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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Sensorvorrichtungen zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums, vorzugsweise eines Gases bekannt. Hierzu gehören Sensorvorrichtungen mit mindestens einem Sensorelement zur Erfassung mindestens eines Parameters eines Gases, insbesondere mindestens eine Eigenschaft eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, wie beispielsweise der Anteil an einem Bestandteil des Abgases, insbesondere der Sauerstoffanteil, der Stickoxidanteil und/oder der Anteil an gasförmigen Kohlenwasserstoffen. Weitere Eigenschaften, die mit einer derartigen Sensorvorrichtung erfasst werden können, sind beispielsweise die Partikelbeladung, die Temperatur und/oder der Druck des fluiden Mediums. Bei einer derartigen Sensorvorrichtung kann es sich insbesondere um eine Lambdasonde handeln. Lambdasonden werden vorzugsweise im Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt, vor allem um den Sauerstoffpartialdruck im Abgas zu erfassen. Lambdasonden werden beispielsweise beschrieben in Konrad Reif, Hrsg., Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage, Springer Vieweg, 2012, Seite 160 bis 165.
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Derartige Sensorvorrichtungen verfügen insbesondere an ihrer abgasseitigen Spitze über Schutzgehäuse, die in den Abgasstrom hineinragen. Die Schutzgehäuse dienen zum Schutz vor mechanischen Beanspruchungen sowohl beim Einbau als auch durch in der Abgasanlage auftretende Partikel, für eine gezielte Strömungsführung des fluidem Mediums innerhalb der Sensorvorrichtung zu dem sich darin befindlichen Sensorelement sowie zum Schutz des Sensorelements gegenüber einem Kondensat aus dem Abgas und einem damit verbundenen Thermoschock des Sensorelements. Ein sogenannter Thermoschock tritt insbesondere dann auf, wenn sich ein aus dem Abgasstrom ein Kondensattropfen ausbildet und auf das heiße keramische Sensorelement abscheidet, wodurch lokale Temperaturunterschiede auf der Oberfläche des Sensorelements erzeugt werden, die zu hohen thermisch induzierten Spannungen in dem Sensorelement führen können, die schließlich eine Beschädigung oder sogar eine Zerstörung des Sensorelements hervorrufen können. Das Schutzgehäuse ist in der Regel so ausgestaltet, um eine in der Abgasanlage auftretende Flüssigkeitsbelastung der Sensorvorrichtung möglichst auf eine Menge zu reduzieren, die bis zu einem Taupunktende für das Sensorelement unschädlich ist. Um das Sensorelement noch darüber hinaus vor Thermoschock zu schützen, ist es vorzugsweise zusätzlich mit einer Beschichtung zur Wärmedämmung und/oder zur Flüssigkeitsbindung versehen. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Beschichtung eine Keramik, insbesondere ein Aluminiumoxid, aufweist.
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Allerdings sind die Anforderungen an das Schutzgehäuse in vielen Fällen gegenläufig. In der Praxis besteht insbesondere ein Zielkonflikt zwischen den Anforderungen hinsichtlich eines hohen Schutzes vor dem Thermoschock und hinsichtlich einer hohen Dynamik der Sensorvorrichtung. Dies bedeutet insbesondere, dass Maßnahmen am Schutzgehäuse, die dazu führen, dass sich eine Belastung des Sensorelements mit Flüssigkeit verringern lässt, oftmals gleichzeitig eine Reduzierung der Dynamik der Sensorvorrichtung zur Folge haben. Dies ist dadurch bedingt, dass ein möglichst schneller Gasaustausch in der Nähe des Sensorelements in der Regel die Dynamik der Sensorvorrichtung fördert, während sich hierdurch gleichzeitig die Flüssigkeitsbelastung des Sensorelements erhöht, wodurch in der Regel der Schutz vor Thermoschock herabgesetzt wird. In der Praxis bedeutet dies, dass bei einem ausgewählten Schutzgehäuse regelmäßig nur eine der beiden Anforderungen hohe Dynamik oder hoher Schutz vor Thermoschock auf weitgehend zufriedenstellende Weise erfüllt werden kann.
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Das Schutzgehäuse selbst kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein, wobei eine mehrteilige Ausführung meist über ein Innengehäuse und ein, das Innengehäuse umgebende Außengehäuse verfügt, zwischen denen ein Zwischenraum ausgebildet ist, in welchem sich gegebenenfalls weitere Schutzrohre befinden. Schutzgehäuse, welche zwei oder drei Schutzrohre aufweisen und die daher auch als Doppel- bzw. Dreifachschutzrohr bezeichnet werden, werden besonders häufig eingesetzt werden. Hierbei verfügt ein Dreifachschutzrohr in der Regel über einen besseren Schutz vor Thermoschock im Vergleich zu einem Doppelschutzrohr. Allerdings weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Dreifachschutzrohre einer Reihe von Nachteilen auf. Gegenüber einem Doppelschutzrohr ist bei einem Dreifachschutzrohr ein Strömungspfad, den der Gasstrom von Eintrittsöffnungen am Schutzgehäuse bis zu dem Sensorelement zurücklegen muss, in der Regel länger. Eine derartige Ausführung begünstigt zwar den Schutz vor Thermoschock, wirkt sich aufgrund des längeren Strömungspfades jedoch meist nachteilig auf die Dynamik der Sensorvorrichtung aus. Aufgrund von strengeren Anforderungen an die Dynamik eignen sich Dreifachschutzrohre aus dem Stand der Technik nicht mehr für derartige Zwecke. Die gegenwärtig übliche Konstruktion von Dreifachschutzrohren erfordert zudem, dass das Innengehäuse von der Seite eines Referenzluftraums in das Außengehäuse eingebracht wird. Aufgrund der dadurch erforderlichen Begrenzung des Durchmessers des Innengehäuses lassen sich wegen des begrenzten Platzangebotes in dem Innengehäuse nur solche Sensorelemente einsetzen, die keine zusätzliche Schutzbeschichtung vor Thermoschock aufweisen. Eine fehlende Beschichtung des Sensorelements verringert jedoch die Flüssigkeitsmenge erheblich, welche das Sensorelement aus dem Abgasstrom beaufschlagen darf. Letztlich führt diese übliche Anordnung in den Dreifachschutzrohren dazu, dass trotz eines zusätzlichen Schutzrohres aufgrund des verringerten Schutzes des Sensorelements vor Thermoschock die Schutzwirkung der gesamten Sensorvorrichtung vor Thermoschock insgesamt nur unwesentlich oder nicht erhöht ist.
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Die
EP 2 333 534 A2 offenbart eine Sensorvorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums, die mit einem Schutzgehäuse zur Aufnahme mindestens eines Sensorelements versehen ist. Innerhalb des Schutzgehäuses befindet sich der von dem fluiden Medium durchströmbare Strömungspfad, welcher von den Eintrittsöffnungen in dem Außengehäuse über den Zwischenraum und Zutrittsöffnungen in dem Innengehäuse zu dem Sensorelement verläuft, wobei der Strömungspfad innerhalb des Schutzgehäuses zwei Umlenkstellen aufweist, an denen das fluide Medium jeweils eine Richtungsänderung um einen Winkel von 90° erfährt. Zusätzlich ist innerhalb des Schutzgehäuses entlang des Strömungspfades mindestens ein Wandkörper vorgesehen, der welcher so angeordnet und dazu eingerichtet ist, um Wärme aus dem fluiden Medium, welches mit einer möglichst geringen Geschwindigkeit an dem Wandkörper vorbeigeführt wird, aufzunehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird eine Sensorvorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums, insbesondere eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, vorgeschlagen, welche die bekannten Einschränkungen und Nachteile zumindest weitgehend überwindet. Eine derartige Sensorvorrichtung dient insbesondere zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums, vorzugsweise einer Eigenschaft des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise des Sauerstoffanteils, des Stickoxidanteils und/oder des Anteils an gasförmigen Kohlenwasserstoffen im Abgas. Die Erfassung von weiteren Eigenschaften des fluiden Mediums ist jedoch denkbar. Die vorliegende Sensorvorrichtung eignet sich aufgrund ihrer Ausgestaltung insbesondere zum Einsatz bei hohen Temperaturen, vorzugsweise im Bereich von 600 °C bis 1000 °C, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung umfasst mindestens ein Schutzgehäuse, welches zur Aufnahme mindestens eines Sensorelements vorgesehen ist und zu diesem Zweck das Sensorelement zumindest teilweise umgibt. Unter einem Schutzgehäuse ist hierbei eine Vorrichtung zu verstehen, welche eingerichtet ist, um das Sensorelement zumindest gegenüber üblichen, beim Einbau der Sensorvorrichtung und/oder im Betrieb der Sensorvorrichtung auftretenden mechanischen und/oder chemischen Belastungen zu schützen. Das Schutzgehäuse kann hierzu zumindest teilweise aus einem steifen Material, insbesondere aus einem Metall und/oder einer Legierung und/oder einer Keramik, hergestellt werden, welches insbesondere bei einem Fixieren des Schutzgehäuses bei üblichen Kräften, etwa bei üblichen Verschraubungskräften, keine Verformung durchläuft. Insbesondere kann das Schutzgehäuse eingerichtet sein, um die Sensorvorrichtung nach außen hin zumindest teilweise zu umschließen und somit zumindest einem Teil der Sensorvorrichtung eine äußere Gestalt zu geben. Das Schutzgehäuse kann insbesondere dazu eingerichtet sein, um vollständig oder teilweise in das fluide Medium eingebracht zu werden, beispielsweise in den Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine.
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Das Schutzgehäuse kann einteilig, zweiteilig, dreiteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Schutzgehäuse zweiteilig ausgeführt sein und dementsprechend ein gesondertes Innengehäuse aufweisen, welches das Sensorelement zumindest teilweise umgeben kann, wobei das Innengehäuse selbst zumindest teilweise von einem Außengehäuse umgeben sein kann. Das Innengehäuse und das Außengehäuse können in dieser Ausgestaltung derart zueinander angeordnet sein, dass sich zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ein mit dem Abgas beaufschlagbarer Zwischenraum ausbildet, der vorzugsweise die Form eines Ringspaltes annehmen kann. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann das Schutzgehäuse dreiteilig ausgeführt sein, wobei in dem Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ein zusätzliches, mittleres Schutzgehäuse eingebracht sein kann.
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Innerhalb des Schutzgehäuses befindet sich ein von dem fluiden Medium durchströmbarer Strömungspfad. Unter einem Strömungspfad wird derjenige Weg verstanden, den das fluide Medium von einem Eintritt in das Schutzgehäuse bis zu einem Austritt aus dem Schutzgehäuse zurücklegt, bevor das fluide Medium hieran anschließend das Sensorelement beaufschlagen kann. Dieser Weg wird hierbei im Wesentlichen neben einer Geschwindigkeit, mit welcher das fluide Medium in das Schutzgehäuse eintritt und die als Eintrittsgeschwindigkeit bezeichnet werden kann, durch eine geometrische Ausgestaltung eines Zwischenraums innerhalb des Schutzgehäuses festgelegt. Unabhängig von einer tatsächlichen Bewegung von einzelnen Partikeln und/oder Molekülen in dem fluiden Medium, welche auf einer mikroskopischen Skala sowohl einen laminaren als auch einen turbulenten Zustand annehmen kann, folgt das fluide Medium in einer makroskopischen Skala jedoch stets einem, auch idealisierten, Strömungspfad, welcher entlang von inneren Wänden innerhalb des Schutzgehäuses und sich gegebenenfalls darin befindlichen Einbauten verlaufen kann. Eine Ausgestaltung des Strömungspfades innerhalb des Schutzgehäuses kann sich somit durch eine Geometrie der Ausgestaltung des Schutzgehäuses einschließlich der sich darin befindlichen Eintrittsöffnungen für den Eintritt des fluiden Mediums in den Zwischenraum des Schutzgehäuses, der sich darin befindlichen Zutrittsöffnungen für einen Zutritt des fluiden Mediums aus dem Zwischenraum zu dem Sensorelement und gegebenenfalls sich in dem Zwischenraum befindlichen zusätzlichen Einbauten festlegen lassen.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird der Strömungspfad demgemäß derart festgelegt, dass der Strömungspfad mindestens drei Umlenkstellen oder mindestens vier Umlenkstellen oder mindestens fünf Umlenkstellen oder mindestens sechs Umlenkstellen aufweist. Hierbei erfährt das fluide Medium an jeder der mindestens drei Umlenkstellen eine Richtungsänderung um einen Winkel von mindestens 90°. Die Richtungsänderung an der Umlenkstelle ergibt sich hierbei jeweils aus einem Vergleich zwischen der Richtung des Strömungspfades nach einem Austritt des fluiden Mediums aus der Umlenkstelle in Bezug auf die Richtung des Strömungspfades vor einem Eintritt des fluiden Mediums in die Umlenkstelle. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung können die Umlenkstellen dazu eingerichtet sein, um sich in dem Abgas befindliche Flüssigkeit insbesondere aufgrund von Trägheitskräften, die während der Richtungsänderung in den Umlenkstellen auf die Flüssigkeit einwirken, bevorzugt in Form von Kondensattropfen auf inneren Wänden des Schutzgehäuses im Bereich der Umlenkstellen abzuscheiden. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Außengehäuse über mindestens eine Eintrittsöffnung für das fluide Medium verfügen. Hierzu kann das Außengehäuse vorzugsweise zumindest teilweise in Form eines Zylinders ausgestaltet sein, wobei der Zylinder eine Mantelfläche aufweist, in welchen die mindestens eine Eintrittsöffnung eingebracht ist. Weiterhin kann das Innengehäuse vorzugsweise über mindestens eine Zutrittsöffnung für das fluide Medium aus dem Zwischenraum verfügen, insbesondere zur Zuführung des fluiden Mediums zu dem mindestens einen Sensorelement. In dieser bevorzugten Ausgestaltung verläuft der Strömungspfad von der Eintrittsöffnung durch den Zwischenraum bis zu der Zutrittsöffnung, durch die das fluide Medium schließlich zum Sensorelement gelangt. Auf dem Strömungspfad sind, wie oben erläutert, mindestens drei Umlenkstellen vorgesehen, an denen das fluide Medium jeweils eine Richtungsänderung um einen Winkel von mindestens 90° erfährt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann in dem Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse ein zusätzliches mittleres Schutzgehäuse derart eingebracht sein, dass der Strömungspfad vorzugsweise durch einen Bereich um das mittlere Schutzgehäuse geführt werden kann. Die Führung des Strömungspfades durch den Bereich um das mittlere Schutzgehäuse kann hierbei derart erfolgen, dass in diesem Bereich mindestens zwei der insgesamt mindestens drei Umlenkstellen, vorzugsweise mindestens vier der mindestens sechs Umlenkstellen vorgesehen sind. Insbesondere kann das mittlere Schutzgehäuse derart in den Zwischenraum angeordnet und dazu eingerichtet sein, um eine Strömungsgeschwindigkeit des fluiden Mediums in dem Zwischenraum zu erzeugen, die zumindest teilweise die Strömungsgeschwindigkeit, die das fluide Medium unmittelbar nach Durchqueren der Eintrittsöffnung aufweist, übertreffen kann. Auf diese Weise kann es möglich werden, eine Beschleunigung des fluiden Mediums zumindest auf einzelnen Abschnitten des Strömungspfades in dem Zwischenraum hervorzurufen. Aufgrund einer auf diese Weise erzielbaren hohen Strömungsgeschwindigkeit auf einzelnen Abschnitten des Strömungspfades, insbesondere in Teilen des Zwischenraums, in welchen zwei Schutzgehäusen eng beieinander angeordnet sein oder eng aneinander liegen können, können hohe Strömungskräfte auf das sich in diesen Teilen befindliche fluide Medium einwirken. Die hierbei auftretenden Strömungskräfte können, je nach Ausgestaltung der genannten Teile des Zwischenraums, sogar die Kohäsionskräfte der einzelnen Tropfen übertreffen und auf dieser Weise zu einer Zerteilung von größeren Tropfen in dem fluiden Medium zu jeweils mehreren kleineren Tropfen führen. Durch die hiermit erzielte Verringerung der mittleren Tropfengröße weisen Tropfen, die trotz aller Schutzmaßnahmen doch noch bis an das Sensorelement gelangen, ein vergleichsweise geringes Volumen auf, wodurch auf diese Weise das Risiko für den Eintritt eines Thermoschocks auf derb Oberfläche des Sensorelements weiter herabgesetzt werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann das mittlere Schutzgehäuse über einen Falz verfügen, über den der Strömungspfad geführt werden kann, wobei der Strömungspfad aufgrund der gewählten geometrischen Konstruktion auf diese Weise mit mindestens einer, vorzugsweise mit zwei, besonders bevorzugt mit drei weiteren Umlenkstellen versehen werden kann. Unter einem Falz wird ein umgeklappter Anteil des mittleren Schutzgehäuses verstanden, der in den Zwischenraum hineinragen kann und welcher gegenüber dem verbleibenden Anteil einen Winkel unterhalb von 180°, vorzugsweise zwischen 60° und 120°, insbesondere etwa um 90°, aufweist. Durch die durch den Falz in dem mittleren Schutzgehäuse erzwungene Richtungsänderung kann in einem an dem Winkel anliegenden Gebiet, vorzugsweise durch Trägheitskräfte, eine zusätzliche Abscheidung von Flüssigkeitstropfen aus dem fluiden Medium zur Richtung des Winkels hin erfolgen.
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In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist das Außengehäuse derart ausgestaltet, dass es einen Hohlraum ausbilden kann, der etwa in Form einer hohlen Kuppel ausgestaltet sein kann, in welche das Innengehäuse, vorzugsweise fixiert, eingebracht sein kann. Um einen Zutritt des Gases zu dem Zwischenraum des Schutzgehäuses zu ermöglichen, kann es in dieser Ausgestaltung vorteilhaft sein, wenn die mindestens eine Eintrittsöffnung für das Gas aus dem Abgasraum in den Zwischenraum in der Mantelfläche des Zylinders angeordnet ist. Diese seitliche Anordnung der mindestens einen Eintrittsöffnung in der Mantelfläche kann darüber hinaus ein direktes Einströmen des Abgases in den Zwischenraum des Schutzgehäuses ermöglichen, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit des fluiden Mediums bereits unmittelbar nach dem Eintritt in den Zwischenraum einen im Vergleich zum Stand der Technik erhöhten Wert aufweisen kann, welcher, wie oben dargelegt, von Vorteil sein kann, insbesondere auf diese Weise eine zusätzliche Verringerung der mittleren Tropfengröße in dem fluiden Medium hervorgerufen kann.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der vorliegenden Sensorvorrichtung führt zu einer in vielerlei Hinsicht erhöhten Robustheit der gesamten Sensorvorrichtung gegenüber Thermoschock. Die Führung des von dem fluiden Medium durchströmbaren Strömungspfades durch das Schutzgehäuse durch mindestens drei Umlenkstellen hindurch kann eine bessere Abscheidung von Flüssigkeit bewirkt, welche sich in dem fluiden Medium befinden kann. Die Platzierung der Eintrittsöffnungen für das fluide Medium seitlich in der Mantelfläche des Außengehäuses kann zu einer zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des fluiden Mediums in dem Gehäuse und damit insbesondere zu einer Verbesserung der Dynamik des Sensorelement führen. Zusammen mit der Beschleunigung des fluiden Mediums innerhalb des Schutzgehäuses kann die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit zu vergrößerten Strömungskräften, die eine Verringerung der mittleren Tropfengröße hervorrufen kann, führen. Auf diese Weise lässt die Schädlichkeit von Tropfen, die trotz aller Maßnahmen bis zum Sensorelement gelangen, deutlich herabsetzen. Die Führung des Strömungspfades über einen Falz an einem weiterhin vorzugsweise vorgesehenen mittleren Schutzgehäuse kann darüber hinaus zu einer erhöhten Abscheidung von Tropfen aus dem fluiden Medium führen.
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Diese bevorzugte Art der Ausgestaltung des Schutzgehäuses ist mit einem Platzgewinn im Inneren des Innengehäuses verbunden. Auf diese Weise wird es möglich, das Innengehäuse mit einem Durchmesser zu versehen, der so gewählt ist, dass darin mindestens ein Sensorelement ausreichend Platz findet, das mit einer keramischen Beschichtung, vorzugsweise mit einer keramischen Thermoschockbeschichtung, beispielsweise aus Aluminiumoxid, versehen ist. Auf diese Weise erhält auch das mindestens eine Sensorelement einen erhöhten Schutz vor Thermoschock, der ergänzend zu dem durch die beschriebene Ausgestaltung des Schutzgehäuses erzielten Schutzes eingesetzt wird. Somit wirken alle vorgeschlagenen Maßnahmen konstruktiv zusammen, um auf diese Weise zu einer in allen Aspekten erhöhten Robustheit und Sicherheit der gesamten Sensorvorrichtung vor Thermoschock zu gelangen. Damit lässt sich eine Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere auch bei Abgassensoren einsetzen, die bereits bei Start eines Motors eingeschaltet werden können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung mit einem Schutzgehäuse in einer dreiteiligen Ausführung in Form einer Schnittzeichnung.
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Ausführungsform der Erfindung
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In der 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 110 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums 112 dargestellt. Die Sensorvorrichtung 110 umfasst ein Schutzgehäuse 114 zur Aufnahme mindestens eines Sensorelements (nicht dargestellt), welches von dem Schutzgehäuse 114 umgeben ist.
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In dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Schutzgehäuse 114 ein Außengehäuse 116, das einen, in Form einer Kuppel ausgestalteten Hohlraum 118 aufweist, in welchen ein Innengehäuse 120 eingebracht ist. Hierbei umschließt das Außengehäuse 116 das Innengehäuse 120 derart, dass sich zwischen dem Außengehäuse 116 und dem Innengehäuse 120 ein Zwischenraum 122 ausbildet. Weiterhin umfasst die vorliegende bevorzugte Ausführung des Schutzgehäuses 114 ein mittleres Schutzgehäuse 124, das in dem Zwischenraum 112 zwischen dem Außengehäuse 116 und dem Innengehäuse 120 eingebracht ist. Weitere Ausführungen des Schutzgehäuses 114 zum Schutz des mindestens einen Sensorelements der Sensorvorrichtung 110 sind jedoch denkbar.
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Das Außengehäuse 116 des Schutzgehäuses 114 der Sensorvorrichtung 110 verfügt über mindestens eine Eintrittsöffnung 126, durch die fluides Medium 112 aus dem Abgasraum in den Zwischenraum 122 zwischen dem Außengehäuse 116 und dem Innengehäuse 120 eintreten kann. Innerhalb des Schutzgehäuses 114 wird das fluide Medium 112 auf einem Strömungspfad 128 bis zu einer Zutrittsöffnung 130 zu dem Innenraum (nicht dargestellt) des Innengehäuses 120, in welchem sich das Sensorelement befindet, geführt. Auf seinem Weg von der Eintrittsöffnung 126 in den Zwischenraum 122 bis zur Zutrittsöffnung 130 aus dem Zwischenraum 122 in den Innenraum des Innengehäuses 120 durchquert der Strömungspfad 128 mindestens drei Umlenkstellen, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel sechs auf dem Strömungspfad 128 nacheinander angeordnete Umlenkstellen 131, 132, 133, 134, 135, 136 vorgesehen sind. Nacheinander bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das fluide Medium 112, nachdem es die Eintrittsöffnung 126 passiert hat, zunächst an einer ersten Umlenkstelle 131 eine Richtungsänderung erfährt, bevor es zu einer zweiten Umlenkstelle 132 geführt wird, an welcher es eine weitere Richtungsänderung erfährt. Anschließend durchquert das fluide Medium 112 eine dritte Umlenkstelle 133, danach eine vierte Umlenkstelle 134, hieran anschließend eine fünfte Umlenkstelle 135, dann eine sechste Umlenkstelle 136, bevor es schließlich den Zwischenraum 122 durch die Zutrittsöffnung 130 verlässt, um auf diese Weise in den Innenraum des Innengehäuses 120 zu gelangen, um dort das Sensorelement zu beaufschlagen.
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Auf jeder dieser sechs Umlenkstellen 131, 132, 133, 134, 135, 136 erfährt das fluide Medium 112, das sich entlang des Strömungspfades 128 bewegt, jeweils eine Richtungsänderung, in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel jeweils um einen Winkel von 90°. Wie aus der 1 ersichtlich, werden der Verlauf des Strömungspfades 128 und die sich darin befindlichen sechs Umlenkstellen 131, 132, 133, 134, 135, 136 insbesondere durch die spezifische formgemäße Ausgestaltung des mittleren Schutzgehäuses 124 sowie der geometrischen Anordnung des mittleren Schutzgehäuses 124 in dem Zwischenraum 122 zwischen dem Außengehäuse 116 und dem Innengehäuse 120 festgelegt. So wird die erste Umlenkstelle 131 durch ein Auftreffen des fluiden Mediums 112, das dem Zwischenraum 122 aus der sich in einer Mantelfläche 138 des Außengehäuses 116 befindlichen Eintrittsöffnung 126 zugeführt wird, auf das mittlere Schutzgehäuse 124 bewirkt. Die zweite Umlenkstelle 132 und die dritte Umlenkstelle 133 werden durch einen in Form eines Falzes umgeklappten Anteil 140 des mittleren Schutzgehäuses 124, der in einem Bereich 142 einen Winkel von etwa 90° zum verbleibenden Anteil 144 des mittleren Schutzgehäuses 124 ausbildet, festgelegt. Die vierte Umlenkstelle 134 und die fünfte Umlenkstelle 135 sind durch einen nicht abgeschlossenen Teilraum 146 vorgegeben, wobei der Teilraum 146 durch das Außengehäuse 116, das Innengehäuse 120 und den umgeklappten Anteil 140 des mittleren Schutzgehäuses 124 begrenzt ist. Die sechste Umlenkstelle 136 wird durch die Führung des Strömungspfades 128 auf einem Weg 148 zwischen dem Innengehäuse 120 und dem mittleren Schutzgehäuse 124 zu der Zutrittsöffnung 130 zu dem Innengehäuse 120 festgelegt. An jeder der Umlenkstellen 131, 132, 133, 134, 135, 136 führt die Richtungsänderung des Strömungspfades 128 um einen Winkel von 90° zu einer Abscheidung von Flüssigkeit aus dem fluiden Medium 112, vorzugsweise in Form von Kondensattropfen. Insbesondere auf dem Weg 148 des Strömungspfades 128 erfährt das fluide Medium 112 eine hohe Strömungsgeschwindigkeit in dem engen Spalt 150 zwischen dem Innengehäuse 120 und dem mittleren Schutzgehäuse 124. Dadurch wirken vergleichsweise hohe Strömungskräfte auf die in dem fluiden Medium 112 vorhandenen Tropfen ein und führen zu einer Zerteilung dieser Tropfen zu Tropfen. Sollten somit trotz der in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorhandenen sechs Umlenkstellen 131, 132, 133, 134, 135, 136 dennoch Tropfen durch die Zutrittsöffnung 130 auf das sich im Innengehäuse 120 befindliche Sensorelement auftreffen, so weisen diese wenigstens eine geringe Tropfengröße auf, wodurch sich aufgrund von kleinen zugeführten Einzelvolumina dieser Tropfen das Risiko für Thermoschock auf der Oberfläche des Sensorelements verringert.
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Wie sich ebenfalls aus der 1 ergibt, ist das Innengehäuse 120 in den kuppelförmigen Hohlraum 118 des Außengehäuses 116 eingefügt, so dass das Innengehäuse 120 in der vorliegenden bevorzugten Ausführung einen Innendurchmesser 152 aufweisen kann, dessen Größe so ausgewählt ist, dass in dem Innenraum des Innengehäuses 120 mindestens ein Sensorelement Platz findet, das zusätzlich mit einer Beschichtung gegenüber Thermoschock versehen sein kann. Auf diese Weise erhält die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung 110 zusätzlich zu der in dieser Ausführung beispielhaft dargestellten Ausgestaltung des Schutzgehäuses 114 eine zusätzliche Einrichtung zum Schutz gegen das Auftreten von Thermoschock.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Konrad Reif, Hrsg., Sensoren im Kraftfahrzeug, 2. Auflage, Springer Vieweg, 2012, Seite 160 bis 165 [0001]
