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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Sensoranordnungen und Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Strömungseigenschaft eines strömenden fluiden Mediums, also von Flüssigkeiten und/oder Gasen, bekannt. Bei den Strömungseigenschaften kann es sich um grundsätzlich beliebige physikalisch und/oder chemisch messbare Eigenschaften handeln, welche eine Strömung des fluiden Mediums qualifizieren oder quantifizieren. Insbesondere kann es sich dabei um eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Massenstrom und/oder einen Volumenstrom handeln.
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Um die Strömungseigenschaft eines fluiden Mediums zu bestimmen, sind thermische Messprinzipien weit verbreitet. So sind beispielsweise sogenannte Heißfilmluftmassenmesser bekannt und beispielsweise beschrieben in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2012, Seiten 146–147. 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 einen Temperatursensor, welche beispielsweise auf der Messoberfläche des Sensorchips angeordnet sind. 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, beispielsweise einen Ansaugtrakt eines Kraftfahrzeugs, handeln. Damit der Heißfilmluftmassenmesser ein möglichst störungsarmes Luftmassensignal liefern kann, ist eine möglichst gleichmäßige Zuströmung zu dem Steckfühler und durch einen Bypasskanal in diesem und insbesondere über die Messoberfläche des Sensorchips wichtig. Der Bypasskanal stellt dabei einen Messkanal dar, in welchem wiederum ein Sensorträger mit dem Sensorchip eingebracht ist.
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Weiterhin sind aus dem Stand der Technik sogenannte Anemometer, Hitzdrahtanemometer oder Hitzdrahtsonden bekannt, welche beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2012, Seiten 95–97 beschrieben sind. Dort wird ein einen Massenfluss messendes Anemometer beschrieben, insbesondere ein Hitzdraht-Luftmassenmesser. Der Hitzdraht-Luftmassenmesser weist einen Heizwiderstand in Form eines dünnen Drahts auf, insbesondere einen feinen Platindraht, und einen Lufttemperatursensor. Der dünne Draht weist einen elektrischen Widerstand auf und wird von einem Strom durchflossen, wobei der dünne Draht sich erwärmt. Der Lufttemperatursensor wird zur Bestimmung eines Heizstrombedarfs genutzt. Aus der Bestimmung des Heizstrombedarfs kann auf den Massenstrom und/oder Volumenstrom des fluiden Mediums geschlossen werden. Üblicherweise ist der dünne Draht, insbesondere der feine Platindraht, bei Hitzdraht-Luftmassenmessern trapezförmig über einen Strömungsquerschnitt des Messkanals gespannt.
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Eine Herstellung von dünnen Platindrähten, welche in Hitzdraht-Luftmassenmessern des Stands der Technik verwendet werden, ist durch eine erforderliche Handarbeit kostenintensiv. Zudem bedingt die Aufspannung der empfindlichen Drähte eine hohe Störanfälligkeit der Sensoranordnung. Wünschenswert wäre daher eine robuste Sensoranordnung zur Bestimmung mindestens einer Strömungseigenschaft eines strömenden fluiden Mediums, die einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird dementsprechend eine Sensoranordnung zur Bestimmung mindestens einer Strömungseigenschaft eines strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen, welche diesen Anforderungen zumindest weitgehend genügt und welche die Nachteile bekannter Sensoranordnung dieser Art zumindest weitgehend vermeidet. Bezüglich der mindestens einen Strömungseigenschaft, welche qualitativ und/oder quantitativ erfasst werden kann, kann beispielsweise auf die obige Beschreibung des Standes der Technik verwiesen werden. Insbesondere kann es sich bei dieser Strömungseigenschaft um eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Massenstrom und/oder einen Volumenstrom des fluiden Mediums handeln. Bei dem fluiden Medium kann es sich insbesondere um ein Gas, beispielsweise um Luft, handeln. Die Sensoranordnung kann insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik, beispielsweise im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, eingesetzt werden. Bei dem strömenden fluiden Medium kann es sich insbesondere um eine Ansaugluftmasse der Brennkraftmaschine handeln. Auch andere Einsatzgebiete sind jedoch grundsätzlich möglich.
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Die Sensoranordnung weist mindestens einen Sensor zur Bestimmung der Strömungseigenschaft auf. Unter einem Sensor zur Bestimmung der Strömungseigenschaft kann dabei grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche zur Bestimmung der mindestens einen Strömungseigenschaft ausgestaltet ist.
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Der Sensor weist mindestens ein Hitzedraht-Messelement auf. Unter einem Hitzdraht-Messelement kann dabei grundsätzlich ein Sensorelement verstanden werden, welches eingerichtet ist, um die Strömungseigenschaft des fluiden Mediums mittels mindestens eines elektrisch erwärmbaren Drahtes, im folgenden Hitzdraht genannt, zu erfassen, insbesondere mittels thermischer Anemometrie.
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Das Hitzedraht-Messelement weist mindestens ein Trägerelement auf. Unter einem Trägerelement kann grundsätzlich ein Bauteil verstanden werden auf welchem weitere Bauteile der Sensoranordnung angeordnet werden können, beispielsweise Bauteile einer Auswerteelektronik. Die Sensoranordnung ist derart ausgestaltet, dass das Trägerelement in das fluide Medium hineinragt.
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Das Trägerelement weist mindestens eine Aussparung auf, wobei die Aussparung von mindestens einem Hitzdraht überspannt wird. Unter einer Aussparung kann grundsätzlich ein beliebig geformter Hohlraum in dem Trägerelement verstanden werden, welcher teilweise von dem Trägerelement umgeben ist und welcher von außen zugänglich ist. Insbesondere kann die Aussparung zumindest teilweise von dem Trägerelement umrahmt sein, so dass auf mindestens zwei Seiten die Aussparung von dem Trägerelement umrahmt wird. Die Aussparung kann auch eine Öffnung umfassen, insbesondere eine rechteckige Öffnung.
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Unter einem Hitzdraht kann allgemein ein Draht verstanden werden, insbesondere ein Platindraht, welcher einen elektrischen Widerstand aufweist und sich bei einem Stromfluss erwärmt.
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Der Sensor kann eine Mehrzahl von Hitzdrähten aufweisen. Beispielsweise kann der Sensor 2 bis 10 Hitzdrähte aufweisen, vorzugsweise 3 bis 6 Hitzdrähte und besonders bevorzugt 4 Hitzdrähte. Der Sensor kann weiterhin mindestens eine elektrische Schaltung aufweisen, wobei die Hitzdrähte in der elektrischen Schaltung parallel geschaltet sind. Unter einer elektrischen Schaltung kann grundsätzlich ein Zusammenschluss von elektrischen Bauteilen und/oder Leitungselementen verstanden werden, welcher eingerichtet sein kann, um elektrische Signale, insbesondere Spannungen und/oder Ströme, zu transportieren. Unter „parallel geschaltet“ kann insbesondere verstanden werden, dass gleichzeitig gleichgerichtete Teilströme durch die Hitzdrähte fließen, welche sich anschließend wieder zu einem Gesamtstrom vereinigen.
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Die Hitzdrähte können im Wesentlichen parallel angeordnet sein. Insbesondere können mindestens zwei nebeneinanderliegende Hitzdrähte im Wesentlichen parallel zu einander angeordnet sein. Unter im Wesentlichen parallel angeordnet kann verstanden werden, dass die Hitzdrähte grundsätzlich geometrisch parallel angeordnet sind. Dabei können leichte Abweichungen von einer exakten Parallelität toleriert werde, beispielsweise Abweichungen durch Drahtbiegungen etc., insbesondere Abweichungen von nicht mehr als 30°, vorzugsweise nicht mehr als 20° und besonders bevorzugt von nicht mehr als 10°. Insbesondere sollten sich die parallel angeordneten Hitzdrähte nicht berühren.
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Insbesondere kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, um ein Reißen oder Brechen eines der Hitzdrähte zu detektieren und eine Auswertung an eine Messung mit den verbleibenden Hitzdrähten anzupassen. Die Detektion und Anpassung der Messung kann insbesondere durch mindestens eine Auswerteelektronik erfolgen, welche unten noch näher beschrieben wird. Insbesondere kann sich durch ein Reißen oder Brechen eines oder einer Mehrzahl der Hitzdrähte ein Gesamtwiderstand der Hitzdrähte ändern. Beispielsweise kann sich der Gesamtwiderstand sprunghaft ändern, wobei die sprunghafte Änderung beispielsweise durch eine Überwachung einer Änderungsrate und beispielsweise durch einen Vergleich der Änderungsrate mit einem oder mehreren Schwellwerten erkannt werden kann.
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Unter einer Auswertung kann insbesondere eine Bestimmung des Gesamtwiderstands zur Bestimmung der Strömungseigenschaft verstanden werden. Bei einem Reißen oder Brechen eines oder einer Mehrzahl der Hitzdrähte kann eine Anpassung an die Messung mit den verbleibenden Hitzdrähten insbesondere durch die erwähnte Auswerteelektronik, erfolgen. Beispielsweise kann ein Gesamtwiderstand der verbleibenden Hitzdrähte bekannt sein und/oder bestimmt werden, welcher für die weitere Auswertung verwendet werden kann.
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Weiterhin kann der mindestens eine Hitzdraht im Wesentlichen senkrecht zu einer Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums angeordnet sein. Unter einer Hauptströmungsrichtung kann eine Strömungsrichtung des fluiden Mediums unter den üblichen Betriebsbedingungen der Sensoranordnung verstanden werden, insbesondere am Ort des mindestens einen Hitzdrahts. Unter im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung kann verstanden werden, dass der Hitzdraht grundsätzlich senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung angeordnet sein kann, jedoch Abweichungen von einer Senkrechten zur Hauptströmungsrichtung möglich sind. Das fluide Medium kann den Hitzdraht insbesondere quer anzuströmen.
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Das Trägerelement kann einen Schaltungsträger umfassen, insbesondere einen Schaltungsträger ausgewählt aus einer Leiterplatte und einer Platine. Unter dem Schaltungsträger kann ein Bauteil verstanden werden, auf welchem eine oder mehrere elektronische Bauteile angeordnet werden können, insbesondere Leiterbahnen und/oder ein oder mehrere integrierte Schaltkreise, wie beispielsweise anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs), beispielsweise einer Auswerteelektronik. Der Schaltungsträger kann insbesondere eine Leiterplatte umfassen, welche in Alleinstellung verwendet werden kann oder welche beispielsweise auf einem mechanischen Träger montiert sein kann, beispielsweise einem Stanz-Biege-Teil, beispielsweise einem metallischem Werkstoff. Das Trägerelement kann mit dem Schaltungsträger unmittelbar verbunden sein oder auch mit dem mechanischen Träger, beispielsweise dem Stanz-Biege-Teil, verbunden sein. Beispielsweise kann der mechanische Träger an das Trägerelement angespritzt sein. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich.
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Der Hitzdraht kann insbesondere einen Durchmesser von 11 µm bis 20 µm, insbesondere einen Durchmesser von 12 µm bis 18 µm, besonders bevorzugt einen Durchmesser von 13 µm bis 17 µm und weiter bevorzugt einen Durchmesser von 15 µm aufweisen.
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Weiterhin kann das Trägerelement Bondstellen aufweisen, wobei der Hitzdraht an den Bondstellen durch Bonding mit den Bondstellen verbunden sein kann. Unter einer Bondstelle kann eine Verbindung eines der Hitzdrähte mit dem Trägerelement verstanden werden, insbesondere durch eine Bondingtechnik. Derartige Bondingtechniken sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Beispielsweise können Dünndraht-Bondingtechniken eingesetzt werden oder auch andere Bondingtechniken. Das Trägerelement kann eine die Bondstellen elektrisch kontaktierende Leiterbahnstruktur aufweisen. Unter einer die Bondstellen elektrisch kontaktierenden Leiterbahnstruktur kann eine Leiterbahnstruktur verstanden werden, welche die Bondstellen und das Trägerelement elektrisch verbindet. Beispielsweise können die Bondstellen auf einander gegenüberliegenden Seiten der Aussparung angeordnet sein.
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Die Bondstellen können mit den durch Bonding verbundenen Hitzdrähten durch eine amorphe Schutzmasse gegenüber Umwelteinflüssen geschützt werden, wobei die Hitzdrähte im Bereich der Aussparung frei bleiben. Beispielsweise kann es sich bei Umwelteinflüssen um eine chemische Einwirkung und/oder eine Feuchteeinwirkung handeln. Insbesondere kann die amorphe Schutzmasse ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Schutzgel, einem Glob-Top.
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Der Sensor kann als Steckfühler ausgestaltet sein, wobei der Steckfühler eingerichtet sein kann, um in ein von dem fluiden Medium durchströmtes Strömungsrohr eingesteckt zu werden. Der Steckfühler kann insbesondere in ein Strömungsrohr der Brennkraftmaschine eingebracht werden. Grundsätzlich kann der Steckfühler austauschbar oder auch permanent in das Strömungsrohr eingebracht sein. Der Steckfühler kann beispielsweise in ein von dem fluiden Medium durchströmtes Strömungsrohr hineinragen. Das Strömungsrohr selbst kann ein Bestandteil der Sensoranordnung sein oder kann auch als ein separates Teil vorgesehen werden, beispielsweise mit einer Öffnung, in welche der Steckfühler einbringbar ist. Der Steckfühler kann insbesondere zumindest teilweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein, beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens.
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Der Steckfühler kann mindestens ein Gehäuse mit mindestens einem von dem fluiden Medium durchströmbaren Kanal aufweisen, wobei das Trägerelement zumindest teilweise in den Kanal ragt, wobei die Aussparung zumindest teilweise innerhalb des Kanals angeordnet ist. Unter einem Gehäuse ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine einteilige oder auch mehrteilige Vorrichtung zu verstehen, welche die Sensoranordnung nach außen zumindest weitgehend abschließt und zumindest weitgehend schützt gegenüber mechanischen Einwirkungen und vorzugsweise auch anderen Arten von Einwirkungen, beispielsweise chemischen Einwirkungen und/oder Feuchteeinwirkungen. Das Gehäuse kann insbesondere zumindest teilweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein, beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens. Grundsätzlich kann der Kanal einteilig ausgestaltet sein. Bevorzugt kann der Kanal mindestens einen Hauptkanal und mindestens einen von dem Hauptkanal abzweigenden Bypasskanal aufweisen, wobei das Trägerelement zumindest teilweise in den Bypasskanal ragt. Die Aussparung kann derart angeordnet sein, dass eine Öffnung der Aussparung der Strömung des fluiden Mediums innerhalb des Kanals entgegen weist. Beispielsweise kann das fluide Medium in die Öffnung der Aussparung einströmen und die Hitzdrähte anströmen. Das Gehäuse kann mindestens eine einer Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums entgegenweisende Einlassöffnung aufweisen. Die Einlassöffnung kann insbesondere derart ausgestaltet sein, dass das fluide Medium ungehindert durch die Einlassöffnung in das Gehäuse eindringen kann.
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Weiterhin kann das Trägerelement einen Schaltungsträgerbereich und einen von dem Schaltungsträgerbereich in das fluide Medium hineinragenden Sensorträger aufweisen, wobei die Aussparung in dem Sensorträger angeordnet sein kann. Unter dem Schaltungsträgerbereich kann ein Bereich auf dem Trägerelement verstanden werden auf welchem der Schaltungsträger angeordnet sein kann. Unter einem Sensorträger kann ein Bauteil verstanden werden, welcher den Sensor zu Bestimmung der Strömungseigenschaft trägt, insbesondere die Hitzdrähte. Die Aussparung kann sich von einer der Strömung des fluiden Mediums entgegenweisenden Kante des Sensorträgers aus in den Sensorträger hinein erstrecken. Beispielsweise kann die Aussparung in Form eines Rechtecks in den Sensorträger hinein erstrecken.
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Das Trägerelement kann als flächiges Trägerelement ausgestaltet sein, wobei eine Flächennormale des flächigen Trägerelements im Wesentlichen senkrecht zur Strömung des fluiden Mediums ausgerichtet sein kann. Durch eine solche Ausgestaltung können die auf dem Trägerelement angeordneten Hitzdrähte von dem fluiden Medium im Wesentlichen senkrecht angeströmt werden. Unter „im Wesentlichen senkrecht“ kann beispielsweise eine senkrechte Anordnung verstanden werden, wobei aber Abweichungen tolerierbar sein können, beispielsweise Abweichungen von nicht mehr als 20°, insbesondere nicht mehr als 10° oder nicht mehr als 5°.
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Die Sensoranordnung kann mindestens eine Auswerteelektronik aufweisen, wobei die Auswerteelektronik eingerichtet sein kann, um einen Widerstand des mindestens einen Hitzdrahts zu detektieren. Die Auswerteelektronik kann zumindest teilweise auf dem Trägerelement angeordnet sein, insbesondere kann die Auswerteelektronik auf dem Schaltungsträgerbereich angeordnet sein. Die Auswertelektronik kann einen Anschlusskontakt aufweisen, welcher mit mindestens einem Anschlusskontakt mit dem Sensor verbunden sein kann. Die Auswerteelektronik kann eingerichtet sein den Gesamtwiderstand des mindestens einen Hitzdrahtes und/oder der Mehrzahl von Hitzdrähten zu bestimmen, insbesondere kann die Auswerteelektronik eingerichtet sein eine Änderung des Gesamtwiderstands zu bestimmen. Insbesondere kann die Auswerteelektronik aus der Bestimmung des Gesamtwiderstands auf die Strömungseigenschaft des fluiden Mediums schließen. Die Auswerteelektronik kann eingerichtet sein den Gesamtwiderstand des mindestens einen Hitzdrahtes und/oder der Mehrzahl von Hitzdrähten in einer Auswertung zu berücksichtigen. Beispielsweise kann die Auswerteelektronik bei einen Reißen oder Brechen eines der Hitzdrähte die Auswertung an den Gesamtwiderstand der Hitzdrähte, ohne den gerissenen oder gebrochenen Hitzdraht, anpassen. Die Auswerteelektronik kann einen integrierten Schaltkreis (ASIC) umfassen.
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In einem Ausführungsbeispiel kann das Trägerelement eine Mehrzahl von Hitzdrähten aufweisen, welche zueinander parallel angeordnet sein können und die Aussparung überspannen können. Die Hitzdrähte können einen Durchmesser von 15 µm aufweisen. Die Hitzdrähte können jeweils auf beiden Seiten der Aussparung gebondet sein und durch eine amorphe Schutzmasse ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Schutzgel, einem Glob-Top geschützt werden. Der Sensor kann so in dem Bypass angeordnet sein, dass Hitzdrähte senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des fluide Mediums angeordnet sind, insbesondere kann das fluide Medium quer zu den Hitzdrähten strömen. Aus dem Gesamtwiderstand der Hitzdrähte kann die Auswerteelektronik die mindestens eine Strömungseigenschaft des fluiden Mediums bestimmen. In dem Fall, dass einer der Hitzdrähte reißt oder bricht, kann sich der Gesamtwiderstand der Hitzdrähte ändern. Die Änderung des Gesamtwiderstands und/oder der Gesamtwiderstand können von der Auswerteelektronik bestimmt werden und bei der Auswertung berücksichtigt werden.
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Vorteile der Erfindung
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Die oben beschriebene Sensoranordnung weist gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Sensoranordnungen zahlreiche Vorteile auf. Die Herstellungsprozesse einer Hitzdrahtsonde mit Platindrähten im Durchmesser 2,5 bis 10 µm sind sehr aufwendig und kostenintensiv aufgrund der bisher benötigten Handarbeit. Die Herstellung der vorgeschlagenen Sensoranordnung kann, insbesondere durch eine Verwendung der vorgeschlagenen Hitzdrähte, vollständig oder teilweise automatisiert erfolgen. Dadurch kann eine kostengünstige Herstellung der Sensoranordnung erfolgen.
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Weiter kann die Robustheit der Sensoranordnung durch eine Parallelschaltung mehrerer Hitzdrähte wesentlich erhöht werden. So kann selbst bei einem Ausfall eines Hitzdrahtes des Sensors weiterhin die Strömungseigenschaft des fluiden Mediums bestimmt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
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Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Erfassung mindestens einer Strömungseigenschaft eines strömenden fluiden Mediums; und
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2 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Hitzdraht-Messelements
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 110 zur Erfassung mindestens einer Strömungseigenschaft eines strömenden fluiden Mediums in einer Draufsicht gezeigt. Die Sensoranordnung 110 kann in diesem Ausführungsbeispiel als Hitzdrahtsonde ausgestaltet sein. Die Sensoranordnung 110 weist mindestens einen Sensor 112 auf. Der Sensor 112 kann als ein Steckfühler 114 ausgestaltet sein. Der Steckfühler 114 kann in eine Strömung des fluiden Mediums, beispielsweise in eine Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, einbringbar sein. Beispielsweise kann der Steckfühler 114 reversibel eingesteckt oder permanent in ein Strömungsrohr installiert werden.
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Der Steckfühler 114 kann ein Gehäuse 116 aufweisen. Innerhalb des Gehäuses 116 können mindestens ein von dem fluiden Medium durchströmbarer Kanal 118 und ein Elektronikraum 120 angeordnet sein. Der Kanal 118 kann seinerseits einen Hauptkanal 122 und einen Bypasskanal 124 aufweisen. Der Bypasskanal 124 kann von dem Hauptkanal 122 abzweigen. Der Elektronikraum 120 kann als eine rechteckige Vertiefung in dem Gehäuse 116 ausgestaltet sein. Das Gehäuse 116 kann eine Einlassöffnung 126 aufweisen, in welche das fluide Medium einströmen kann, sowie eine oder mehrere Auslassöffnungen 127.
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Der Sensor 112 weist mindestens ein Hitzdraht-Messelement 128 auf. Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Hitzdraht-Messelements 128 ist in 2 dargestellt. Das Hitzdraht-Messelement 128 weist mindestens ein Trägerelement 130 auf, welches in das fluide Medium hineinragt, beispielsweise in den Bypasskanal 124. Das Trägerelement 130 weist eine Aussparung 132 auf. Die Aussparung 132 wird von mindestens einem Hitzdraht 134 überspannt. Beispielsweise kann der Sensor 112 eine Mehrzahl von Hitzdrähten 134 aufweisen. In diesem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Aussparung 132 von vier Hitzdrähten 134 überspannt werden. Die Hitzdrähte 134 können im Wesentlichen parallel angeordnet sein. Die Hitzdrähte 134 können im Wesentlichen senkrecht zu einer Hauptströmungsrichtung 136 des fluiden Mediums am Ort des Hitzdraht-Messelements 128 angeordnet sein. Die Hitzdrähte 134 können einen Durchmesser von 11 µm bis 20 µm, insbesondere einen Durchmesser von 12 µm bis 18 µm, besonders bevorzugt einen Durchmesser von 13 µm bis 17 µm und weiter bevorzugt einen Durchmesser von 15 µm aufweisen.
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Das Trägerelement 130 kann einen Schaltungsträgerbereich 138 aufweisen. Auf dem Schaltungsträgerbereich 138 kann ein Schaltungsträger 140 angeordnet sein, oder der Schaltungsträgerbereich 138 kann ganz oder teilweise durch einen Schaltungsträger 140 gebildet werden. Beispielsweise kann der Schaltungsträger 140 als eine Leiterplatte oder eine Platine ausgestaltet sein. Auf dem Schaltungsträger 140 können insbesondere Leiterbahnen oder integrierte Schaltkreise (ASIC) einer Auswerteelektronik 142 angeordnet sein.
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Der Sensor 112 kann eine elektrische Schaltung 144 aufweisen. Die Hitzdrähte 134 können in der elektrischen Schaltung parallel geschaltet sein. Das Trägerelement 130 kann Bondstellen 146 aufweisen. Die Bondstellen 146 können in Form einer elektrischen kontaktierenden Leitbahnstruktur hergestellt werden. Die Hitzdrähte 134 können durch Bonding mit den Bondstellen 146 verbunden sein. Die Bondstellen 146 können an gegenüberliegenden Seiten der Aussparung 132 angeordnet sein.
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Die Bondstellen 146 können durch eine amorphe Schutzmasse 148 gegenüber Umwelteinflüssen geschützt sein. Beispielsweise kann nach einer Herstellung der elektrischen Schaltung 144 die amorphe Schutzmasse 148 auf die Bondstellen 146 aufgebracht werden. Beispielsweise kann die amorphe Schutzmasse 148 die Bondstellen 146 vollständig umschließen. Insbesondere kann die amorphe Schutzmasse 148 so angeordnet sein, dass im Bereich der Aussparung 132 die Hitzdrähte 134 freibleiben. Die amorphe Schutzmasse 148 kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Schutzgel, einem Glob-Top.
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Das Trägerelement 130 kann weiterhin einen von dem Schaltungsträgerbereich 138 in das fluide Medium hineinragenden Sensorträger 150 aufweisen. Der Sensorträger 150 kann insbesondere einstückig mit dem Schaltungsträger 140 ausgebildet sein. So kann es sich bei dem Sensorträger 150 beispielsweise um einen in das fluide Medium hineinragenden Abschnitt des Schaltungsträgers 140 handeln. So können der Sensorträger 150 und der Schaltungsträger 140 beispielsweise aus einer gemeinsamen Leiterplatte gefertigt sein. Auch eine andere Ausgestaltung, beispielsweise eine mehrteilige Ausgestaltung, ist jedoch möglich.
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Die Aussparung 132 kann in dem Sensorträger 150 angeordnet sein. Die Aussparung 132 kann eine Öffnung 152 aufweisen, welche einer Strömung des fluiden Mediums innerhalb des Kanals 118 entgegenweisen kann. Beispielsweise kann die Aussparung durch Fräsen oder Sägen einer Leiterplatte des Trägerelements 130 im Bereich des Sensorträgers 150 gebildet werden.
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Das Trägerelement 130, insbesondere der Sensorträger 150, kann zumindest teilweise in den Kanal 118 ragen. Die Aussparung 132 kann sich von einer der Strömung des fluiden Mediums entgegenweisenden Kante 154 des Sensorträgers 150 aus in den Sensorträger 150 hinein erstecken. Das Trägerelement 130 kann als ein flächiges Trägerelement ausgestaltet sein. Das fluide Medium kann im Wesentlichen senkrecht zu einer Flächennormale 156 des Trägerelements 130 strömen.
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Die Auswerteelektronik 142 kann eingerichtet sein, um mindestens einen Widerstand, insbesondere einen Gesamtwiderstand, der Hitzdrähte 134 zu detektieren. Die Auswerteelektronik 142 kann weiterhin eingerichtet sein, um aus dem Gesamtwiderstand der Hitzdrähte 134 eine Strömungseigenschaft des fluiden Mediums zu bestimmen. Bezüglich möglicher Messprinzipien zur Bestimmung der Strömungseigenschaft kann beispielsweise auf übliche Techniken der Anemometrie verwiesen werden, wie beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2012, Seiten 95–97 beschrieben.
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Die Sensoranordnung 110 kann eingerichtet sein, bei einem Reißen oder Brechen eines der Hitzdrähte 134 eine Auswertung an eine Messung mit den verbleibenden Hitzdrähten 134 anzupassen. Beispielsweise kann die Auswerteelektronik 142 eingerichtet sein, eine Änderung des Gesamtwiderstands der Hitzdrähte 134 zu detektieren, insbesondere ein sprunghafte Änderung des Gesamtwiderstands, und die Auswertung an eine Messung mit den verbleibenden Hitzdrähten 134 anzupassen. Wird ein Reißen oder Brechen detektiert, so können beispielsweise eine oder mehrere entsprechende Maßnahme ergriffen werden, vorzugsweise automatisch. So kann beispielsweise die Auswerteelektronik 142 eingerichtet sein, um eine Messung der mindestens einen Strömungseigenschaft an die verringerte Anzahl an Hitzdrähten 134 anzupassen und um auch mit dieser verringerten Anzahl die mindestens eine Strömungseigenschaft zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich können auch eine oder mehrere andere Maßnahmen ergriffen werden. So kann beispielsweise eine Warnung oder eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben werden, beispielsweise an eine Motorsteuerung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2012, Seiten 146–147 [0002]
- Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2012, Seiten 95–97 [0003]
- Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2012, Seiten 95–97 [0041]
