DE102012211126A1

DE102012211126A1 - Sensoranordnung zur Bestimmung wenigstens einer Strömungseigenschaft eines mit einer Hauptströmungsrichtung strömenden fluiden Mediums

Info

Publication number: DE102012211126A1
Application number: DE201210211126
Authority: DE
Inventors: Achim Briese; Hans Beyrich; Hermann Heubach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-01-02

Abstract

Es wird eine Sensoranordnung (10) zur Bestimmung wenigstens einer Strömungseigenschaft eines mit einer Hauptströmungsrichtung (12) strömenden fluiden Mediums, insbesondere einer Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, vorgeschlagen. Die Sensoranordnung (10) weist einen in einem Strömungsrohr (22) angeordneten Steckfühler (18) mit einem Sensor (14) zur Bestimmung der Strömungseigenschaft des fluiden Mediums und mindestens ein in der Hauptströmungsrichtung (12) stromaufwärts des Steckfühlers (18) angeordnetes Gitter (34) auf. Das Gitter (34) weist Gitterstreben (36, 40, 42) auf, die an mehreren Verbindungspunkten (38) miteinander verbunden sind. Die Gitterstreben (36, 40, 42) sind derart angeordnet, dass an jedem der mehreren Verbindungspunkte (38) maximal drei Gitterstreben (36, 40, 42) miteinander verbunden sind.

Description

Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung einer Strömungseigenschaft fluider Medien, also von Flüssigkeiten und/oder Gasen, bekannt. Bei den Strömungseigenschaften kann es sich dabei um grundsätzlich beliebige physikalisch und/oder chemisch messbare Eigenschaften handeln, welche eine Strömung des fluiden Mediums qualifizieren oder quantifizieren. Insbesondere kann es sich dabei um eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Massenstrom und/oder einen Volumenstrom handeln.
Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere beschrieben unter Bezugnahme auf so genannte Heißfilmluftmassenmesser, wie sie beispielsweise in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, S. 146–148 beschrieben sind. Derartige Heißfilmluftmassenmesser basieren in der Regel auf einem Sensorchip, insbesondere einem Silicium-Sensorchip, mit einer Messoberfläche, welche von dem strömenden fluiden Medium überströmbar ist. Der Sensorchip umfasst in der Regel mindestens ein Heizelement sowie mindestens zwei Temperaturfühler, welche beispielsweise auf der Messoberfläche des Sensorchips angeordnet sind. Aus einer Asymmetrie des von den Temperaturfühlern erfassten Temperaturprofils, welches durch die Strömung des fluiden Mediums beeinflusst wird, kann auf einen Massenstrom und/oder Volumenstrom des fluiden Mediums geschlossen werden. Heißfilmluftmassenmesser sind üblicherweise als Steckfühler ausgestaltet, welcher fest oder austauschbar in ein Strömungsrohr einbringbar ist. Beispielsweise kann es sich bei diesem Strömungsrohr um einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine handeln.
Damit der Heißfilmluftmassenmesser ein möglichst störungsarmes Luftmassensignal liefern kann, ist eine möglichst gleichmäßige Zuströmung zu dem Steckfühler und durch den Bypasskanal in diesem und insbesondere über die Messoberfläche des Sensorchips wichtig. Der Bypasskanal stellt dabei den Messkanal dar, in welchem wiederum ein Sensorträger mit dem Sensorchip eingebracht ist. Der Sensorchip trägt die Membran und die Temperaturfühler.
Üblicherweise befindet sich bei Brennkraftmaschinen das Strömungsrohr an einem Luftfilterauslass. Daher entspricht der Auslass des Luftfilters dem Einlass des Strömungsrohrs. Bei der Durchströmung von der Rohluftseite durch den Luftfilter zu dem Strömungsrohr mit dem Heißfilmluftmassenmesser treten häufig starke Umlenkungen auf. Insbesondere im Bereich des Eintritts in das Strömungsrohr existieren in der Nähe der Strömungsrohrwand Gebiete mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit. Entsprechend sind die Stromlinien stark umgelenkt und verlaufen in der Nähe der Strömungsrohrwand nicht parallel zu seiner Achse. In den wandnahen Gebieten kann es dabei Gebiete mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit oder sogar zu Strömungsablösungen mit Rückströmungsbereichen kommen. Derartige Veränderungen des Geschwindigkeitsfeldes wirken sich bis zu dem Kernbereich der Strömung aus und können insbesondere bei unterschiedlichen Luftmassenströmen recht sprunghaft auftreten. Außerdem führen insbesondere Ablösungen zu zeitlich veränderlichen Geschwindigkeitsfeldern. Aufgrund der Veränderungen des Strömungsfeldes in der Nähe des Einlasses und des Auslasses des Heißfilmluftmassenmessers ergeben sich damit eine schlechtere Reproduzierbarkeit des Signals und ein erhöhtes Signalrauschen. Ferner erhöht sich durch solche Strömungsablösungen der Druckabfall.
Bei den oben genannten Sensoranordnungen sind üblicherweise die Sensorgehäuse als Steckfühler ausgebildet. Diese weisen eine aerodynamisch ungünstige Gestalt auf, die in vielen Fällen im Ansaugtrakt Probleme bezüglich eines Strömungswiderstands und einen Druckabfall verursacht. Dies bedeutet insbesondere, dass die Signalreproduzierbarkeit der Signale derartiger Sensoren nicht optimal ist. Viele Sensoren, insbesondere Heißfilmluftmassenmesser, werden daher in der Praxis mit einem Gitter oder einer Gitterkombination ausgerüstet. Diese Gitter können beispielsweise in ein Strömungsrohr integriert werden und stehen üblicherweise einige Zentimeter stromaufwärts des Steckfühlers bzw. des Sensors in der Strömung und haben die Aufgabe, das Geschwindigkeitsprofil in dem Strömungsrohr zu vergleichmäßigen. Weiter haben die Gitter die Aufgabe, eventuell vorhandenen Drall aus der Strömung zu nehmen. Die ausgleichende Wirkung des Gitters wird durch die bremsende Wirkung der Gitterstege oder Gitterstreben auf die sich in unmittelbarer Nähe, in den einzelnen Wandgrenzschichten befindenden Fluidteilchen erzielt. Gleichzeitig wird insbesondere im Nachlauf der Gitterstege eine turbulente Scherschicht erzeugt, die über den turbulenten Impulstransfer schnelles und langsames Fluid vermischt und so zu einem Geschwindigkeitsausgleich über den gesamten Rohrquerschnitt beiträgt. Des Weiteren wird bei für den jeweiligen Strömungsfall ausreichender Länge der Gitterstege eine Führungs- bzw. Richtwirkung erzielt. So wird erreicht, dass die Kennlinie des Sensors, wie z. B. ein Zusammenhang zwischen Luftmasse und Ausgangsfrequenz oder Ausgangsspannung, nahezu unabhängig vom Geschwindigkeitsprofil der zuströmenden Luft ist.
Ein derartiges Gitter ist beispielsweise in der DE 10 2007 060 046 A1 oder DE 10 2007 055 193 A1 beschrieben.
Trotz der durch die oben genannte Sensoranordnung bewirkten Vorteile beinhalten diese weiterhin Potential für Verbesserungen hinsichtlich der Reproduzierbarkeit der Kennlinien. So sind bei den Gittern üblicherweise immer vier Gitterstreben derart miteinander verbunden, dass sie rechteckige oder quadratische Durchlässe bilden, durch die das fluide Medium strömen kann. Diese Gitter erzeugen jedoch in der Regel einen ungewollten Druckabfall und insbesondere im Nachlauf der Kreuzungspunkte der jeweils vier Gitterstreben lokale Störungen der Strömung.
Offenbarung der Erfindung
Es wird daher eine Sensoranordnung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Hauptströmung strömenden fluiden Mediums, insbesondere einer durch ein Strömungsrohr strömenden Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, vorgeschlagen, die die obigen Nachteile zumindest weitgehend vermeidet.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung weist einen in einem Strömungsrohr angeordneten Steckfühler mit einem Sensor zur Bestimmung der Strömungseigenschaft des fluiden Mediums und mindestens ein in der Hauptströmungsrichtung stromaufwärts des Steckfühlers angeordnetes Gitter auf, wobei das Gitter Gitterstreben aufweist, die an mehreren Verbindungspunkten verbunden sind. Die Gitterstreben sind derart angeordnet, dass an jedem der mehreren Verbindungspunkte maximal drei Gitterstreben miteinander verbunden sind.
Das Gitter kann kreisförmig ausgebildet sein und einen äußeren Gitterrand aufweisen. Die Gitterstreben können so angeordnet sein, dass sie zwischen sich Durchlässe bilden. Das Gitter kann eine Achse durch seinen Mittelpunkt umfassen. Die Gitterstreben können erste Gitterstreben und zweite Gitterstreben umfassen. Die ersten Gitterstreben können so angeordnet sein, dass sie zumindest einen Gitterstrebenring um die Achse bilden, der von dem äußeren Gitterrand mittels der zweiten Gitterstreben beabstandet ist. Die ersten Gitterstreben können mehrere Gitterstrebenringe bilden, die koaxial zueinander angeordnet sind und mittels der zweiten Gitterstreben voneinander beabstandet sind. Die ersten Gitterstreben und die zweiten Gitterstreben können so angeordnet sein, dass sie zwischen den Gitterstrebenringen Durchlässe bilden, die zwischen zwei benachbarten Gitterstrebenringen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die ersten Gitterstreben und die zweiten Gitterstreben können so angeordnet sein, dass sie zwischen den Gitterstrebenringen Durchlässe bilden, wobei die zweiten Gitterstreben zwischen drei benachbarten Gitterstrebenringen so angeordnet sind, dass die zweiten Gitterstreben zwischen einem ersten Gitterstrebenring und einem zweiten Gitterstrebenring versetzt zu den zweiten Gitterstreben zwischen dem zweiten Gitterstrebenring und dem dritten Gitterstrebenring sind. Beispielsweise können sieben Gitterstrebenringe gebildet sein. Der innerste Gitterstrebenring kann einen Durchlass in einem radial inneren Bereich begrenzen, wobei zwischen dem innersten Gitterstrebenring und dem zweitinnersten Gitterstrebenring acht Durchlässe gebildet sind, zwischen dem zweitinnersten Gitterstrebenring und dem drittinnersten Gitterstrebenring acht Durchlässe gebildet sind und zwischen den weiteren Gitterstrebenringen jeweils 24 Durchlässe gebildet sind. Die zweiten Gitterstreben können sich in radialer Richtung zu den Gitterstrebenringen erstrecken. Die Gitterstrebenringe können exzentrisch zu der Achse angeordnet sein. Die Gitterstreben können eine Dicke von 0,5 mm bis 1,0 mm, bevorzugt von 0,6 mm bis 0,9 mm und noch bevorzugter von 0,8 mm, aufweisen. Das Gitter kann sich vorzugsweise über den gesamten durchströmbaren Querschnitt des Strömungsrohrs erstrecken.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung kann eingerichtet sein, um ein oder mehrere physikalische und/oder chemische Parameter des fluiden Mediums zu bestimmen. Beispielsweise können dies die eingangs genannten Parameter sein. Auch andere Parameter sind jedoch messbar. Die Sensoranordnung weist mindestens einen in dem fluiden Medium angeordneten Sensor auf, der diesen Parameter messen kann. Ohne Beschränkung möglicher weiterer Ausgestaltungen der Erfindung sei im Folgenden angenommen, dass der Sensor einen Heißfilmluftmassenmesser umfasst. Das fluide Medium kann beispielsweise ein Gas und/oder eine Flüssigkeit umfassen.
Unter einem Verbindungspunkt ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Punkt zu verstehen, an dem Gitterstreben miteinander verbunden sind oder von dem aus sich die Gitterstreben erstrecken. Mit anderen Worten sind die Gitterstreben an dem Verbindungspunkt vereinigt. Dies ist beispielsweise bei Gittern der Fall, die einstückig ausgebildet sind, wie beispielsweise Kunststoffgitter, die mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt werden.
Unter der Hauptströmungsrichtung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei die lokale Strömungsrichtung des fluiden Mediums am Ort des Sensors bzw. der Sensoranordnung zu verstehen, wobei beispielsweise lokale Unregelmäßigkeiten unberücksichtigt bleiben können. Insbesondere kann unter der Hauptströmungsrichtung somit die lokale gemittelte Transportrichtung des strömenden fluiden Mediums verstanden werden.
Unter der Dicke einer Gitterstrebe ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Abmessung senkrecht zu einer Längserstreckung der Gitterstrebe und innerhalb einer Ebene senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung zu verstehen.
Unter der Maschenweite ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Abstand zwischen Gitterstrebenringen zu verstehen. Da die Maschenweite durch die Länge von Gitterstreben radialer Richtung bestimmt wird, ist die Maschenweite identisch mit der Länge der Gitterstreben, die in radialer Richtung angeordnet sind.
Unter der durchströmbaren Fläche eines Durchlasses ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine freie Querschnittsfläche zwischen benachbarten Gitterstreben zu verstehen, durch die das fluide Medium das Gitter passieren kann. Beispielsweise kann die durchströmbare Fläche eines Durchlasses zwischen zwei koaxialen Gitterstrebenringen berechnet werden, indem von der durch den Innendurchmesser des größeren Gitterstrebenrings begrenzten Fläche die durch den Außendurchmesser des kleineren Gitterstrebenrings begrenzte Fläche und die von den Gitterstreben in radialer Richtung eingenommene Fläche subtrahiert wird und dieser Wert durch die Anzahl der Durchlässe geteilt wird, die zwischen den beiden Gitterstrebenringen gebildet sind. Hat beispielsweise der größere Gitterstrebenring einen Innendurchmesser von 20,95 mm, der kleinere Gitterstrebenring einen Außendurchmesser von 9,60 mm, die Gitterstreben eine Dicke von 0,80 mm und eine Länge von 5,675 mm und sind acht Gitterstreben in radialer Richtung zwischen den beiden Gitterstrebenringen vorgesehen, so ergibt sich eine durchströmbare Fläche zwischen den beiden Gitterstrebenringen von ((20,95 mm)² – (9,60 mm)²)·π/4 – 8·0,8 mm·5,675 mm = 236,0 mm². Durch eine derartige Anordnung werden acht Durchlässe zwischen den beiden Gitterstrebenringen gebildet. Jeder Durchlass hat dann entsprechend eine durchströmbare Fläche von 236 mm²/8 = 29,5 mm².
Unter einer Startwinkelposition ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine gedachte Winkelposition zu verstehen, von der ausgehend begonnen wird, in der Umfangsrichtung weitere Positionen in Grad anzugeben. Mit anderen worten ist die Startwinkelposition eine beliebig festgelegte Position auf einer Umfangslinie um einen Ursprung, die als Startposition festgelegt wird und von der aus weitere Positionen auf der Umfangslinie durch einen Winkel angegeben werden, der zwischen einerseits einer gedachten Linie durch den Ursprung und die Startposition und andererseits einer gedachten Linie durch die weitere Position und den Ursprung aufgespannt wird.
Die Sensoranordnung weist beispielsweise mindestens ein zur Hauptströmungsrichtung stromaufwärts vor dem Sensor angeordnetes Gitter mit Gitterstreben auf. Die Gitterstreben können beispielsweise in Form von Stäben mit runden, ovalen oder vieleckigen Querschnitten ausgestaltet sein. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die Gitterstreben eine abgeflachte Form aufweisen, mit einer Schmalseite, welche entgegen der Hauptströmungsrichtung angeordnet ist, und einer Erstreckung im Wesentlichen in Hauptströmungsrichtung, wobei auch Anstellwinkel zur Hauptströmungsrichtung möglich sind. Diese Erstreckung entlang der Hauptströmungsrichtung kann beispielsweise die Dicke des Gitters bestimmen.
Die Gitterstreben sind dabei so angeordnet, dass sich maximal drei Gitterstreben in einem gemeinsamen Verbindungspunkt vereinen. Mit anderen Worten führen immer drei Gitterstreben zu einem gemeinsamen Schnittpunkt, an dem sie miteinander verbunden sind.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Gitterstreben derart angeordnet sind, dass sie Gitterstrebenringe bilden. Entsprechend erstreckt sich ein Teil der Gitterstreben in radialer Richtung, während sich ein anderer Teil der Gitterstreben in einer Umfangsrichtung um eine gemeinsame Achse erstrecken kann. Beispielsweise können die Gitterstreben so angeordnet werden, dass mehrere koaxial zueinander angeordnete Gitterstrebenringe ausgebildet werden.
Durch die erfindungsgemäße Sensoranordnung lässt sich eine optimale Aufbereitung der durch einen Luftfilter erzeugten ungleichen Luftströmung bei gleichzeitig minimalem Druckabfall erzielen. Eine kostenoptimierte Integration des Gitters in das erforderliche Strömungsrohr, wie beispielsweise einem Zylindergehäuse, ist möglich. Insbesondere ist das Gitter kostengünstig mit dem Zylindergehäuse gemeinsam herstellbar, da dieses integriert ist. Das Zentrum der Luftströmung mit störungsfreier Kreisfläche lässt sich leicht auf die Lage des Lufteinlasskanals ausrichten. Beispielsweise ist eine exzentrische Ausrichtung möglich. Der zwangsweise entstehende Druckabfall wird durch Kreuzungspunkte aus nur drei Gitterstreben auf das Minimum reduziert. Mit anderen Worten bestehen bei dem Kreisgitter alle Kreuzungspunkte aus nur drei Gitterstreben, wodurch die zwangsweise lokale Versperrung auf einem Minimum reduziert wird. Die Einteilung der freien Flächen hängt von dem Ringdurchmesser und der Anzahl der Durchlässe ab. Der Innendurchmesser im Zentrum wird so gewählt, dass alle relevanten Strömungslinien nicht durch Gitterstreben beeinflusst werden. Es ist möglich, das Zentrum exzentrisch zu verschieben, um dieses Kriterium zu erfüllen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung und
2 eine Ansicht in der Hauptströmungsrichtung auf das Gitter gesehen.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 10 gezeigt. Die Sensoranordnung 10 dient zur Bestimmung eines Parameters eines mit einer Hauptströmungsrichtung 12 strömenden fluiden Mediums. Die Erfindung ist insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik anwendbar, so dass es sich bei der Sensoranordnung 10 um einen Heißfilmluftmassenmesser zum Bestimmen einer Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine handeln kann und bei dem fluiden Medium um eine Ansaugluft, die in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine strömt.
Die Sensoranordnung 10 umfasst einen Sensor 14, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als Heißfilmluftmassenmesser 16 ausgestaltet ist. Dieser Heißfilmluftmassenmesser 16 weist ein Sensorgehäuse 18 mit einer Einlassöffnung 20 auf, welche in etwa mittig in einem Strömungsrohr 22 der Sensoranordnung 10 angeordnet ist. Beispielsweise ist das Sensorgehäuse 18 als Steckfühler ausgebildet.
Neben dem Sensor 14 weist die Sensoranordnung 10 ein Strömungssegment 24 auf. Dieses Strömungssegment 24 umfasst ein Gehäuse 26, welches im Bereich der Sensoranordnung 10 das Strömungsrohr 22 bildet. Zu diesem Zweck kann das Gehäuse 26 beispielsweise mit entsprechenden Anschlussstützen versehen werden, um beispielsweise in einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eingesetzt zu werden. Weiterhin können Befestigungselemente vorgesehen sein, wie beispielsweise Flansche, Nuten, Vorsprünge usw., wie sie aus dem oben genannten Stand der Technik bekannt sind.
Das Gehäuse 26 umfasst weiterhin eine Aufnahme 28 für den Sensor 14. Diese Aufnahme 28 umfasst eine Öffnung 30 sowie einen Ansatz 32. Die Öffnung 30 und der Ansatz 32 sind derart dimensioniert, dass das Sensorgehäuse 18 des Sensors 14 in die Öffnung 30 im Wesentlichen passgenau eingeschoben und an dem Ansatz 32 fixiert werden kann.
Weiterhin umfasst das Strömungsrohrsegment 24 der Sensoranordnung 10 ein hinsichtlich der Hauptströmungsrichtung 12 stromaufwärts der Einlassöffnung 20 angeordnetes Gitter 34. Dieses Gitter 34 ist im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 12 angeordnet. Das Gitter 34 kann sich vollständig über den Öffnungsquerschnitt des Strömungsrohrs 22 erstrecken. Es sind jedoch auch Abweichungen von dieser Orthogonalität bezüglich der Hauptströmungsrichtung 12 möglich. Das Gitter 34 ist kreisförmig ausgebildet. Das Gitter 34 weist beispielsweise eine Dicke in der Hauptströmungsrichtung 12 von 5 mm bis 20 mm auf, wie beispielsweise 8 mm.
2 zeigt das Gitter 34 in der Ansicht der Hauptströmungsrichtung 12. Das Gitter 34 weist insbesondere eine Mehrzahl von Gitterstreben 36 auf, welche im Querschnitt eine flache Form aufweisen, so dass ihre Schmalseite der Hauptströmungsrichtung 12 entgegen weist. Beispielsweise kann der Querschnitt der Gitterstreben 36 eine leichte Keilform aufweisen. Daneben sind auch andere Formen möglich, wie beispielsweise Tragflächenformen, rechteckige Formen, ovale Formen oder ähnliche Formen. Die Gitterstreben 36 weisen eine Dicke von beispielsweise 0,80 mm auf.
Aus der Draufsicht in 2 ist erkennbar, dass das Gitter 34 bei diesem Ausführungsbeispiel als Maschengitter ausgestaltet ist. Dies bedeutet, dass sich die Gitterstreben 36 derart kreuzen, dass sie zwischen sich Maschen bilden. Bei dem erfindungsgemäßen Gitter 34 sind die Gitterstreben 36 insbesondere derart angeordnet, dass maximal drei Gitterstreben 36 in einem gemeinsamen Verbindungspunkt 38 miteinander verbunden sind. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Gitterstreben 36 erste Gitterstreben 40 und zweite Gitterstreben 42 umfassen. Die ersten Gitterstreben 40 sind um eine gemeinsame Achse 44 durch den Mittelpunkt des Gitters in der Hauptströmungsrichtung 12 ringförmig bzw. koaxial angeordnet. Folglich erstrecken sich die ersten Gitterstreben 40 in einer Umfangsrichtung um die Achse 44. Die zweiten Gitterstreben 42 erstrecken sich in radialer Richtung. Ferner weist das Gitter 34 einen bezüglich der Achse 44 radial äußeren Gitterrand 46 auf. Das Gitter 34 kann so angeordnet werden, dass die Achse 44 auch durch den Mittelpunkt des Strömungsrohrs 22 verläuft. Es sind jedoch auch exzentrische Anordnungen der Achsen durch die Mittelpunkte des Strömungsrohrs 22 und des Gitters 34 denkbar.
Bei dem in 2 gezeigten Beispiel sind immer zwei erste Gitterstreben 40 mit einer zweiten Gitterstrebe 42 an jeweils einem Verbindungspunkt 38 verbunden. Durch diese besondere Anordnung der Gitterstreben 36 werden durch die ersten Gitterstreben 40 Gitterstrebenringe 48 gebildet, die koaxial zueinander und zu der Achse 44 angeordnet sind und mittels der zweiten Gitterstreben 42 voneinander beabstandet sind. Beispielsweise werden sieben Gitterstrebenringe 48 gebildet, die mittels der zweiten Gitterstreben 42 voneinander beabstandet sind. Ferner ist der radial äußerste Gitterstrebenring 48 mittels der zweiten Gitterstreben 42 von dem äußeren Gitterrand 46 beabstandet. Folglich sind die Gitterstreben 36 so angeordnet, dass sie eine Mehrzahl von Durchlässen 50 zwischen sich bilden. Die ersten Gitterstreben 40 und die zweite Gitterstreben 42 können so angeordnet sein, dass die Durchlässe 50 in Umfangsrichtung um die Achse 44 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Maschenweite der Durchlässe 50 ist beispielsweise 5,675 mm und entspricht einem Abstand zwischen den Gitterstrebenringen 48 und wird durch die Länge der zweiten Gitterstreben 42 festgelegt, d.h. der Erstreckung der zweiten Gitterstreben 42 in radialer Richtung.
Die ersten Gitterstreben 40 und die zweite Gitterstreben 42 können so angeordnet sein, dass zwischen drei benachbarten Gitterstrebenringen 48 die zweiten Gitterstreben 42 zwischen einem ersten Gitterstrebenring 48 und einem zweiten Gitterstrebenring 48 relativ zu den zweiten Gitterstreben 42 zwischen dem zweiten Gitterstrebenring 48 und dem dritten Gitterstrebenring 48 versetzt sind. Der relative Versatz der zweiten Gitterstreben 42 bezieht sich dabei auf eine Umfangsrichtung um die Achse 44.
Beispielsweise gibt es einen radial innersten oder ersten Gitterstrebenring 52. Bei dem ersten Gitterstrebenring 52 erstrecken sich die ersten Gitterstreben 40 in einem Winkel von 360° in der Umfangsrichtung und bilden somit einen vollständig geschlossenen Gitterstrebenring 48. Der erste Gitterstrebenring 52 begrenzt einen kreisförmigen Durchlass 54. Der erste Gitterstrebenring 52 weist einen Innendurchmesser von beispielsweise 8 mm und einen Außendurchmesser von 9,6 mm. Dadurch begrenzt der erste Gitterstrebenring 52 eine durchströmbare Fläche des Durchlasses 54 von 50,3 mm².
Ferner gibt es in einer radialen Richtung von innen nach außen gesehen einen zweiten Gitterstrebenring 56, der sich in radialer Richtung nach außen hin an den ersten Gitterstrebenring 52 anschließt. Zwischen dem zweiten Gitterstrebenring 56 und dem ersten Gitterstrebenring 52 sind die zweiten Gitterstreben 42 beispielsweise alle 45° ausgehend von einer gedachten Startwinkelposition 57 in der Umfangsrichtung um die Achse 44 angeordnet. Entsprechend sind acht zweite Gitterstreben 42 zwischen dem ersten Gitterstrebenring 52 und dem zweiten Gitterstrebenring 56 angeordnet. Dadurch sind zwischen dem ersten Gitterstrebenring 52 und dem zweiten Gitterstrebenring 56 insgesamt acht Durchlässe 58 gebildet. Der zweite Gitterstrebenring 56 weist einen Innendurchmesser von 20,95 mm und einen Außendurchmesser von 22,55 mm auf. Jeder Durchlass 58 zwischen dem ersten Gitterstrebenring 52 und dem zweiten Gitterstrebenring 56 weist dadurch eine durchströmbare Fläche von 29,5 mm² auf.
Ferner gibt es in einer radialen Richtung von innen nach außen gesehen einen dritten Gitterstrebenring 60, der sich in radialer Richtung nach außen hin an den zweiten Gitterstrebenring 56 anschließt. Zwischen dem dritten Gitterstrebenring 60 und dem zweiten Gitterstrebenring 56 sind die zweiten Gitterstreben 42 beispielsweise alle 45° in der Umfangsrichtung um die Achse 44 angeordnet. Entsprechend sind acht zweite Gitterstreben 42 zwischen dem dritten Gitterstrebenring 60 und dem zweiten Gitterstrebenring 56 angeordnet. Daher sind zwischen dem dritten Gitterstrebenring 60 und dem zweiten Gitterstrebenring 56 insgesamt acht Durchlässe 62 gebildet. Die zweiten Gitterstreben 42 zwischen dem dritten Gitterstrebenring 60 und dem zweiten Gitterstrebenring 56 sind jedoch in einem Winkel von 22,5° in der Umfangsrichtung um die Achse 44 gesehen von der Startwinkelposition 57 der zweiten Gitterstreben 42 zwischen dem ersten Gitterstrebenring 52 und dem zweiten Gitterstrebenring 56 versetzt angeordnet. Der dritte Gitterstrebenring 60 weist einen Innendurchmesser von 33,9 mm und einen Außendurchmesser von 35,5 mm auf. Jeder Durchlass 62 zwischen dem dritten Gitterstrebenring 60 und dem zweiten Gitterstrebenring 56 weist dadurch eine durchströmbare Fläche 58,4 mm² auf.
Ferner gibt es in einer radialen Richtung von innen nach außen gesehen einen vierten Gitterstrebenring 64, der sich in radialer Richtung nach außen hin an den dritten Gitterstrebenring 60 anschließt. Zwischen dem vierten Gitterstrebenring 64 und dem dritten Gitterstrebenring 60 sind die zweiten Gitterstreben 42 beispielsweise alle 15° in der Umfangsrichtung um die Achse 44 angeordnet. Entsprechend sind 24 zweite Gitterstreben 42 zwischen dem vierten Gitterstrebenring 64 und dem dritten Gitterstrebenring 60 angeordnet. Daher sind zwischen dem vierten Gitterstrebenring 64 und dem dritten Gitterstrebenring 60 insgesamt 24 Durchlässe 66 gebildet. Die zweiten Gitterstreben 42 zwischen dem vierten Gitterstrebenring 64 und dem dritten Gitterstrebenring 60 sind jedoch in dem gleichen Winkel in der Umfangsrichtung um die Achse 44 gesehen wie der Startpositionswinkel 57 der zweiten Gitterstreben 42 zwischen dem ersten Gitterstrebenring 52 und dem zweiten Gitterstrebenring 56 angeordnet. Der vierte Gitterstrebenring 64 weist einen Innendurchmesser von 46,85 mm und einen Außendurchmesser von 48,45 mm auf. Jeder Durchlass 66 zwischen dem vierten Gitterstrebenring 64 und dem dritten Gitterstrebenring 60 weist dadurch eine durchströmbare Fläche 26,0 mm² auf.
Ferner gibt es in einer radialen Richtung von innen nach außen gesehen einen fünften Gitterstrebenring 68, der sich in radialer Richtung nach außen hin an den vierten Gitterstrebenring 64 anschließt. Zwischen dem fünften Gitterstrebenring 68 und dem vierten Gitterstrebenring 64 sind die zweiten Gitterstreben 42 beispielsweise alle 15° in der Umfangsrichtung um die Achse 44 angeordnet. Entsprechend sind 24 zweite Gitterstreben 42 zwischen dem fünften Gitterstrebenring 68 und dem vierten Gitterstrebenring 64 angeordnet. Daher sind zwischen dem fünften Gitterstrebenring 68 und dem vierten Gitterstrebenring 64 insgesamt 24 Durchlässe 70 gebildet. Die zweiten Gitterstreben 42 zwischen dem fünften Gitterstrebenring 68 und dem vierten Gitterstrebenring 64 sind jedoch in einem Winkel von 7,5 ° in der Umfangsrichtung um die Achse 44 gesehen von der Startwinkelposition 57 der zweiten Gitterstreben 42 zwischen dem ersten Gitterstrebenring 52 und dem zweiten Gitterstrebenring 56 versetzt angeordnet. Der fünfte Gitterstrebenring 68 weist einen Innendurchmesser von 59,80 mm und einen Außendurchmesser von 61,40 mm auf. Jeder Durchlass 70 zwischen dem fünften Gitterstrebenring 68 und dem vierten Gitterstrebenring 64 weist dadurch eine durchströmbare Fläche 35,7 mm² auf.
Ferner gibt es in einer radialen Richtung von innen nach außen gesehen einen sechsten Gitterstrebenring 72, der sich in radialer Richtung nach außen hin an den fünften Gitterstrebenring 68 anschließt. Zwischen dem sechsten Gitterstrebenring 72 und dem fünften Gitterstrebenring 68 sind die zweiten Gitterstreben 42 beispielsweise alle 15° in der Umfangsrichtung um die Achse 44 angeordnet. Entsprechend sind 24 zweite Gitterstreben 42 zwischen dem sechsten Gitterstrebenring 72 und dem fünften Gitterstrebenring 68 angeordnet. Daher sind zwischen dem sechsten Gitterstrebenring 72 und dem fünften Gitterstrebenring 68 insgesamt 24 Durchlässe 74 gebildet. Die zweiten Gitterstreben 42 zwischen dem sechsten Gitterstrebenring 72 und dem fünften Gitterstrebenring 68 sind jedoch in dem gleichen Winkel in der Umfangsrichtung um die Achse 44 gesehen wie der Startpositionswinkel 57 der zweiten Gitterstreben 42 zwischen dem ersten Gitterstrebenring 52 und dem zweiten Gitterstrebenring 56 angeordnet. Der sechste Gitterstrebenring 72 weist einen Innendurchmesser von 72,55 mm und einen Außendurchmesser von 74,35 mm auf. Jeder Durchlass 74 zwischen dem sechsten Gitterstrebenring 72 und dem fünften Gitterstrebenring 68 weist dadurch eine durchströmbare Fläche 45,3 mm² auf.
Schließlich gibt es in einer radialen Richtung von innen nach außen gesehen einen siebten Gitterstrebenring 76, der sich in radialer Richtung nach außen hin an den sechsten Gitterstrebenring 72 anschließt. Zwischen dem siebten Gitterstrebenring 76 und dem sechsten Gitterstrebenring 72 sind die zweiten Gitterstreben 42 beispielsweise alle 15° in der Umfangsrichtung um die Achse 44 angeordnet. Entsprechend sind 24 zweite Gitterstreben 42 zwischen dem siebten Gitterstrebenring 76 und dem sechsten Gitterstrebenring 72 angeordnet. Daher sind zwischen dem siebten Gitterstrebenring 76 und dem sechsten Gitterstrebenring 72 insgesamt 24 Durchlässe 78 gebildet. Die zweiten Gitterstreben 42 zwischen dem siebten Gitterstrebenring 76 und dem sechsten Gitterstrebenring 72 sind jedoch in einem Winkel von 7,5 ° in der Umfangsrichtung um die Achse 44 gesehen von der Startwinkelposition 57 der zweiten Gitterstreben 42 zwischen dem ersten Gitterstrebenring 52 und dem zweiten Gitterstrebenring 56 versetzt angeordnet. Der siebte Gitterstrebenring 76 weist einen Innendurchmesser von 85,70 mm und einen Außendurchmesser von 87,30 mm auf. Jeder Durchlass 78 zwischen dem siebten Gitterstrebenring 76 und dem sechsten Gitterstrebenring 72 weist dadurch eine durchströmbare Fläche 54,9 mm² auf. Der siebte Gitterstrebenring 76 kann zugleich den Gitterrand 46 bilden.
Die Gitterstrebenringe 48 können anstelle der oben beschriebenen exakt koaxialen Anordnung auch exzentrisch zu der Achse 44 angeordnet sein. Durch das erfindungsgemäße Gitter 34 mit der besonderen Ausbildung der Gitterstreben 36, dass immer drei Gitterstreben 36 sich in einem gemeinsamen Kreuzungspunkt schneiden, ergibt sich eine minimierte lokale Störung. Da ferner die Mitte des Gitters 34, d.h. die Fläche innerhalb des ersten Gitterstrebenrings 52, ohne Gitterstreben 36 vorgesehen ist, ergibt sich eine Kreisfläche. Dies führt zu einem geringeren Signalrauschen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007060046 A1 [0006]
DE 102007055193 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, S. 146–148 [0002]

Claims

Sensoranordnung (10) zur Bestimmung wenigstens einer Strömungseigenschaft eines mit einer Hauptströmungsrichtung (12) strömenden fluiden Mediums, insbesondere einer Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, wobei die Sensoranordnung (10) einen in einem Strömungsrohr (22) angeordneten Steckfühler (18) mit einem Sensor (14) zur Bestimmung der Strömungseigenschaft des fluiden Mediums und mindestens ein in der Hauptströmungsrichtung (12) stromaufwärts des Steckfühlers (18) angeordnetes Gitter (34) aufweist, wobei das Gitter (34) Gitterstreben (36, 40, 42) aufweist, die an mehreren Verbindungspunkten (38) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstreben (36, 40, 42) derart angeordnet sind, dass an jedem der mehreren Verbindungspunkte (38) maximal drei Gitterstreben (36, 40, 42) miteinander verbunden sind.
Sensoranordnung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Gitter (34) kreisförmig ausgebildet ist und einen äußeren Gitterrand (46) aufweist.
Sensoranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gitterstreben (36, 40, 42) so angeordnet sind, dass sie zwischen sich Durchlässe (50, 54, 58, 62, 66, 70, 74, 78) bilden.
Sensoranordnung (10) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gitter (34) eine Achse (44) durch seinen Mittelpunkt umfasst, wobei die Gitterstreben (36, 40, 42) erste Gitterstreben (40) und zweite Gitterstreben (42) umfassen, wobei die ersten Gitterstreben 40) so angeordnet sind, dass sie zumindest einen Gitterstrebenring (48, 52, 56, 60, 64, 68, 72, 76) um die Achse (44) bilden, der von dem äußeren Gitterrand (46) mittels der zweiten Gitterstreben (46) beabstandet ist.
Sensoranordnung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die ersten Gitterstreben (40) mehrere Gitterstrebenringe (48, 52, 56, 60, 64, 68, 72, 76) bilden, die koaxial zueinander angeordnet sind und mittels der zweiten Gitterstreben (42) voneinander beabstandet sind.
Sensoranordnung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die ersten Gitterstreben (40) und die zweiten Gitterstreben (42) so angeordnet sind, dass sie zwischen den Gitterstrebenringen (48, 52, 56, 60, 64, 68, 72, 76) Durchlässe (50, 54, 58, 62, 66, 70, 74, 78) bilden, die zwischen zwei benachbarten Gitterstrebenringen (48, 52, 56, 60, 64, 68, 72, 76) in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Sensoranordnung (10) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Gitterstreben (40) und die zweiten Gitterstreben (42) so angeordnet sind, dass sie zwischen den Gitterstrebenringen (48, 52, 56, 60, 64, 68, 72, 76) Durchlässe (50, 54, 58, 62, 66, 70, 74, 78) bilden, wobei die zweiten Gitterstreben (42) zwischen drei benachbarten Gitterstrebenringen (48, 52, 56, 60, 64, 68, 72, 76) so angeordnet sind, dass die zweiten Gitterstreben (42) zwischen einem ersten Gitterstrebenring (48, 52, 56, 60, 64, 68, 72, 76) und einem zweiten Gitterstrebenring (48, 52, 56, 60, 64, 68, 72, 76) versetzt zu den zweiten Gitterstreben (42) zwischen dem zweiten Gitterstrebenring (48, 52, 56, 60, 64, 68, 72, 76) und dem dritten Gitterstrebenring (48, 52, 56, 60, 64, 68, 72, 76) sind.
Sensoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei sich die zweiten Gitterstreben (42) in radialer Richtung zu den Gitterstrebenringen (48, 52, 56, 60, 64, 68, 72, 76) erstrecken.
Sensoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Gitterstrebenringe (48, 52, 56, 60, 64, 68, 72, 76) exzentrisch zu der Achse (44) angeordnet sind.
Sensoranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gitterstreben (36, 40, 42) eine Dicke von 0,5 mm bis 1,0 mm, bevorzugt von 0,6 mm bis 0,9 mm und noch bevorzugter von 0,8 mm, aufweisen