstrom, insbesondere einen Luftmassenstrom, und/oder einen Volumenstrom handeln. Bei dem fluiden Medium kann es sich prinzipiell um ein beliebiges Gas und/oder eine Flüssigkeit handeln. Bevorzugt kann es sich bei dem fluiden Medium um ein Gas handeln, vorzugsweise um Luft, besonders bevorzugt Ansaugluft und/oder Abgas. Die Vorrichtung kann insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik einsetzbar sein, beispielsweise in einem Ansaugtrakt und/oder einem Abgastrakt einer Verbrennungsmaschine. Auch andere Einsatzgebiete sind jedoch grundsätzlich möglich.
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Die Vorrichtung weist mindestens ein in das fluide Medium einbringbares Sensorgehäuse auf. Unter dem Sensorgehäuse kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine einteilige oder auch mehrteilige Vorrichtung verstanden werden, welche die Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums nach außen zumindest weitgehend abschließen kann und/oder zumindest weitgehend schützen kann gegenüber mechanischen Einwirkungen und/oder anderen Arten von Einwirkungen, beispielsweise chemischen Einwirkungen und/oder Feuchteeinwirkungen. Insbesondere kann das Sensorgehäuse mindestens einen Steckfühler umfassen. Beispielsweise kann das Sensorgehäuse auch als Steckfühler ausgestaltet sein. Der Steckfühler kann beispielsweise in das fluide Medium einbringbar sein. Es kann eine austauschbare oder auch eine permanente Einbringung möglich sein. Der Steckfühler kann beispielsweise in ein Strömungsrohr des fluiden Mediums hineinragen, wobei das Strömungsrohr selbst Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein kann oder auch als separates Teil ausgestaltet sein kann, beispielsweise mit einer Öffnung, in welche der Steckfühler einbringbar sein kann. Der Steckfühler und/oder das Sensorgehäuse können insbesondere zumindest teilweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein, beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens. In dem Sensorgehäuse kann mindestens ein Elektronikmodul mit mindestens einem Strömungssensor zur Erfassung der Strömungseigenschaft aufgenommen sein. Unter einer Aufnahme in das Sensorgehäuse kann hierbei verstanden werden, dass das Elektronikmodul zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, von dem Sensorgehäuse umschlossen sein kann. Das Elektronikmodul kann zumindest teilweise in mindestens einem Elektronikraum des Sensorgehäuses angeordnet sein. Unter dem Elektronikraum kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein teilweise oder vollständig abgeschlossener Raum innerhalb des Sensorgehäuses verstanden werden, welcher in zumindest einer Richtung durch das Sensorgehäuse abgeschlossen sein kann. Vorzugsweise kann der Elektronikraum mindestens eine von einer Oberfläche des Sensorgehäuses aus zugängliche Vertiefung in dem Sensorgehäuse umfassen, beispielsweise eine quaderförmige Vertiefung. Der Elektronikraum kann beispielsweise für eine Bestückung zugänglich sein, beispielsweise von der Oberfläche her. Der Elektronikraum kann durch mindestens ein Verschlusselement, beispielsweise mindestens einen Elektronikraumdeckel, permanent oder reversibel verschließbar sein.
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Das Sensorgehäuse weist mindestens einen von dem fluiden Medium durchströmbaren Kanal auf. Unter dem Kanal kann prinzipiell ein beliebiger Hohlkörper, vorzugsweise mit mindestens zwei Öffnungen, beispielsweise zum Ausströmen und Einströmen des fluiden Mediums, verstanden werden. Der Kanal kann vorzugsweise mindestens einen Hauptkanal und/oder mindestens einen Bypasskanal aufweisen. Der Kanal kann beispielsweise aber auch einteilig ausgestaltet sein. Der Bypasskanal kann beispielsweise von dem Hauptkanal abzweigen.
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Mindestens eine Sensorelementeinheit mit einem Sensorträger, optional auch mehreren Sensorträgern, und einem in dem Sensorträger aufgenommenen Sensorelement ragt in den Kanal. Bei der Sensorelementeinheit kann es sich prinzipiell um ein beliebiges Element der Vorrichtung handeln, welches eingerichtet ist, um den Sensorträger und das Sensorelement zumindest teilweise zu umfassen. Bei dem Sensorträger kann es sich prinzipiell um ein beliebiges Element der Vorrichtung handeln, welches eingerichtet ist, um das Sensorelement zumindest teilweise zu umfassen, beispielsweise durch eine Vertiefung, welche das Sensorelement aufnehmen kann. Bei dem Sensorelement kann es sich grundsätzlich um ein beliebiges Sensorelement handeln, welches zur Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des fluiden Mediums ausgestaltet ist. Insbesondere kann es sich bei dem Sensorelement um mindestens einen Heißfilmluftmassenmesserchip handeln, beispielsweise der oben beschriebenen Art. Insbesondere kann der Heißfilmluftmassenmesserchip, beispielsweise als Sensorelement, mindestens einen Siliciumchip, beispielsweise als Sensorchip, umfassen, beispielsweise mit mindestens einer Messoberfläche, welche von dem fluiden Medium überströmbar sein kann. Auf der Messoberfläche, welche beispielsweise als Sensoroberfläche ausgestaltet sein kann, können sich beispielsweise mindestens ein Heizelement und/oder mindestens zwei Temperaturfühler befinden, beispielsweise mindestens ein stromaufwärts von dem Heizelement gelagerter Temperaturfühler und mindestens ein stromabwärts des Heizelements gelagerter Temperaturfühler. Aus einer Asymmetrie des mittels der Temperaturfühler gemessenen Temperaturprofils kann beispielsweise auf die mindestens eine Eigenschaft schließbar sein. Die Sensorelementeinheit und/oder der Sensorträger und/oder das Sensorelement können beispielsweise zumindest teilweise von dem Elektronikmodul umfasst sein. Das Elektronikmodul und/oder die Sensorelementeinheit können insbesondere mindestens eine Ansteuerschaltung und/oder mindestens eine Auswerteschaltung umfassen. Die Ansteuerschaltung und/oder die Auswerteschaltung können eingerichtet sein, um das Sensorelement anzusteuern und/oder Signale des Sensorelements aufzunehmen. Dementsprechend kann das Elektronikmodul und/oder die Sensorelementeinheit beispielsweise mindestens einen Schaltungsträger aufweisen. Der Schaltungsträger kann auch beispielsweise mit der Sensorelementeinheit und/oder dem Sensorträger und/oder dem Schaltungsträger mechanisch verbunden sein. Beispielsweise kann der Schaltungsträger in einem Elektronikraum des Sensorgehäuses angeordnet sein. Der Sensorträger kann beispielsweise aus dem Elektronikraum heraus in das fluide Medium hineinragen. Unter dem Ausdruck "in den Kanal hineinragen" kann insbesondere verstanden werden, dass die Sensorelementeinheit mit dem Sensorträger und einem in dem Sensorträger aufgenommenen Sensorelement in das fluide Medium hineinragen kann, insbesondere derart, dass das Sensorelement mit dem fluiden Medium beaufschlagt werden kann. Die Sensorelementeinheit mit dem Sensorträger und dem in dem Sensorträger aufgenommenen Sensorelement kann insbesondere in den Bypasskanal hineinragen.
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Der Kanal weist mindestens eine Abrisskante quer zu einer Hauptströmrichtung auf. Unter einer Abrisskante kann hierbei ein beliebiges Element verstanden werden, welches eingerichtet ist, um eine Strömung des fluiden Mediums zu stabilisieren, insbesondere welches eingerichtet ist, um die Strömung zeitlich konstant zu halten. Bei der Abrisskante kann es sich beispielsweise um eine sprunghafte Erhöhung des Querschnitts des Kanals handeln. Beispielsweise kann es sich bei der Abrisskante um mindestens eine Stufe, welche beispielsweise in den Kanal hineinragen kann, handeln. Bei der Abrisskante kann es sich beispielsweise um eine Stabilisierungsfinne handeln. Beispielsweise kann es sich bei der Abrisskante um ein Element handeln, welches eingerichtet ist, um eine topologisch scharfe Definition einer Strömung, beispielsweise eines Strömungsfeldes, in dem Kanal zu erzeugen. Bei der Abrisskante kann es sich beispielsweise um einen in Hauptströmungsrichtung plötzlichen Abbruch einer Wand des Kanals und/oder einer Oberfläche des Kanals handeln. Die Abrisskante kann beispielsweise ausgestaltet sein, um einen Strömungsabriss der Strömung, beispielsweise eine Ablösung einer laminaren und/oder einer turbulenten Strömung, insbesondere des fluiden Mediums, zu erzeugen. Unter der Hauptströmungsrichtung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine über den Querschnitt des Kanals gemittelte Richtung der Strömung des fluiden Mediums verstanden werden. Unter dem Ausdruck "quer" kann beispielsweise eine Anordnung einer ausgezeichneten Linie der Abrisskante zu der Hauptströmungsrichtung, insbesondere der Hauptströmungsrichtung an der Abrisskante, unter einem Winkel von 0°–180°, beispielsweise von 45°–135°, bevorzugt von 80°–100°, besonders bevorzugt von 90° verstanden werden. Unter einer ausgezeichneten Linie der Abrisskante kann prinzipiell eine reale oder imaginäre Linie, welche die Abrisskante zumindest teilweise schneidet und/oder tangiert, verstanden werden. Unter der ausgezeichneten Linie kann beispielsweise eine Kantenlinie der Abrisskante verstanden werden, beispielsweise falls die Abrisskante als Stufe ausgestaltet ist. Beispielsweise kann es sich bei der ausgezeichneten Linie auch um eine Höhenlinie und/oder um eine Niveaulinie der Abrisskante handeln, wobei die Höhenlinie und/oder die Niveaulinien bevorzugt Punkte gleichen Abstandes zu einem fiktiven Vektor der Hauptströmungsrichtung verbinden können. Bei der ausgezeichneten Linie kann es sich insbesondere um eine Kante handeln, wobei es sich bei der Kante beispielsweise um eine Linie oder Strecke handeln kann, an welcher zwei Flächen zusammenstoßen. Beispielsweise kann es sich bei der ausgezeichneten Linie um eine vorstehende Linie handeln. Beispielsweise kann es sich bei der ausgezeichneten Linie um eine Linie handeln, an welcher sich im wesentlichen senkrecht zu der ausgezeichneten Linie eine Neigung einer Oberfläche des Kanals stark ändert, beispielsweise diskontinuierlich ändert. Beispielsweise kann die Abrisskante definiert sein als ein Bereich des Kanals, in welchem sich eine ausgezeichnete Linie, beispielsweise eine starke Neigung einer Oberfläche des Kanals, befindet.
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Die Abrisskante ist eingerichtet, um einen auf einer Oberseite des Sensorträgers entlang strömenden Teilstroms des fluiden Mediums und einen auf einer Unterseite des Sensorträgers entlang strömenden Teilstrom des fluiden Mediums auf unterschiedliche Weise zu beeinflussen. Bei der Oberseite des Sensorträgers kann es sich insbesondere um eine Oberfläche des Sensors handeln, welche der Unterseite des Sensorträgers gegenüberliegt, beispielsweise im wesentlichen parallel zu der Unterseite des Sensorträgers. Bei der Oberseite des Sensorträgers kann es sich insbesondere um eine Seite des Sensorträgers handeln, welche das Sensorelement aufweist, beispielsweise in einer Vertiefung des Sensorträgers. Bei der Oberseite des Sensorträgers kann es sich beispielsweise um eine dem Sensorelement zugewandte Seite handeln. Bei der Unterseite des Sensorträgers kann es sich insbesondere um eine Seite des Sensorträgers handeln, welche dem Sensorelement gegenüberliegt. Bei der Unterseite des Sensorträgers kann es sich beispielsweise um eine dem Sensorelement abgewandte Seite handeln. Unter dem Ausdruck „Teilstrom“ kann insbesondere ein Teil eines Stroms des fluiden Mediums verstanden werden. Beispielsweise kann sich der Strom des fluiden Mediums an dem Sensorträger in mindestens zwei Teilströme, vorzugsweise in drei Teilströme, aufteilen. Beispielsweise kann sich der Strom des fluiden Mediums in einen Teilstrom entlang der Oberseite des Sensorträgers und in einen Teilstrom entlang der Unterseite des Sensorträgers und optional in einen Teilstrom entlang eines Spalts zwischen einer Wand des Kanals und einer Kopfseite des Sensorträgers aufteilen. Unter der Kopfseite des Sensorträgers kann insbesondere die Seite des Sensorträgers verstanden werden, welche am weitesten in den Kanal hineinragt, beispielsweise eine Seite, welche im Wesentlichen parallel zu der Hauptströmungsrichtung verläuft. Unter dem „entlang strömenden Teilstrom“ kann hierbei ein Teil des fluiden Mediums verstanden werden, welcher direkt Kontakt mit jeweils der Oberseite des Sensorträgers oder der Unterseite des Sensorträgers hat. Prinzipiell kann unter dem Ausdruck „entlang Strömen“ entlang der Oberseite des Sensorträgers verstanden werden, dass der Teilstrom, welcher an der Oberseite des Sensorträgers entlang strömt, näher an der Oberseite des Sensorträgers den Kanal passiert als an der Unterseite des Sensorträgers und unter dem Ausdruck „entlang Strömen“ entlang der Unterseite des Sensorträgers näher an der Unterseite des Sensorträgers als an der Oberseite des Sensorträgers. Unter dem Ausdruck „beeinflussen“ kann beispielsweise eine Änderung mindestens einer Strömungseigenschaft des fluiden Mediums verstanden werden, beispielsweise einer Strömungsrichtung und/oder einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Wirbelbildung und/oder eines Strömungsdrucks, besonders bevorzugt einer Beeinflussung durch Wirbelbildung. Beispielsweise kann unter der Beeinflussung auf unterschiedliche Weise eine Ausbildung einer asymmetrischen Strömung verstanden werden, insbesondere entlang der Unterseite des Sensorträgers im Vergleich zu der Oberseite des Sensorträgers verstanden werden. Beispielsweise kann der Kanal an der Abrisskante eine Asymmetrie aufweisen, insbesondere einen asymmetrischen Querschnitt, im wesentlichen senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung, und/oder einen asymmetrischen Längsschnitt, im wesentlichen parallel zu der Hauptströmungsrichtung, beispielsweise dadurch, dass die Abrisskante nur auf einer Seite des Kanals angeordnet ist und/oder dass unterschiedliche Seiten des Kanals unterschiedliche Arten von Abrisskanten aufweisen und/oder dass der Kanal nicht radialsymmetrisch ist.
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Der Sensorträger kann eine der Hauptströmungsrichtung entgegen weisende abgerundete Kante aufweisen. Unter einer abgerundeten Kante kann beispielsweise eine Form und/oder eine Topologie verstanden werden, welche keine Ecke aufweist, insbesondere keine Ecke, welche entgegen der Hauptströmungsrichtung in das fluide Medium hineinragt. Beispielsweise kann der Sensorträger im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet sein, wobei die Fläche, welche der Hauptrichtung entgegenstehen würde, der Hauptströmungsrichtung entgegengewölbt sein kann, insbesondere derart, dass der Quader einen Querschnitt parallel zu der Hauptströmung aufweisen kann, wobei der Querschnitt nur zwei Ecken aufweist. Bei der Wölbung kann es sich beispielsweise um eine Wölbung mit einem Radius der Hälfte der Dicke des Sensorträgers handeln. Bei der Dicke kann es sich insbesondere um die Abmessung senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung und senkrecht zu dem Sensorelement handeln. Die Oberseite des Sensorträgers und die Unterseite des Sensorträgers können insbesondere entgegen der Hauptströmungsrichtung zusammenlaufen, ohne eine Ecke auszubilden und/oder ohne über mindestens eine zusätzliche Fläche entgegen der Hauptströmungsrichtung miteinander verbunden zu sein. Das Sensorelement kann derart in einer Aussparung untergebracht sein, dass das Sensorelement plan mit mindestens einer Oberfläche des Sensorträgers, insbesondere mit zumindest einem Teil der Oberseite des Sensorelements abschließt. Der Sensorträger kann insbesondere derart ausgestaltet sein, dass der Sensorträger dem fluiden Medium einen möglichst geringen Strömungswiderstand bietet. Bei der der Hauptströmungsrichtung entgegen weisenden abgerundeten Kante kann es sich insbesondere um eine Vorderkante des Sensorträgers handeln. Die Vorderkante kann beispielsweise ähnlich der Vorderkante eines Flügels und/oder einer Tragfläche ausgestaltet sein.
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Die Abrisskante kann mindestens eine Aussparung, vorzugsweise mehrere Aussparungen, aufweisen. Bei der Aussparung kann es sich beispielsweise um mindestens eine Unterbrechung der Abrisskante und/oder um mindestens eine vorspringende Stufe und/oder mindestens eine zurückspringende Stufe handeln. Vorzugsweise kann die Abrisskante mindestens eine im Wesentlichen parallel zu der Hauptströmungsrichtung verlaufende Aussparung umfassen. Vorzugsweise kann die Abrisskante mindestens eine Rille und/oder mindestens eine Furche, beispielsweise als Aussparung, umfassen, insbesondere mindestens eine Rille und/oder Furche entlang der Hauptströmungsrichtung. Bei der Rille und/oder der Furche kann es sich beispielsweise um eine Vertiefung der Oberfläche der Abrisskante handeln. Bei dem Ausdruck „im Wesentlichen parallel“ kann insbesondere ein Winkel zwischen der Hauptströmungsrichtung und der Aussparung verstanden werden, welcher kleiner als 90°, beispielsweise kleiner als 45°, bevorzugt kleiner als 10°, besonders bevorzugt 0° beträgt.
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Die Abrisskante kann beispielsweise an einer ersten Innenwand des Kanals angeordnet sein, wobei eine gegenüber der Abrisskante angeordnete zweite Innenwand des Kanals keine Abrisskante aufweist. Beispielsweise kann die zweite Innenwand des Kanals planar ausgestaltet sein, insbesondere flach. Besonders bevorzugt kann ein Schnitt durch den Kanal parallel zu der Hauptströmungsrichtung und senkrecht zu dem Sensorträger asymmetrisch bezüglich der Hauptströmungsrichtung ausgestaltet sein. Beispielsweise kann der Kanal mindestens eine weitere Innenwand, beispielsweise mindestens eine dritte Innenwand und/oder mindestens eine vierte Innenwand, aufweisen. Die dritte Innenwand und die vierte Innenwand können vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander und/oder im Wesentlichen parallel zu der Hauptströmungsrichtung ausgerichtet sein.
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Ein Strömungsquerschnitt in der Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums, vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung, kann sich vor der Abrisskante, insbesondere in Richtung der Hauptströmungsrichtung, kontinuierlich verkleinern und/oder kann sich an der Abrisskante sprungartig vergrößern und/oder kann sich hinter der Abrisskante kontinuierlich vergrößern. Unter einer kontinuierlichen Verkleinerung kann insbesondere eine Verkleinerung des Strömungsquerschnitts verstanden werden, welcher keinen Sprung und/oder kein Plateau aufweist, insbesondere in Hauptströmungsrichtung. Unter dem Ausdruck „sprungartig vergrößert“ kann ein Strömungsquerschnitt verstanden werden, welcher in Hauptströmungsrichtung einen Sprung hin zu einem größeren Strömungsquerschnitt aufweist. Unter dem Ausdruck „kontinuierlich vergrößert“ kann eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts in der Hauptströmungsrichtung verstanden werden, wobei die Entwicklung des Strömungsquerschnitts in Hauptströmungsrichtung bevorzugt keinen Sprung und/oder kein Plateau aufweist. Beispielsweise kann der Kanal in Hauptströmungsrichtung zunächst insbesondere mindestens eine konvergente Innenwand umfassen, beispielsweise als Bypasskanalrampe, insbesondere mit mindestens einem Abflachen in einem Bereich des Sensorträgers. In einem Bereich nach der Abrisskante kann der Kanal insbesondere mindestens eine divergente Innenwand umfassen. Bei einer konvergenten Innenwand kann es sich um eine Innenwand handeln, welche zur Hauptströmungsrichtung einen Winkel von beispielsweise 0°–50°, vorzugsweise 0°–40°, besonders bevorzugt 0°–30° aufweist, wobei sich hier der Kanal verjüngt, insbesondere entlang der Innenwand. Unter dem Ausdruck „divergente Innenwand“ kann insbesondere eine Anordnung der Innenwand zu der Hauptströmungsrichtung unter einem Winkel von 0°–30°, bevorzugt von 0°–10°, besonders bevorzugt von 5° verstanden werden, wobei sich der Kanal hier, insbesondere hinter der Abrisskante, aufweitet.
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Die Abrisskante kann im Wesentlichen parallel zu der Sensorelementeinheit, insbesondere zu dem Sensorträger, angeordnet sein, wobei die Sensorelementeinheit, insbesondere der Sensorträger, im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung angeordnet sein kann.
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Unter dem Ausdruck „im Wesentlichen parallel“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Winkel zwischen 0 und 90°, beispielsweise zwischen 0 und 45°, bevorzugt von 0–10°, besonders bevorzugt von 0° verstanden werden. Unter dem Ausdruck „im Wesentlichen senkrecht“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Winkel zwischen 0 und 180°, beispielsweise von 45–135°, bevorzugt von 80–100°, besonders bevorzugt von 90° verstanden werden.
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Die Abrisskante kann sich in der Hauptströmungsrichtung, optional auch in einer Strömungsrichtung, des fluiden Mediums hinter der Sensorelementeinheit, beispielsweise hinter dem Sensorträger, insbesondere in einem Sensorelementeinheit-Nahfeld, insbesondere in einem Bereich an einer Hinterkante der Sensorelementeinheit, insbesondere des Sensorträgers, befinden. Bei dem Sensorelementeinheit-Nahfeld kann es sich bevorzugt um ein Sensorträger-Nahfeld handeln, besonders bevorzugt kann es sich beispielsweise um einen Bereich des Kanals handeln, in welchem die Strömung des fluiden Mediums durch den Sensorträger, beispielsweise auch durch das Sensorelement, beeinflusst werden kann. Bei dem Sensorträger-Nahfeld, beispielsweise im Sinne eines Nachlaufsystems kann es sich beispielsweise um einen Bereich bis zu 50 mm, bevorzugt bis zu 35 mm, besonders bevorzugt bis zu 20 mm stromabwärts hinter der Hinterkante des Sensorträgers handeln. Insbesondere kann das Sensorträger-Nahfeld einen Bereich in Hauptströmungsrichtung hinter dem Sensorträger umfassen, von welchem beispielsweise Druckschwankungen und/oder Geschwindigkeitsschwankungen auf das Sensorelement zurückwirken kann, insbesondere auf die Sensormembran und/oder auf den Chip. Die Abrisskante kann insbesondere eingerichtet sein, um dieses Sensorträger-Nahfeld, beispielsweise als Nahfeld, zu beeinflussen. Bei der Hinterkante des Sensorträgers kann es sich um eine Fläche des Sensorträgers handeln, welche der Hauptströmungsrichtung entgegengesetzt ist, welche also am Ende des Sensorträgers angeordnet sein kann, insbesondere gegenüber der abgerundeten Kante. Beispielsweise kann das Sensorträger-Nahfeld in einem Bereich bis zu 20 Sensorträgerdicken, bevorzugt bis zu 15 Sensorträgerdicken, besonders bevorzugt bis zu 10 Sensorträgerdicken hinter dem Sensorträger angeordnet sein. Das Sensorträger-Nahfeld kann beispielsweise einen Bereich umfassen, bevorzugt in Hauptströmungsrichtung hinter dem Sensorträger und/oder hinter dem Sensorelement, wobei der Bereich eine Umströmung und/oder eine Scherschichtbildung und/oder ein Abschwimmen einer Wirbelstraße umfassen kann. Eine Ausdehnung des Sensorträger-Nahfelds, insbesondere des Bereichs, kann beispielsweise durch die Sensorträgerdicke bestimmt sein. Unter der Sensorträgerdicke kann beispielsweise die Dicke des Sensorträgers, bevorzugt quer zur Hauptströmungsrichtung gemessen, verstanden werden. Bei dem Sensorträger-Nahfeld kann es sich insbesondere um einen Bereich an der Hinterkante des Sensorträgers und/oder deutlich hinter dem Sensorträger handeln.
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Das Sensorgehäuse kann mindestens einen Gehäusedeckel aufweisen. Das Sensorgehäuse kann mindestens einen Gehäusekörper aufweisen. Der Gehäusedeckel und/oder der Gehäusekörper können derart ausgestaltet sein und der Gehäusedeckel kann derart mit dem Gehäusekörper verbunden sein, dass der Gehäusedeckel und der Gehäusekörper jeweils mindestens eine Wand des Kanals bilden. Bei einem Gehäusedeckel kann es sich prinzipiell um ein beliebiges Element handeln, welches eingerichtet ist, um das Sensorgehäuse reversibel oder irreversibel zumindest teilweise zu öffnen und/oder zu schließen. Bei dem Gehäusedeckel kann es sich beispielsweise um mindestens einen Bypasskanaldeckel handeln. Beispielsweise kann es sich bei dem Gehäusedeckel auch um einen Elektronikraumdeckel handeln. Bei dem Gehäusekörper kann es sich um einen Bestandteil des Sensorgehäuses handeln. Beispielsweise kann es sich bei dem Gehäusekörper um einen Bestandteil des Sensorgehäuses handeln, welcher größer ausgestaltet sein kann als der Gehäusedeckel. Beispielsweise kann der Gehäusedeckel mit dem Gehäusekörper verbunden sein, insbesondere mechanisch, beispielsweise durch Verkleben und/oder durch Verpressen und/oder durch Verschweißen und/oder durch Vernieten und/oder durch Zusammenstecken. Beispielsweise kann der Gehäusekörper mindestens die zweite Innenwand des Kanals umfassen. Der Gehäusedeckel kann beispielsweise mindestens die erste Innenwand des Kanals umfassen. Prinzipiell kann aber auch der Gehäusekörper die erste Innenwand umfassen und der Gehäusedeckel die zweite Innenwand umfassen. Die Ausdrücke "erste" und "zweite" sind reine Bezeichnungen, insbesondere ohne eine Aussage über eine Reihenfolge und/oder über das Vorhandensein weiterer Innenwände zu machen. Der Gehäusedeckel kann beispielsweise die Abrisskante umfassen, währenddessen beispielsweise der Gehäusekörper keine Abrisskante umfasst. Beispielsweise kann der Gehäusekörper aber auch die zweite Innenwand und/oder die erste Innenwand umfassen. Beispielsweise kann der Gehäusedeckel die erste Innenwand und/oder die zweite Innenwand umfassen.
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Die Abrisskante kann mindestens eine Stufe umfassen. Bei der Stufe kann es sich beispielsweise um mindestens einen Sprung handeln. Die Stufe kann um eine Höhe von 10 µm–2 cm, bevorzugt 100 µm–1 cm, besonders bevorzugt 500 µm–5 mm, in den Kanal hineinragen.
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Beispielsweise kann der Ausdruck „in den Kanal hineinragen“ derart verstanden werden, dass die Stufe mindestens eine Fläche mit der Länge der Höhe der Stufe aufweisen kann, welche im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung angeordnet sein kann.
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Der Kanal kann mindestens einen Plateaubereich aufweisen, insbesondere direkt hinter der Abrisskante, insbesondere in Hauptströmungsrichtung hinter der Abrisskante. Der Plateaubereich kann im Wesentlichen parallel zu der Hauptströmungsrichtung verlaufen. Bei dem Plateaubereich kann es sich insbesondere um einen Bereich des Kanals, insbesondere einer Kanalwand, handeln, beispielsweise der ersten Kanalwand, welche im Wesentlichen flach und/oder planar ausgestaltet ist.
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Die Vorrichtung kann weiterhin mindestens einen weiteren Sensor aufweisen, beispielsweise mindestens einen Drucksensor und/oder mindestens einen Feuchtesensor und/oder mindestens einen Temperatursensor und/oder mindestens eine Lambdasonde.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist gegenüber bekannten Vorrichtungen zahlreiche Vorteile auf. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung im Betrieb eine zeitlich deutlich weniger schwankende Umströmung des Sensorträgers aufweisen als aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtungen. Hierdurch kann beispielsweise ein zeitlich stabileres Messsignal erreicht werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine Kennlinienabweichung und/oder ein Signalrauschen reduzieren und/oder kann eine Signalreproduzierbarkeit erhöhen, insbesondere im Vergleich zum Stand der Technik. Erreicht werden kann dies beispielsweise durch eine topologisch schärfere Definition eines Strömungsfeldes in dem Bereich des Sensorträgers, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise umfassen kann. So kann beispielsweise durch die erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl ein Nachlauf des Sensorträgers als auch eine Spaltströmung zwischen der Stirnseite des Sensorträgers und der Bypasskanalwand besser definiert sein. Beispielsweise wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine anteilige Aufteilung von Teilmassenströmen oberhalb und unterhalb des Sensorträgers sowie optional in einem Spalt zwischen dem Sensorträger und dem Bypasskanal beispielsweise stabilisiert. Änderungen einer Umströmung des Sensorträgers mit einer Änderung des Massenstroms und/oder Änderungen der Umströmung durch unterschiedliche Einbaupositionen und/oder durch Anströmungsänderungen der Vorrichtung, beispielsweise als Steckfühler, können durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung beispielsweise ebenfalls reduziert werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere der Kanal, weist vorzugsweise ein asymmetrisches Design auf. Hierdurch kann beispielsweise eine eindeutige Strömungsstruktur mit anliegender Strömung auf einer Kanaloberfläche, beispielsweise der Kanaloberfläche mit der Abrisskante, insbesondere der ersten Innenwand des Kanals, und/oder einer Ablösung an der Abrisskante, beispielsweise einer oberen Bypasskanalwand, erreicht werden. Die Aussparungen können beispielsweise zurückspringende Stufen, beispielsweise mit unterschiedlicher Geometrie, insbesondere unterschiedlichen Querschnitts- und/oder Längsgeometrien, aufweisen. Nach dem Plateaubereich kann beispielsweise mindestens eine divergente Kanalwand anschließen und/oder folgen. Beispielsweise kann durch die vorliegende Erfindung eine Strömungstopologie verbessert werden, insbesondere hinsichtlich einer Reduzierung von Signalschwankungen. Die vorzugsweise mehrfachen Aussparungen, welche die vorliegende Erfindung optional umfassen können, können insbesondere dazu geeignet sein, eine insgesamt möglichst gut definierte Abströmung von der Abrisskante zu gewährleisten, da die mehrfachen Aussparungen beispielsweise für eine gute Strukturierung und/oder Durchmischung entlang der gesamten Abrisskante, insbesondere einer Kante, sorgen können. Lediglich eine einzelne oder gar keine Aussparung können beispielsweise hinter mehrfachen Aussparungen, insbesondere bezüglich der oben beschriebenen Wirkprinzipien, zurückbleiben, also insbesondere in der Auswirkung, beispielsweise hinsichtlich einer Stabilität und/oder einer Genauigkeit der Erfassung der Eigenschaft des fluiden Mediums.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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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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1A, 1B, 1C perspektivische Darstellungen eines Gehäusedeckels eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums;
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2 eine Querschnittsdarstellung eines Kanals mit Sensorträger Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums;
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3A und 3B perspektivische Darstellungen eines Gehäusedeckels mit Plateaubereich eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums;
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4A und 4B Schnittdarstellungen senkrecht und parallel zu einer Hauptströmungsrichtung durch eine Abrisskante eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums;
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5 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums als Explosionszeichnung;
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6 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums ohne Darstellung des Gehäusedeckels;
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7 eine schematische Darstellung eines in einen Kanal eingebauten Sensorträgers mit Sensorelement eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums; und
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8 eine perspektivische Darstellung eines Elektronikmoduls mit Sensorträger und Sensorelement eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den 1A, 1B, 1C, 2, 3A, 3B, 4A, 4B, 5, 6, 7, 8 sind zumindest Teile verschiedener Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Vorrichtungen 110 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums 112 dargestellt. Die Vorrichtung 110 weist mindestens ein in das fluide Medium 112 einbringbares Sensorgehäuse 114 auf. Das Sensorgehäuse 114 weist mindestens einen von dem fluiden Medium 112 durchströmbaren Kanal 116 auf. Beispielsweise kann das Sensorgehäuse 114 mindestens einen Hauptkanal 118 und mindestens einen Bypasskanal 120 aufweisen. Mindestens eine Sensorelementeinheit 122 ragt mit einem Sensorträger 124 und einem in dem Sensorträger 124 aufgenommen Sensorelement 126 in den Kanal 116. Der Kanal 116 weist mindestens eine Abrisskante 128 quer zu einer Hauptströmungsrichtung 130 auf. Die Abrisskante 128 ist eingerichtet, um einen auf einer Oberseite 132 des Sensorträgers 124 entlang strömenden Teilstrom 134 des fluiden Mediums 112 und einen auf einer Unterseite 136 des Sensorträgers 124 entlang strömenden Teilstrom 134 des fluiden Mediums 112 auf unterschiedliche Weise zu beeinflussen.
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Der Sensorträger 124 kann eine der Hauptströmungsrichtung 130 entgegen weisende abgerundete Kante 138 aufweisen. Die Abrisskante 128 kann mindestens eine Aussparung 140, vorzugsweise mehrere Aussparungen 140, aufweisen, vorzugsweise mindestens eine im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung 130 verlaufende Aussparung 140 und/oder mindestens eine Rille 142, wie beispielsweise in den 4A und 4B dargestellt.
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Die Abrisskante 128 kann an einer ersten Innenwand 144 des Kanals 116 angeordnet sein, wobei eine gegenüber der Abrisskante 128 angeordnete zweite Innenwand 146 des Kanals 116 keine Abrisskante 128 aufweisen kann, wie beispielsweise in 2 dargestellt.
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Ein Strömungsquerschnitt, beispielsweise entlang einer in 2 dargestellten Linie 148, in der Hauptströmungsrichtung 130 des fluiden Mediums 112 kann sich vor der Abrisskante 128 kontinuierlich verkleinern und/oder kann sich an der Abrisskante 128 sprungartig vergrößern und/oder kann sich hinter der Abrisskante 128 kontinuierlich vergrößern. Die Abrisskante 128 kann im Wesentlichen parallel zu der Sensorelementeinheit 122, insbesondere zu einem Sensorträger 124, beispielsweise einem Sensorelementträger, angeordnet sein. Die Sensorelementeinheit 122 kann im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung 130 angeordnet sein.
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Die Abrisskante 128 kann sich in der Hauptströmungsrichtung 130 des fluiden Mediums 112 hinter der Sensorelementeinheit 122, insbesondere in einem Sensorelementeinheit-Nahfeld, insbesondere in einem Bereich an einer Hinterkante 150 der Sensorelementeinheit 122, befinden. Bei der Abrisskante 128 kann es sich insbesondere um eine im Wesentlichen parallel zu dem Sensorträger 124 liegende und/oder um eine stromab des Sensorträgers 124 angeordnete Stabilisierungsfinne handeln. Der Bereich, in welchem der Strömungsquerschnitt in der Hauptströmungsrichtung 130 des fluiden Mediums 112 sich kontinuierlich verkleinern kann, kann beispielsweise durch eine konvergente Innenwand 152 gegeben sein. Die konvergente Innenwand 152 kann beispielsweise zumindest einen Teil einer Bypasskanalrampe 154 umfassen. Der Bereich, in welchem sich der Strömungsquerschnitt kontinuierlich vergrößert, kann beispielsweise zumindest teilweise durch mindestens eine divergente Innenwand 156 begründet sein. In den 1A, 1B, 1C, 2, 3A und 3B sind insbesondere Darstellungen von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 gezeigt, welche einen Bypasskanal 120 mit mindestens einer Abrisskante 128 an der Bypasskanalrampe 154, beispielsweise in Höhe des Sensorträgers 124 oder deutlich hinter dem Sensorträger 124, aufweisen und/oder zeigen.
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Das Sensorgehäuse 114 kann mindestens einen Gehäusedeckel 158, beispielsweise mindestens einen Bypasskanaldeckel 160, aufweisen. Das Sensorgehäuse 114 kann mindestens einen Gehäusekörper 162 aufweisen. Der Gehäusedeckel 158, beispielsweise der Bypasskanaldeckel 160, und der Gehäusekörper 162 können derart ausgestaltet sein und der Gehäusedeckel 158 kann derart mit dem Gehäusekörper 162 verbunden sein, dass der Gehäusedeckel 158 und der Gehäusekörper 162 jeweils mindestens eine Wand 164 des Kanals 116 bilden. Bei der Wand 164 kann es sich prinzipiell um die erste Innenwand 144 und/oder die zweite Innenwand 146 und/oder die divergente Innenwand 156 und/oder die konvergente Innenwand 152 und/oder eine Bypasskanalwand handeln. Beispielsweise zeigen 1A, 1B, 1C, 3A und 3B erfindungsgemäße Ausgestaltungen eines Gehäusedeckels 158, insbesondere eines Messdeckels und/oder eines Bypasskanaldeckels 160, beispielsweise auch die Bypasskanalrampe 154. Die Abrisskante 128 kann sich bevorzugt an der Bypasskanalrampe 154 befinden, insbesondere im Bereich der Hinterkante 150 des Sensorträgers 124. Insbesondere die 1A und 1B zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Messkanaldeckels und/oder eines Bypasskanaldeckels 160 mit mindestens einer Abrisskante 128 an der Bypasskanalrampe 154 in Höhe des Sensorträgers 124. Beispielsweise kann die Abrisskante 128 auch weiter stromab, also deutlich hinter dem Sensorträger 124, angeordnet sein, beispielsweise außerhalb des Sensorträger-Nahfeldes, beispielsweise des Sensorelementeinheit-Nahfelds, wie oben definiert. Beispielsweise kann sich eine konvergente Innenwand 152, insbesondere als konvergenter Teil einer Bypasskanalwand, stromab, insbesondere in Hauptströmungsrichtung 130, bis zu einer Position der Abrisskante 128 erstrecken. Beispielsweise kann ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 110, wie in den 1A und 1B dargestellt, an der Bypasskanalwand keinen im Wesentlichen parallel zu der Hauptströmungsrichtung 130, insbesondere zu eine Hauptströmungsgeschwindigkeit, verlaufenden Bereich aufweisen. Prinzipiell kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 110 allerdings einen Bereich der Bypasskanalwand aufweisen, welcher im Wesentlichen parallel zu der Hauptströmungsrichtung 130 verlaufen kann. In ist insbesondere ein Querschnitt parallel zu der Hauptströmungsrichtung 130 gezeigt, insbesondere ein Bypasskanal 120 mit Abrisskante 128 an der Bypasskanalrampe 154 in Höhe des Sensorträgers 124, beispielsweise Konturen der Bypasskanalwand auf der dem Sensorelement 126 zugewandten Seite 184. Beispielsweise kann je weiter die Abrisskante 128 stromab liegt, desto weniger ausgeprägt die Konvergenz sein, beispielsweise die Neigung hin zur Hauptströmungsrichtung 130 stromauf und/oder unmittelbar gegenüber des Sensorträgers 124. Eine Länge eines Rücksprungs der Abrisskante 128, insbesondere eine Höhe der Abrisskante 128, besonders bevorzugt eine Höhe einer Stufe 166, kann beispielsweise in einem Bereich weniger Millimeter variieren. Die Abrisskante 128 kann besonders bevorzugt mindestens eine Stufe 166 umfassen. Die Stufe 166 kann um eine Höhe von 10 µm–2 cm, bevorzugt 100 µm–1 cm, besonders bevorzugt 500 µm–5 mm, in den Kanal 116 hineinragen. Ein Winkel, sowohl eines konvergenten Wandbereichs, beispielsweise der konvergenten Innenwand 152, als auch eines divergenten Wandbereichs, beispielsweise der divergenten Innenwand 156, zu der Hauptströmungsrichtung 130 kann 0°–50°, beispielswese 0–40°, besonders bevorzugt 0°–30° aufweisen. Der konvergente Bereich, insbesondere die konvergente Innenwand 152, kann typischerweise deutlich größere Winkel zu der Hauptströmungsrichtung 130, beispielsweise zu einer Strömungsbeschleunigung, aufweisen als der divergente Bereich, beispielsweise die divergente Innenwand 156, beispielsweise auch durchaus nur 5° oder weniger zur Hauptströmungsrichtung 130, beispielsweise um eine Ablösefreiheit in einem Verlauf, insbesondere der Strömung des fluiden Mediums 112, zu garantieren. Die Abrisskante 128 kann beispielsweise an mindestens einer, bevorzugt an mehreren, Stellen unterbrochen sein. Beispielsweise kann die Abrisskante 128 mindestens eine vorspringende Stufe 166 und/oder mindestens eine zurückspringende Stufe 166 und/oder mindestens eine vorspringende Aussparung 140 und/oder mindestens eine zurückspringende Aussparung 140 aufweisen, wie beispielsweise in den Ausführungsbeispielen gemäß den 4A und 4B dargestellt. Aussparungen 140 oder mindestens eine Aussparung 140 können zu einer Strukturierung einer Nachlaufströmung der Abrisskante 128 führen und/oder können die Stabilität der Strömung erhöhen. In 1C sind beispielsweise durch zwei Pfeile 168 mögliche Positionen für Aussparungen 140 dargestellt. In den 4A und 4B sind beispielsweise abschnittsweise unterbrochene Abrisskanten 128 der Bypasskanalrampe 154 dargestellt. 4A zeigt insbesondere eine Skizze, insbesondere als Querschnitt, eines Ausführungsbeispiels in einer Richtung entgegengesetzt zu der Hauptströmungsrichtung 130 hinter der Abrisskante 128, wobei 4B eine Schnittdarstellung, insbesondere durch die Abrisskante 128, insbesondere an einer Position einer Aussparung 140, parallel zu der Hauptströmungsrichtung 130, darstellt. Prinzipiell sind beliebige Kombinationen der durch die Figuren dargestellten und beschriebenen Varianten, insbesondere verschiedene Kombinationen der Merkmale, denkbar.
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Der Kanal 116 kann mindestens einen Plateaubereich 170 aufweisen. Der Kanal 116 kann insbesondere direkt hinter der Abrisskante 128 mindestens einen Plateaubereich 170 aufweisen. Der Plateaubereich 170 kann im Wesentlichen parallel zu der Hauptströmungsrichtung 130 verlaufen. Insbesondere kann, beispielsweise nach der Abrisskante 128, ein Wandbereich mit einer im Wesentlichen zur Hauptströmungsrichtung 130 parallelen Fläche ausgebildet sein. Solch ein Plateau, beispielsweise der Plateaubereich 170, ist beispielsweise in den 3A und 3B dargestellt. 3B zeigt insbesondere eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus 3A, welche durch ein Rechteck gekennzeichnet ist. Besonders bevorzugt kann nach dem Plateaubereich 170 ein Bereich mit divergenter Kanalwand, insbesondere mit der divergenten Innenwand 156, insbesondere als divergenter Bereich der Bypasskanalwand folgen.
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In 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums 112 dargestellt. Besonders bevorzugt kann die Vorrichtung 110, ausgenommen beispielsweise den Kanal 116, beispielsweise ausgestaltet sein wie Vorrichtungen, welche aus dem Stand der Technik, beispielsweise wie oben beschrieben, bekannt sind. Die Vorrichtung 110 kann beispielsweise den Sensorträger 124 und das Sensorelement 126, beispielsweise mindestens einen Sensorchip 178 umfassend, aufweisen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 110 einen Gehäusedeckel 158, beispielsweise als Messkanaldeckel oder Bypasskanaldeckel 160, aufweisen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 110, insbesondere wie in 5 dargestellt, als Steckfühler 174 ausgestaltet sein.
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Beispielsweise kann die Vorrichtung 110 einen Elektronikraumdeckel 172 umfassen. Die Vorrichtung 110 kann mindestens ein Elektronikmodul 176 umfassen. Das Elektronikmodul 176 kann beispielsweise mindestens ein Bodenblech und/oder mindestens einen Sensorträger 124, beispielsweise aus Kunststoff, und/oder mindestens eine Leiterplatte, beispielsweise mit Elektronikkomponenten, und/oder mindestens einen Sensorchip 178 umfassen. 6 zeigt beispielsweise einen erfindungsgemäßen Bypasskanal 120 und/oder einen Hauptkanal 118, beispielsweise einen Hauptstromkanal, mit Sensorträger 124. Außerhalb des Kanals 116 kann auch dieses Ausführungsbeispiel beispielsweise wie eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung ausgestaltet sein.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110, wie zum Beispiel teilweise in 6 dargestellt, kann insbesondere einen Sensorträger 124 und/oder einen Sensorchip 178 und/oder eine Fliehkraftumlenkung 180 und/oder mindestens einen Steckfühlereinlass 182 umfassen. In 6 sind insbesondere Strömungswege des fluiden Mediums 112, beispielsweise durch Pfeile gekennzeichnet dargestellt, insbesondere mit Wasser kontaminierte Luft (strichlierte Pfeile) und/oder mit Partikeln kontaminierte Luft (punktierte Pfeile) sowie von von großen Partikeln und Wassertröpfchen gereinigter Luft (durchgezogene Pfeile) dargestellt.
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In 7 ist insbesondere ein Sensorträger 124 mit Sensorchip 178 in dem Bypasskanal 120 entsprechend eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Sensorträger 124 ist insbesondere transparent dargestellt. 7 zeigt insbesondere eine dem Sensorelement 126 zugewandte Seite 184 und eine dem Sensorelement 126 abgewandten Seite 186. Weiterhin zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß 7 den Spalt 188, insbesondere zwischen der Stirnseite des Sensorträgers 124 und der Bypasskanalwand. 8 zeigt beispielsweise das Elektronikmodul 176 mit Sensorträger 124 und Sensorchip 178 und mikromechanischer Sensormembran 190, wie es beispielsweise in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10246069 A1 [0002]
- DE 4407209 C2 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2010, Seiten 146–149 [0001]
