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Die Erfindung betrifft einen Luftgüte-Fühler.
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Marktgängige Luftgüte-Fühler etwa der Anmelderin sind, in einem Fühler-Gehäuse mit Kabelanschluss- und/oder Anzeige-Einrichtungen, mit wenigstens einer Schaltungsplatine zu Betreiben und Auswerten eines CO2-Sensors ausgestattet, sowie gegebenenfalls zusätzlich mit einem VOC-Mischgassensor. Zum Eintauchen in einen Behälter oder in einen Kanal mit ruhendem oder strömendem Gas ist eine Öffnung im Gehäuse-Boden mit einem hier mündenden, vorkragenden Rohr bestückt, dessen Wandung für Zugang des Gases und Konvektion zu Klima-Sensoren im Fühler-Gehäuse mehrfach durchlöchert ist.
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Apparativ ähnlich ausgelegt sind Temperatur-Feuchte-Fühler, etwa der Typ KFF-20 der Anmelderin, bei denen jeweils ein ungelochtes Rohr an seinem freien Stirnende mit einer porösen Filterkappe verschlossen ist, die mit einem Schaltungsträger für einen Temperatursensor bestückt ist, der durch das Rohr hindurch zur Schaltungsplatine im Gehäuse verdrahtet ist. Keines gesonderten Temperatursensors bedarf es, wenn der Fühler am freien Stirnende des Rohres mit einem Feuchtesensor ausgestattet ist, da die Temperatur im Medium auch über die Temperaturabhängigkeit des Feuchte-Sensors erfasst werden kann.
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Beim Kanalfühler nach dem
US-Patent 8,024,986 B2 ist ein vom Schaltungsgehäuse in den Kanal hinein ragender, im Querschnitt I-förmiger Tauchstab vorgesehen, der an seinem freien Stirnende mit einem öffnenbaren Gehäuse zur Aufnahme mehrerer beschalteter Sensoren ausgestattet ist, die längs des Stabes zum Schaltungsgehäuse hin verdrahtet sind. Gemäß der
US 2013/0160571 A1 sind dagegen alle Sensoren im Schaltungsgehäuse untergebracht, an das ein geteiltes oder zweizügiges Tauchrohr zweikanalig angeschlossen ist, um zulaufende und ablaufende Medienströmungen voneinander zu trennen. Damit vergleichbar ist bei marktgängigen Luftqualitäts-Kanalfühlern ein zweiwandiges Tauchrohr vorgesehen, bei dem ein ungelochtes Abluftrohr konzentrisch durch ein Zuluftrohr verläuft, das eine Lochwandung nur der Anströmung entgegen aufweist.
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Nach der
US 7,421,911 B2 ragt ein mit einem Temperatursensor bestückter Einlaufstutzen der Strömung entgegen gerichtet in einen Lüftungskanal hinein. Wenn ein Schutzrohr den Temperatursensor umgibt, dann wird der Ringraum zwischen Einlaufstutzen und Schutzrohr mit einem gut wärmeleitenden, feuchtigkeitsabweisenden Kunststoff gefüllt, und die elektrische Anschlussleitung zum Temperatursensor verläuft längs der Außenmantelfläche des Stutzens durch diesen Ringraum.
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Die
DE 35 42 455 A1 offenbart für insbesondere bewegte Flüssigkeitsbehälter wie Kraftstofftanks in Fahrzeugen einen Füllstandsgeber mit einem mehrkanaligen Tauchrohr, das bis auf den Boden des Tanks abgesenkt wird. Längs der Deckwände zweier geschlossener Halbschalen ist dieses Tauchrohr zu zwei Halbrohren zusammengesetzt. Deren dabei an sich vollflächig aufeinander liegenden Deckwände sind, konzentrisch einander entgegengesetzt gerichtet, zu aufeinander zu geöffneten Halbschalen ausgeformt und bilden dadurch ein an sich ungeteiltes Zentralrohr. Das aber ist längsgeteilt durch eine zwischen den aufeinander liegenden Trennwänden eingespannte Folie mit elektrisch leitender Beschichtung, so dass zwei gestreckte Innenkammern innerhalb zweier gestreckter Außenkammern liegen. Aus dem umgebenden Tank tritt Flüssigkeit durch Öffnungen in die Außenkammern und aus diesen durch Öffnungen in die jeweils benachbarte, kleinervolumige der Innenkammern ein. Dadurch soll das Schwappen der Flüssigkeit im bewegten Tank beim Fluten der Meßstrecke gedämpft werden. Im Ergebnis ändert sich beispielsweise der elektrische Widerstand der Folie in Abhängigkeit von der Länge ihrer Benetzung, also von der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Tank.
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Vorliegender Erfindung liegt die technische Problemstellung zugrunde, einen Luftgüte-Fühler wenigstens gleicher Präzision seiner Temperatur- und Feuchte-Messwerte konstruktiv so auszulegen, dass er wirtschaftlich gefertigt werden kann.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Kombination der im Hauptanspruch angegebenen wesentlichen Merkmale gelöst.
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Danach werden in insoweit an sich bekannter Weise einige der Klima-Sensoren wie insbesondere CO2-, VOC-, und gegebenenfalls Gasdruck-Sensoren in einem Gas-Messraum beim gehäuseseitigen, der andere Teil wie insbesondere ein Feuchte- und gegebenenfalls ein gesonderter Temperatursensor beim gehäuseabgelegenen Stirnende des in das Gehäuse mündenden Rohres betrieben. Bei Letzteren handelt es sich um Widerstandssensoren, die für hohe Messgenauigkeit mit einzeln abgeglichenen Leitungen eingesetzt werden. Für eine geschützte Leitungsführung zu deren Anschluss an die Schaltungsplatine im Gehäuse ist nun erfindungsgemäß in einem dreikanaligen Rohr ein eigener Kanal bereitgestellt. Durch den verläuft nur die mehradrige, mit einem Anschlußstecker konfektionierte Flachleitung definierter Länge zum zusammen mit ihr abgeglichenen Sensor.
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Einer dieser durch seinen eigenen Rohr-Kanal an die Schaltungsplatine im Gehäuse angeschlossenen Sensoren erfasst die relative Luftfeuchte. Dadurch wird auch dem Einfluss der Umgebungsfeuchtigkeit auf das subjektive Wohlbefinden Rechnung getragen, also zusätzlich zu der aktuellen CO2- und gegebenenfalls auch der VOC-Belastung des Raumklimas. Wenn außerdem die Temperatur eingehen soll, wird dafür kein zusätzlicher Sensor benötigt, da die Temperatur im Medium auch über die Temperaturabhängigkeit des Feuchte-Sensors erfasst werden kann.
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Ein Rohrkanal ist also dem Verlegen elektrischer Anschlussleitungen vorbehalten. Zwei weitere der Rohrkanäle weisen die erwähnte gelochte Wandung zum Eintritt von Gas aus der Umgebung in das mit wenigstens einem Gas-Sensor bestückte Gehäuseinnere auf.
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Grundsätzlich kann dieses mehrkanalige Rohr als gestreckter massiver Zylinder mit mehreren achsparallelen Bohrungen oder als ein Bündel von Einzelrohren realisiert sein. Vorzugsweise ist aber wie das Gehäuse auch das mehrkanalige Rohr im Spritzguss aus Kunststoff erstellt. Komplexe, teure Spritzgusswerkzeuge werden vermieden, wenn das Rohr in wenigstens zwei längsgestreckten Schalen gespritzt wird, die dann, vorzugsweise stoffschlüssig, zum Rohr mit im Querschnitt exakt vorgebbarer, insbesondere kreisförmiger Außenmantelfläche zusammengefügt werden. Diese Formhaltigkeit gewährleistet eine mechanisch zuverlässige formschlüssige Montage des Kanalrohres in einer Öffnung gleichen Querschnittes im Boden des Fühler-Gehäuses.
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Die Mehrkanaligkeit des Kanal-Rohres ist dabei erfindungsgemäß dadurch ausgebildet, dass sich in einer Halbschale zwei Rippen achsparallel längs der Rohrinnenwandung über den Rohrquerschnitt erstrecken. Dabei verläuft der dem Anschluss des Feuchte-Sensors vorbehaltene Leitungs-Kanal als mittiger Rohrteiler zwischen zwei zueinander beabstandeten, achsparallel sich erstreckenden Rippen. Bei solchem dreikanaligen Rohr liegen achsparallel beiderseits jenes zentralen Leitungs-Kanales im Querschnitt fast halbkreisförmige Gas-Kanäle mit ihren gelochten äußeren Wandungen.
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Zweckmäßigerweise verläuft die Teilungsfuge eines solchen zweischaligen Rohres zwischen aufeinander zu weisenden, nut-feder-verbundenen Auflageflächen der hier radial aufgedickten Rohrwandungen, und dabei quer durch etwa die Mitte der im Rohrinnern längsverlaufenden beiden Rippen zum Abgrenzen des Leitungs-Kanales von den Gas-Kanälen. Um für das Zusammenfügen der Halbschalen, bevorzugt stoffschlüssig durch Ultraschallschweißen, tangential zur Rohrwandung Druck auf deren gegenseitigen Auflageflächen ausüben zu können, sind in die Rohr-Außenmantelfläche über deren Länge axial gegeneinander versetzt, beiderseits der Auflageflächen zu diesen parallel orientierte, Energieeinleitungs-Stufen eingeformt.
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Zusätzliche Weiterbildungen und Abwandlungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung deren Vorteilen, aus nachstehender Beschreibung eines angenähert maßstabsgerecht auf das Funktionswesentliche abstrahiert skizzierten bevorzugten Ausführungsbeispieles zur Erfindung. In der Zeichnung zeigt:
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1 einen erfindungsgemäß ausgelegten Luftgüte-Fühler im Längsschnitt mit Blick in eine bestückte Fühlerrohr-Halbschale, aber ohne die Details in der Umgebung der Teilungsfugen-Auflageflächen gemäß 2, und
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2 im dagegen vergrößert dargestellten Querschnitt das aus zwei Halbschalen zusammenzufügende Fühler-Rohr bei dreikanaliger Halbschalen-Auslegung gemäß 1.
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Der in der Skizze veranschaulichte Fühler 11 dient zunächst dem messtechnischen Erfassen von gasförmigen Bestandteilen in nichtflüssigen Fluiden, insbesondere in der in einem Raum stehenden oder etwa durch einen Klimatisierungskanal strömenden Luft. Dazu ist ein in, vorzugsweise mit Glaspartikeln verstärktem, Kunststoff-Spritzguss erstelltes Gehäuse 12 mit wenigstens einer Schaltungsplatine 13 für Betreiben und Auswerten wenigstens eines Gas-Sensors 14 bestückt. Der Fühler 11 wird als Luftgüte-Fühler mit einem CO2-Sensor 14.2 neben einem VOC-Sensor 14.1, vorzugsweise in der Bauform eines Diffusionssensors für flüchtige Bestandteile der Luft, und optional einem Luftruck-Fühler im Messraum 29 betrieben. Um das subjektive Wohlbefinden besser abbilden zu können, ist außerdem ein Feuchte-Sensor 15, der zugleich als Temperatur-Sensor dienen kann, über eine exakt auf den bestückten Sensor 15 abgeglichene, mit einem Steckverbinder konfektionierte Flachleitung an die Schaltungsplatine 13 angeschlossen. Das so messtechnisch ermittelbare Umfeld-Klima kann auf einer Anzeigeeinrichtung 16 dargestellt und/oder über einen Kabelanschluss 17 der Steuerung einer Klimaanlage als Istwert zugeführt werden; um bedarfsweise subjektives Wohlbefinden etwa durch Zufuhr angefeuchteter Frischluft in einen überheizten oder durch Zufuhr trockener Frischluft in einen mit Personen überbelegten Raum zu fördern.
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In einer trichterförmigen Manschette unter einer Öffnung 18 im Boden des Gehäuses 12 ist ein hier axial eingepresstes Rohr 19 gehaltert, vorzugsweise mit einem umlaufenden Wulst 20 radial eingerastet in eine umlaufende Sicke 21 in oder wie skizziert unter der Boden-Öffnung 18. Das Rohr 19 ist mehrzügig, also mehrkanalig ausgelegt, mit einem Leitungs-Kanal 19.1 und zwei dagegen abgegrenzten Gas-Kanälen 19.2. Alle Kanäle 19.1, 19.2 münden durch dessen Boden in das mit Gas-Sensoren 14 bestückte Gehäuse 12. Die Gas-Kanäle 19.2 beiderseits des zentral verlaufenden Leitungs-Kanales 19.1 weisen in ihren äußeren Rohr-Wandungen 22 jeweils eine über wenigstens etwa die vordere, in der Zeichnung untere Hälfte des Rohres 19 achsparallel sich erstreckende Folge von Löchern 23 auf. Durch diese tritt in das Rohr 19 Umfeld-Gas ein, das durch die Gas-Kanäle 19.2 einen im Gehäuse 12 in der Umgebung der Gas-Sensoren 14 freigehaltenen Messraum 29 erreicht. Über die großflächige Oberfläche des VOC-Sensors 14.1 wird das gasförmige Fluid aus der räumlichen Umgebung beziehungsweise aus einem Medienstrom in als solcher bekannter Weise, vorzugsweise im Wege chemotechnischer Diffusionsmessung, auf Gehalt an, häufig unangenehmen Duft verbreitenden, Gemischen flüchtiger organischer Substanzen analysiert. Der zweite Gas-Sensor 14.2 ist auf selektives Erfassen des Gehaltes an Kohlendioxid im Gasgemisch des Messraumes 29 ausgelegt.
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Der durch den Leitungs-Kanal 19.1 an die Mess- und Auswerteschaltungen auf der Schaltungsplatine 13 angeschlossene Feuchte-Sensor 15 befindet sich im Bereich des gehäuseabgelegenen, in der Zeichnung unteren offenen Stirnendes 24 des Leitungs-Kanales 19.1 hinter einem porösen Verschmutzungs-Filter 25, vorzugsweise erstellt aus offenporig gesintertem Material. Mit solchem Filter 25 kann das Stirnende 24 des Mehrkanal-Rohres 19, wenigstens seines Leitungs-Kanales 19.1, platten- oder topfförmig verschlossen sein. Vorzugsweise ragt aber der Feuchte-Sensor 15 aus seinem Leitungs-Kanal 19.1 axial hervor, in das umgebende Gas hinein. Dann ist dieser Sensor 15 auch mechanisch geschützt durch eine ihn umgebende, vor das Rohr-Stirnende 24 montierte gestreckt-haubenförmige poröse Filterkappe 25.
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In fertigungs- und montagetechnischer Hinsicht besonders zweckmäßig ist die Auslegung des im Außenquerschnitt runden, wie auch in 2 skizziert dreikanaligen Fühler-Rohres 19 als Zusammenbau aus längsachsen-symmetrischen Halbschalen 26. Die sind ohne komplexe Spritzgussformen technologisch problemlos im Kunststoff-Spritzguss erstellbar. Die beiden zusammengefügten Halbschalen 26 führen den Leitungs-Kanal 19.1, zwischen zwei außermittig zueinander distanzierten Rippen 27/27 über den resultierenden Rohrquerschnitt sich erstreckend, achssymmetrisch in der Mitte zwischen zwei seitlich parallel sich erstreckenden, im Querschnitt etwa halbkreisförmigen Gas-Kanälen 19.2 mit ihren gelochten Rohr-Wandungen 22. Orthogonal dazu, in Längsrichtung des dreikanaligen Rohres 19, erstreckt sich dieses Rippen-Paar 27/27 nicht ganz bis zum in der BodenÖffnung 18 gehalterten, gehäuseseitigen Stirnende 28, um dadurch den Gas-Messraum 29 unter den Gas-Sensoren 14 noch in wünschenswerter Weise in das Rohr 19 hinein zu vergrößern.
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Axial gegenüberliegend ist ein formschlüssig axial gegen das Stirnende 24 des Leitungs-Kanales 19.1 anliegender Schaltungsträger 31 mit dem Feuchte-Sensor 15 bestückt. Umschlossen wird dieser vorkragende Schaltungsträger 31 von dem erwähnten haubenförmigen Filter 25 aus porösem Material, der mit dem Rohr-Stirnende 24 verbunden, insbesondere verschraubt ist.
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Bei diesem unteren Stirnende 24 sind die beiden außenwandig gelochten Gas-Kanäle 19.2 durch Querschotts 30 dem Leitungs-Kanal 19.1 gegenüber abgedichtet. Das Stirnende 24 selbst ist durch den davor montierten Filter 25 verschlossen. Dadurch ist der zwischen den ungelochten Längsrippen 27/27 eingefasste Leitungs-Kanal 19.1, abgesehen von seiner Einmündung in den Messraum 29, dicht, um ihn, und damit die Leitungsführung zu weitergehender Abschottung von der Umgebungsatmosphäre, mit Vergussmasse versiegeln zu können.
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Wie aus 2 beispielshalber ersichtlich, werden zwei in der Teilungsebene korrespondierende Halbschalen 26 zum längsgeteilten Kunststoff-Rohr 19 zusammengefügt. Das kann mittels gegenseitiger, axial gegeneinander versetzter nut-feder-artiger Eingriffe zapfenartiger Vorsprünge 31 und korrespondierender Einbuchtungen 33 an den Auflageflächen 34-34 in der Teilungsebene vorbereitet sein. Deren Verbindungen miteinander können formschlüssig, kraftschlüssig oder, bevorzugt, stoffschlüssig erfolgen, letzteres insbesondere durch lokales Aufschmelzen beim Ultraschall-Schweißen. Die hierfür nötige Energie kann quer zur Radial- und Längserstreckung der gegenseitigen Auflageflächen 34-34 über örtliche tangential orientiert eingeformte, zu den Auflageflächen 34 parallele Stufen 35 eingebracht werden. Die sind dazu wie im Detail aus 2 ersichtlich benachbart zu den Press-Eingriffen 32–33 und somit zwischen den Löchern 23 sowie im darüber gelegenen, ungelochten Längsbereich des Rohres 19 paarweise parallel zueinander versetzt in dessen Außenmantelfläche 36 eingeformt. Bei mit ihren Auflageflächen 34-34 aufeinander gepressten Halbschalen 26-26 erfolgt deren thermisch stoffschlüssige Verbindung, vornehmlich im Eingriffs-Klemmbereich des jeweiligen Vorsprunges 32. In der damit erzielten Endmontagestellung liegen dann die Stirnkanten 37 der parallel zueinander längsverlaufenden Rippen 27 etwa stumpf, im Interesse Spielausgleiches aber wie in 2 skizziert bevorzugt stufig versetzt gegeneinander an.
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Ein Gas-Fühler 11, der insbesondere zum Erfassen der Luftgüte ausgelegt ist und dafür in seinem Fühler-Gehäuse 12 mit wenigstens einem Gas-Sensor 14 bestückt ist, ist also nun zusätzlich mit einem Luftfeuchte-Sensor 15 ausgestattet, um auch diesen Parameter einer Wohlfühlatmosphäre zu erfassen. Dessen Sensor 15 ist innerhalb einer als Verschmutzungs-Filter 25 wirkenden porösen Schutzkappe auf einem Schaltungsträger 31 vor dem freien Stirnende 24 eines mehrkanaligen Fühler-Rohres 19 positioniert und, durch einen von dessen Kanälen 19.1 hindurch, mittels einer auf den Sensor 15 kalibrierten Flachleitung über einen Steckverbinder an die Schaltungsplatine 13 im Gehäuse 12 angeschlossen. Der Querschnitt eines aus vorzugsweise zwei Halb-Schalen 26 zusammengefügten, dreikanalig in einen Messraum 29 im Gehäuse 12 mündenden Rohres 19 wird durch einen zwischen zwei Rippen 27-27 koaxial verlaufenden Leitungs-Kanal 19.1 bei zwei beiderseits ihm benachbarten Gas-Kanälen 19.2, 19.2 mittig geteilt, deren vom Leitungs-Kanal 19.1 radial abgelegenen, äußeren Wandungen 22 zum Eintritt von Gas gelocht sind. Der von den übrigen Funktionalitäten abgeschottete mittlere Kanal 19.1 ist der Aufnahme der an den Sensor 15 angeschlossenen Flachleitung vorbehalten.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Fühler (aus 12 und 19 mit 14 und 15)
- 12
- Gehäuse (für 13)
- 13
- Schaltungsplatine (in 12)
- 14
- Gas-Sensor; 14.1 VOC-Sensor; 14.2 CO2-Sensor (an 13)
- 15
- Feuchte-Sensor (an 19 bei 24)
- 16
- Anzeigeeinrichtung (an 12)
- 17
- Kabelanschluss (an 12)
- 18
- Boden-Öffnung (von 12, zur Aufnahme von 19)
- 19
- mehrkanaliges Rohr; 19.1 Leitungs-Kanal; 19.2 Gas-Kanäle
- 20
- Wulst (bei 18/28)
- 21
- Sicke (bei 28/18)
- 22
- Wandung (von 19, 26)
- 23
- Loch (durch 22)
- 24
- (gehäuseabgelegenes) Stirnende (von 19)
- 25
- Verschmutzungs-Filter (für 15)
- 26
- (Halb-)Schalen (von 19)
- 27
- Rippen (in 26, 19)
- 28
- (gehäuseseitiges) Stirnende (von 19)
- 29
- Messraum (bei 18)
- 30
- Querschott (durch 19.2)
- 31
- Schaltungsträger (bei 24, für 15)
- 32
- Vorsprung (bei 22/34)
- 33
- Einbuchtung (bei 22/34)
- 34
- Auflageflächen (von 26-26)
- 35
- Stufen (in 36)
- 36
- Außenmantelfläche (von 26, 19)
- 37
- Stirnkanten (von 27 in den Ebenen von 34)
