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Stand der Technik
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In verschiedenen Bereichen der Technik, wie beispielsweise der Naturwissenschaften oder der Medizintechnik, müssen eine oder mehrere Eigenschaften fluider Medien erfasst werden. Hierbei kann es sich grundsätzlich um beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaften der fluiden Medien handeln, wie beispielsweise um eine Temperatur, einen Druck oder um Strömungseigenschaften. Ein wichtiges Beispiel, auf welches die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist die Erfassung des Drucks des fluiden Mediums. Drucksensoren sind beispielsweise aus Konrad Reif (Herausgeber): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage, 2010, Seiten 134 bis 136, bekannt.
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Aus
DE 10 2004 025 339 A1 ist ein Drucksensor zur statistischen und/oder dynamischen Druckmessung eines flüssigen oder fließfähigen Mediums bekannt. Der Drucksensor umfasst ein Gehäuse und eine Druckmesszelle, wobei auf der dem Medium zugewandten Seite im Gehäuse eine Öffnung ausgebildet ist, durch die eine Seite der Druckmesszelle direkt oder indirekt mit dem zu überwachenden Medium in Berührung steht. Die Druckmesszelle wandelt den zu überwachenden Druck mittels eines elektromechanischen Wandlers in ein proportionales Messsignal um. Der erfindungsgemäße Drucksensor ist dadurch mit einfachen Mitteln zuverlässig gegen auftretende Druckspitzen geschützt, dass aus der dem Medium zugewandten Seite der Druckmesszelle unmittelbar vor der im Gehäuse ausgebildeten Öffnung ein Bauteil angeordnet ist. Das Bauteil weist eine im Wesentlichen ebene Fläche auf und ist so angeordnet und ausgebildet, dass durch das Bauteil der Querschnitt der Öffnung, durch den das Medium zur Druckmesszelle strömen kann, verringert wird, sodass das Bauteil als Drosselscheibe wirkt.
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Aus
DE 10 2013 208 276 A1 ist eine Drosselblende für einen Drucksensor bekannt. Die Drosselblende weist eine Zulauföffnung für ein Übertragungsmedium auf. Die Zulauföffnung ist eingerichtet, Druckspitzen bzw. Druckschwankungen in einem Hydrauliksystem zu einem Sensorelement hin zu dämpfen und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zulauföffnung zumindest eine, zwischen dem Hydrauliksystem und einem Zulauf zum Sensorelement, nicht-geschlossene Druckübertragungsleitung ausbildet. Die Übertragungsleitung bildet mit dem einer Oberfläche eines weiteren Elements, insbesondere eines ein Sensorelement aufweisenden Elements, eine geschlossene Druckübertragungsleitung aus, sodass sich ein Druck vom Hydrauliksystem zum Sensorelement weitergeben lässt.
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Aus
DE 10 2010 001 963 A1 ist eine Vorrichtung zur Dämpfung von Druckpulsen, insbesondere an einem Drucksensor, bekannt. Der Drucksensor umfasst ein Gehäuse. Im Druckkanal des Gehäuses befindet sich ein Dämpfungseinsatz, an dessen Mantelfläche ein Dämpfungskanal verläuft.
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Trotz der durch die Sensoren bewirkten Verbesserungen ist nach wie vor ein Optimierungspotenzial bekannter Sensoren vorhanden. So können derartige Drucksensoren grundsätzlich ein Drosselelement aufweisen, welches als separates Ziehteil in den Drucksensor eingesetzt ist. Das Drosselelement kann üblicherweise zusätzlich mittels mehreren Laserschweißpunkten in einem Druckanschluss gegen unbeabsichtigtes Herausfallen bei einem Betrieb des Sensors gesichert sein. Dies kann insbesondere die Kosten für eine Herstellung derartiger Sensoren deutlich erhöhen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird dementsprechend eine Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum sowie ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung vorgeschlagen, welche den oben dargestellten Stand der Technik in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
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Das „fluide Medium“ kann grundsätzlich ein Gas und/oder eine Flüssigkeit sein. Bei der mindestens einen Eigenschaft kann es sich um eine beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaft des fluiden Mediums handeln, insbesondere kann die mindestens eine Eigenschaft ein Druck des fluiden Mediums sein.
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Grundsätzlich ist unter einem „Messraum“ ein das fluide Medium umfassender Raum zu verstehen. Die Erfindung kann insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik einsetzbar sein, sodass es sich bei dem Messraum beispielsweise um ein Saugrohr, einen Kraftstoff oder ein Ölsystem, beispielsweise für einen Motor und/oder für einen Getriebeanbau, handeln kann.
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Das Verfahren kann Verfahrensschritte, welche im Folgenden beschrieben werden, umfassen. Die Verfahrensschritte können beispielsweise in der vorgegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Eine andere Reihenfolge ist jedoch ebenfalls denkbar. Weiterhin können ein oder mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig oder zeitlich überlappend durchgeführt werden. Weiterhin können eine, mehrere oder alle der Verfahrensschritte einfach oder auch wiederholt durchgeführt werden. Das Verfahren kann darüber hinaus noch weitere Verfahrensschritte umfassen.
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Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- a) Herstellen mindestens eines Grünlings eines Druckstutzens, wobei der Druckstutzen mindestens einen Druckkanal aufweist;
- b) Bereitstellen mindestens eines Drosselelements;
- c) Sintern des Grünlings.
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Dabei werden der Druckstutzen und das Drosselelement in Verfahrensschritt c) miteinander verbunden.
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Unter einem „Druckstutzen“ kann ein Bauteil verstanden werden, welches einigerichtet ist, das fluide Medium zu dem Drucksensorelement zu führen. Der Druckstutzen kann beispielsweise rotationssymmetrisch, beispielsweise in Form eines Hohlzylinders, ausgestaltet sein. Der Druckstutzen kann insbesondere einstückig ausgebildet sein.
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Unter einem „Druckkanal“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist grundsätzlich ein beliebiger, von einem fluiden Medium durchströmbarer Hohlkörper zu verstehen. Insbesondere kann es sich um einen länglichen Hohlkörper handeln. Der Druckkanal kann insbesondere unter einem Winkel von 0° bis 90° zu einer Einbauachse der Vorrichtung, beispielsweise einer Einschraubachse, angeordnet sein. Die Einbauachse kann hierbei durch die Einbaurichtung der Vorrichtung in den Messraum definiert sein. Der Druckkanal kann weiterhin zumindest abschnittsweise symmetrisch ausgestaltet sein. Der Druckkanal kann mindestens eine Querschnittsform aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem runden Querschnitt, einem polygonalen Querschnitt. Auch andere Ausführungsformen sind grundsätzlich denkbar.
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Der Druckstutzen kann insbesondere mittels eines Pulverspritzgießverfahrens hergestellt werden. Der Begriff „Pulverspritzgießen“ bezeichnet grundsätzlich ein Urformverfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen. Die metallischen Bauteile können hierbei insbesondere eine komplexe Geometrie aufweisen. Das Pulverspritzgießverfahren kann zunächst eine Herstellung des Grünlings des Druckstutzens umfassen. Der Begriff „Grünling“ bezeichnet insbesondere einen ungebrannten Rohling, welcher sich im Allgemeinen noch leicht bearbeiten lässt. Der Grünling kann insbesondere so bemessen sein, dass er durch ein Schwinden bei einem späteren Brennen nahezu eine endgültige Form erhält. Der Grünling kann weiterhin auch als Grünkörper oder Grünteil bezeichnet werden. Der Grünling kann insbesondere bereits alle typischen geometrischen Merkmale eines späteren, fertigen Bauteils aufweisen.
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Der Grünling kann insbesondere aus mindestens einem Feedstock hergestellt werden. Der Begriff „Feedstock“ bezeichnet grundsätzlich eine beliebige Metall- und/oder Kunststoffmischung, insbesondere eine Mischung aus feinem Metall und/oder Keramikpulver mit einem organischen Binder, welche in einem Spritzgussprozess verarbeitet werden kann. Der Feedstock kann in verflüssigter Form, üblicherweise bei erhöhter Temperatur, in eingeschlossenes Werkzeug eingespritzt werden. Dabei kann der Feedstock durch gezielte Temperaturführung eine Form bzw. Kavität des geschlossenen Werkzeugs komplett ausfüllen und kann anschließend plastifiziert werden. Der Grünling kann insbesondere nach diesem Verfahrensschritt bereits alle typischen geometrischen Merkmale des späteren, fertigen Bauteils, insbesondere des Druckstutzens, aufweisen. Insbesondere können der Grünling des Druckstutzens und der Druckkanal in einem Schritt hergestellt werden.
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Der Begriff „Drosselelement“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges Element, welches eingerichtet ist, um eine Dynamik und/oder Amplitude unerwünschter Druckänderungen, welche insbesondere durch Änderungen einer Strömungsgeschwindigkeit des fluiden Mediums entstehen können, zu dämpfen. Insbesondere kann das Drosselelement einen höheren Strömungswiderstand aufweisen als der Druckkanal. Hierzu kann das Drosselelement insbesondere einen „Drosselkanal“ umfassen. Der Begriff „Drosselkanal“ bezeichnet grundsätzlich eine Öffnung innerhalb des Drosselelements, welche das Drosselelement vollständig durchdringt und zum Zwecke des Dämpfens der Strömungsgeschwindigkeit des fluiden Mediums einen kleineren Durchmesser aufweist als der Druckkanal. Insbesondere kann der Drosselkanal mindestens eine Querschnittsform aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem runden Querschnitt, einem ovalen Querschnitt, einem polygonalen Querschnitt. Der Drosselkanal kann weiterhin einen Durchmesser von 0,1 mm bis 1 mm, vorzugsweise von 0,2 mm bis 0,5 mm und besonders bevorzugt von 0,2 mm bis 0,3 mm aufweisen. Der Durchmesser des Drosselkanals kann insbesondere um einen Faktor von 0,15 bis 0,3, vorzugsweise von 0,2 bis 0,25, kleiner sein als der Durchmesser des Drosselelements. Der Drosselkanal kann sich insbesondere parallel zu einer Längsachse des Druckkanals erstrecken.
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Das Drosselelement kann zumindest abschittsweise eine zylindrische Form aufweisen, insbesondere eine Form einer Zylinderhülse. Weiterhin kann das Drosselelement eine Länge von 1 mm bis 10 mm, vorzugsweise von 3 mm bis 4 mm, aufweisen.
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Das Drosselelement und der Druckstutzen können insbesondere als separate Bauteile ausgebildet sein. Das Drosselelement kann insbesondere aus einem keramischen Material hergestellt werden. Das Drosselelement und der Druckstutzen können aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Das Drosselelement kann insbesondere einen Schmelzpunkt aufweisen, welcher oberhalb einer in Verfahrensschritt c) verwendeten Zimmertemperatur liegt. Die Sintertemperatur kann insbesondere in einem Bereich von 1100 °C bis 1400 °C liegen, insbesondere in einem Bereich von 1200 °C bis 1300 °C, besonders bevorzugt bei 1250 °C. Der Schmelzpunkt des Drosselelements kann insbesondere über 1400 °C liegen, insbesondere über 1500 °C.
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Das Drosselelement kann insbesondere vor Durchführung des Schritts c) in den Druckkanal des Druckstutzens eingebracht werden. Das Drosselelement kann insbesondere lose in den Druckkanal eingefügt werden. Das Druckelement kann in den Druckkanal fallen, vorzugsweise bis zu einem Anschlag und/oder einer Verjüngung. Der Begriff „Verjüngung“ bezeichnet insbesondere im Sinne der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Querschnittsverengung innerhalb eines Kanals oder eines beliebigen Hohlraums. Insbesondere kann die Verjüngung eingerichtet sein, um ein beliebiges Element, welches sich innerhalb des Kanals oder des Hohlraums befindet, zu halten. Hierzu kann die Verjüngung insbesondere eine Aufsetzkante aufweisen, und das Drosselelement kann durch die mindestens eine Aufsetzkante der Verjüngung gehalten werden. Das Drosselelement kann insbesondere über ein Ende des Druckkanals in den Druckkanal eingeführt werden. Das Drosselelement kann an mindestens einer Oberfläche, welche dem Druckkanal zuweist, Ausbuchtungen aufweisen. Der Begriff „Ausbuchtung“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges Element, welches von einer Oberfläche eines Materials hervorsteht. Die Ausbuchtung kann beispielsweise eine halbkugelförmige Form aufweisen. Auch anderen Formen sind grundsätzliche denkbar. Die Ausbuchtungen können insbesondere ein Verschieben des Drosselelements innerhalb des Druckkanals quer zu einer Längsachse des Druckkanals zumindest weitgehend verhindern.
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Vor Durchführung des Schritts c) kann insbesondere ein Entbindern des Druckstutzens erfolgen. Der Begriff „Entbindern“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges Verfahren, bei welchem der Binder zumindest größtenteils wieder entformt wird. Das Verfahren kann insbesondere ein thermisches Entbindern und/oder eine wässrige oder Lösemittel-Entbinderung umfassen. Es kann dadurch insbesondere ein rein metallisches und/oder keramisches Bauteil entstehen. Dieses Bauteil wird im Allgemeinen auch als Braunling oder Braunkörper bezeichnet, wobei aber der Braunling im Rahmen der vorliegenden Erfindung begrifflich vom Grünling mit umfasst sein soll. Das Keramik-Drosselelement kann vor dem Entbindern und/oder vor dem Sintern in den Druckkanal eingeführt werden.
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Der Begriff „Sintern“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges Verfahren, bei dem der Braunling oder Braunkörper bei hoher Temperatur zu einem Bauteil mit einer endgültigen geometrischen Form und mechanischen Eigenschaften verdichtet wird.
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Der Druckkanal kann vor Durchführung des Schritts c) einen Durchmesser von 0,5 mm bis 5 mm, vorzugsweise von 1 mm bis 3 mm und besonders bevorzugt von 1,6 mm, aufweisen. Insbesondere kann der Durchmesser des Druckkanals nach dem Sintern um einen Faktor von 0,6 bis 0,9, vorzugsweise um einen Faktor von 0,8, abnehmen. Die Verjüngung des Druckkanals kann vor Durchführung des Schritts c) einen Durchmesser von 0,5 mm bis 3 mm, vorzugsweise von 1 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 1,3 mm, aufweisen. Der Durchmesser der Verjüngung nach dem Sintern kann um einen Faktor von 0,6 bis 0,9, vorzugsweise um einen Faktor von 0,8, abnehmen. Abmessungen des Drosselelements nach Durchführung des Schritts c) können im Wesentlichen konstant bleiben. Der Begriff „im Wesentlichen“ bezeichnet grundsätzlich, dass geringfügige Änderungen der Abmessungen möglich sind. Das Verfahren kann weiterhin mindestens einen Nachbehandlungsschritt umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Umformtechnik, insbesondere Biegen; einer spanenden Bearbeitung, insbesondere Drehen, Fräsen, Bohren, Schleifen, Gewinde schneiden; einer Wärmebehandlung, insbesondere Härten, insbesondere heißisostatischem Pressen; einer Verbindungstechnik, insbesondere Laserschweißen, Löten; einem Beschichtungsverfahren, insbesondere einer Dünnschichttechnologie, Galvanisieren, Lackieren; einer Oberflächenbehandlung, insbesondere Sandstrahlen, Gleitschleifen, Polieren.
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Das Drosselelement und der Druckstutzen können insbesondere formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Der Begriff „Formschluss“ bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Ineinandergreifen von mindestens zwei Elementen, insbesondere Verbindungspartnern. Dadurch kann ein Lösen der Elemente voneinander auch ohne oder bei unterbrochener Kraftübertragung zumindest weitgehend verhindert werden. Der Begriff „Stoffschluss“ bezeichnet grundsätzlich eine Verbindung von zwei oder mehreren Elementen oder Verbindungspartnern, durch atomare und/oder molekulare Kräfte. Eine Kombination von Formschluss und Stoffschluss ist jedoch ebenfalls denkbar.
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Es wird weiterhin eine Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum vorgeschlagen. Die Vorrichtung ist nach einem Verfahren herstellbar, welches bereits beschrieben wurde bzw. im Folgenden noch beschrieben wird. Die Vorrichtung umfasst mindestens ein Drucksensorelement zur Erfassung eines Drucks eines fluiden Mediums, mindestens einen Druckstutzen mit mindestens einem Druckkanal zur Zufuhr des fluiden Mediums zu dem Drucksensorelement und mindestens ein Drosselelement. Das Drosselelement ist durch ein Sinterverfahren in dem Druckstutzen eingebettet.
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Unter einem „Drucksensorelement“ kann grundsätzlich ein Bauteil verstanden werden, welches eingerichtet ist, eine physikalische Messgröße, wie beispielsweise den Druck eines Mediums, in ein elektrisches Signal, vorzugsweise in eine elektrische Spannung und/oder einen elektrischen Strom, umzuwandeln. Anders ausgedrückt, erzeugt das Drucksensorelement in Abhängigkeit eines auf ihn ausgeübten Drucks ein entsprechendes druckabhängiges Ausgangssignal, beispielsweise in Form einer Spannung und/oder eines Stromes. Das Drucksensorelement kann mindestens einen Drucksensorchip umfassen. Unter einem „Drucksensorchip“ ist allgemein ein Bauteil zu verstehen, welches zur Umwandlung einer physikalischen Messgröße, beispielsweise des Drucks des fluiden Mediums, in bevorzugt einen elektrischen Strom und/oder eine elektrische Spannung eingesetzt werden kann. Der Drucksensorchip kann insbesondere ein piezoelektrischer oder kapazitiver Drucksensorchip sein. Beispielsweise kann der Drucksensorchip mit einer Auswerteelektronik verbunden sein, welche beispielsweise die vom Drucksensorchip als Ausgangssignal bereitgestellte elektrische Spannung oder den elektrischen Strom auswerten kann.
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Die Vorrichtung kann weiterhin mindestens ein zusätzliches Sensorelement aufweisen, zur Erfassung mindestens einer weiteren, von einem Druck des fluiden Mediums verschiedenen Eigenschaft des fluiden Mediums, insbesondere einen Temperatursensor. Bei dem Temperatursensor kann es sich beispielsweise um einen Heissleiter mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) und/oder einem anderen temperaturabhängigen Widerstand handeln. Der Temperatursensor kann zumindest teilweise in mindestens einen Temperaturfühlerkanal in den Druckstutzen aufgenommen sein. Der Temperaturfühlerkanal kann eine Öffnung in dem Druckstutzen sein, beispielsweise ein zylindrischer oder gekrümmter länglicher Hohlraum, welcher beispielsweise schräg, insbesondere in einem Winkel, zu der Einbauachse der Vorrichtung verläuft.
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Die Vorrichtung kann weiterhin mindestens ein Trägerelement umfassen, welches eingerichtet ist, um das Drucksensorelement zu halten. Das Trägerelement kann mit dem Druckstutzen verbunden sein. Unter einem „Trägerelement“ kann ein Bauteil verstanden werden, welches eingerichtet ist, weitere Bauteile, insbesondere das Drucksensorelement, in einer Vorrichtung zu halten. Der Begriff „halten“ kann umfassen, dass das Trägerelement getrennt von dem Element ausgebildet sein kann und dass das Element auf dem Trägerelement aufliegen und in einer Vorrichtung gehalten werden kann, und/oder dass das Drucksensorelement ganz oder teilweise in dem Trägerelement integriert sein kann. Beispielsweise kann das Trägerelement als separates Bauteil ausgestaltet sein, unabhängig von dem Drucksensorelement. Alternativ kann das Trägerelement jedoch auch das Drucksensorelement ganz oder teilweise umfassen, beispielsweise als integralen Bestandteil.
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Die Vorrichtung kann weiterhin mindestens ein Gehäuse umfassen. Das Gehäuse kann einen Elektronikraum umfassen und das Drucksensorelement kann zumindest teilweise in dem Elektronikraum angeordnet sein. Das Gehäuse kann einen Gehäusekörper aufweisen. Der Gehäusekörper kann unabhängig von dem Druckstutzen als separates Bauteil gefertigt sein. Beispielsweise kann der Gehäusekörper als von dem Druckstutzen getrenntes Bauteil ausgestaltet sein, wobei optional zwischen dem Druckstutzen und dem Gehäusekörper mindestens ein Zwischenelement, beispielsweise als Koppler, vorgesehen sein kann. Beispielsweise kann zwischen dem Druckstutzen und dem Gehäusekörper mindestens ein Basiselement angeordnet sein.
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Unter einem „Basiselement“ ist im Sinne der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Bauteil zu verstehen, welches eingerichtet ist, um die Vorrichtung in dem Messraum zu befestigen. Beispielsweise kann dieses Basiselement mindestens eine Basisplatte und/oder mindestens einen Mehrkant, insbesondere einen Sechskant, zum Einschrauben in eine Wand des Messraums, umfassen. Das Basiselement kann auch ganz oder teilweise einstückig mit dem Druckstutzen ausgestattet sein. Auch andere Ausführungsformen sind jedoch grundsätzlich denkbar.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren weisen über bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere kann eine Robustheit und Kavitationsfestigkeit der Vorrichtung erhöht sein. Druckspitzen, Pulsationen und Kavitationseffekte durch Dampfblasenbildung, insbesondere an einer empfindlichen Membran des Drucksensorelements, insbesondere einer empfindlichen Siliciumchip-Membran, können vermieden oder zumindest reduziert sein. Weiterhin können Vorschädigungen und/oder mechanische Brüche der Membran des Drucksensorelements vermieden oder zumindest reduziert sein. Insbesondere können die auftretenden hohen Druckspitzen in dem Drosselelement abgebaut werden und nur in stark abgeschwächter Form an das Drucksensorelement, insbesondere an die Membran, gelangen. Durch systembedingte Unterdruckeffekte und damit verbundene Dampfblasenbildung sowie durch rücklaufende Druckwellen entstehende Gravitationswellen können insbesondere schon vor der Drosselstelle platzen und somit von dem Drucksensorelement, insbesondere von der Membran, ferngehalten werden.
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Durch den entstehenden Formschluss beim Sintern des Druckstutzens zu dem Drosselelement ist grundsätzlich kein weiterer Befestigungsprozess erforderlich. Das Drosselelement kann bei Sensorbetrieb grundsätzlich nicht verrutschen oder herausfallen.
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Kurze Beschreibung der Figuren.
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Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
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Es zeigen:
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1: Eine Schnittdarstellung eines exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Drosselelements;
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2A bis 2B: Erstellung eines exemplarischen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht (2A) und in einer Schnittdarstellung (2B); und
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3A bis 3B: Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Schnittdarstellung eines exemplarischen Ausführungsbeispiels eines Drosselelements 110. Das Drosselelement 110 kann zumindest abschnittsweise eine zylindrische Form aufweisen, insbesondere eine Form einer Zylinderhülse. Weiterhin kann das Drosselelement 110 vorzugsweise einen runden Querschnitt aufweisen. Das Drosselelement kann einen Drosselkanal 112 aufweisen. Der Drosselkanal 112 kann parallel zu einer Längsachse 114 des Drosselelements 110 verlaufen. Der Drosselkanal 112 kann das Drosselelement 110 vollständig durchdringen. Der Drosselkanal 112 kann mindestens eine Querschnittsform aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem runden Querschnitt, einem ovalen Querschnitt, einem polygonalen Querschnitt.
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Das Drosselelement kann insbesondere eine Länge von 1 mm bis 10 mm, vorzugsweise von 3 mm bis 4 mm, aufweisen. Der Drosselkanal 112 kann einen Durchmesser von 0,1 mm bis 1 mm, vorzugweise von 0,2 mm bis 0,5 mm und besonders bevorzugt von 0,2 mm bis 0,3 mm, aufweisen. Insbesondere kann der Durchmesser des Drosselkanals 112 um einen Faktor von 0,15 bis 0,3, vorzugsweise von 0,2 bis 0,25, kleiner sein als ein Durchmesser des Drosselelements 110.
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Das Drosselelement 110 kann weiterhin an mindestens einer Oberfläche 116 Ausbuchtungen 118 aufweisen.
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2A und 2B zeigen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 120 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum 122. Die Vorrichtung 120 umfasst mindestens ein Drucksensorelement 124 zur Erfassung eines Drucks eines fluiden Mediums, mindestens einen Druckstutzen 126 mit mindestens einem Druckkanal 128 zur Zufuhr des fluiden Mediums zu dem Drucksensorelement 124 und das Drosselelement 110. Das Drosselelement 110 wird durch ein Sinterverfahren in dem Druckstutzen 126 eingebettet. Das in 2B dargestellte Drosselelement 110 entspricht in weiten Teilen dem Drosselelement 110 gemäß 1, sodass weitestgehend auf die Beschreibung der 1 oben verwiesen werden kann.
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Der Druckstutzen 126 kann insbesondere rotationssymmetrisch, beispielsweise in Form eines Hohlzylinders, ausgestaltet sein. Druckstutzen 126 kann insbesondere aus einem metallischen oder keramischen Material hergestellt sein. Weiterhin kann der Druckstutzen 126 insbesondere einstückig ausgebildet sein.
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Der Druckkanal 128 kann insbesondere untern einem Winkel von 0° bis 90° zu einer Einbauachse 130 der Vorrichtung 120 angeordnet sein. Der Druckkanal 128 kann weiterhin zumindest abschnittsweise symmetrisch ausgestaltet sein und kann beispielsweise einen runden Querschnitt aufweisen. Der Druckkanal 128 kann insbesondere eine Verjüngung 132 aufweisen, welche eingerichtet ist, um das Drosselelement 110 zu halten. Hierzu kann die Verjüngung 132 mindestens eine Aufsetzkante 134 aufweisen.
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Die Vorrichtung 120 kann weiterhin mindestens ein zusätzliches Sensorelement zur Erfassung mindestens einer weiteren, von einem Druck des fluiden Mediums verschiedenen Eigenschaft des fluiden Mediums, aufweisen, insbesondere mindestens einen Temperatursensor. Hierzu kann der Druckstutzen 126 mindestens einen weiteren Kanal 136 aufweisen. Der weitere Kanal 136 kann insbesondere einen runden Querschnitt aufweisen. Weiterhin kann der weitere Kanal 136 in einem Winkel von 0° bis 90° zu der Einbauachse 130 der Vorrichtung 120 verlaufen. Insbesondere kann der weitere Kanal 136 parallel zu dem Druckkanal 128 verlaufen. Mindestens ein Ende 138 des weiteren Kanals 136 kann in den Messraum 122 hineinragen.
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Die Vorrichtung 120 kann weiterhin mindestens ein Trägerelement 140 umfassen, welches eingerichtet ist, um das Drucksensorelement 124 zu halten. Das Trägerelement 124 kann mit dem Druckstutzen 126 verbunden sein. Das Trägerelement kann weiterhin mindestens einen Trägerkanal 142 umfassen. Der Trägerkanal 142 kann das Trägerelement 140 vollständig durchdringen und eingerichtet sein, um eine durchgehende Verbindung zwischen dem Drucksensorelement 124 und dem Druckkanal 128 zu gewährleisten. Weiterhin kann zwischen dem Trägerelement 140 und dem Drucksensorelement 124 ein Zwischenelement 144 mit einem Zwischenkanal 146 angeordnet sein, wobei der Zwischenkanal 146 das Zwischenelement 144 durchdringt.
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Weiterhin kann die Vorrichtung 120 mindestens ein Basiselement 148 umfassen, welches eingerichtet ist, um die Vorrichtung 120 in dem Messraum 122 zu befestigen. Beispielsweise kann das Basiselement 148 einen Mehrkant, insbesondere einen Sechskant, zum Einschrauben in eine Wand des Messraums 122 umfassen. Das Basiselement 148 kann ganz oder auch teilweise einstückig mit dem Druckstutzen 126 ausgestattet sein. Basiselement 148 kann vorzugsweise einen Außenkontur zum Ansatz eines Werkzeugs aufweisen. Die Vorrichtung 126 weiterhin mindestens ein Außengewinde 150 aufweisen. Die Vorrichtung 120 kann weiterhin mindestens ein Gehäuse 152 aufweisen. Das Gehäuse 152 kann insbesondere unabhängig von dem Druckstutzen 126 gefertigt sein. Das Drucksensorelement 124 kann zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses 152 angeordnet sein.
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3A und 3B zeigen ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung 120 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum 122. Die Vorrichtung 120 entspricht in weiten Teilen der Beschreibung gemäß der 2A und 2B, sodass weitestgehend auf die Beschreibung der 2A und 2B oben verwiesen werden kann. In 3A ist der Druckstutzen 126 der Vorrichtung 120 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt und in 3B in einer Schnittdarstellung.
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Zunächst, wie in 3A dargestellt, liegt der Druckstutzen 126 als Grünling 154 vor. Es wird das Drosselelement 110 bereitgestellt. Das Drosselelement 110 kann vor Durchführung eines Sinterns des Grünlings 154 in den Druckkanal 128 des Grünlings 154 eingebracht werden. Insbesondere kann das Drosselelement 110 lose in den Druckkanal 126 eingebracht werden. Das Drosselelement 110 kann über ein Ende 156 des Druckkanals 128 eingefügt werden. Vorzugsweise kann das Drosselelement 110 in den Druckkanal 128 fallen, vorzugsweise bis zu der Aufsetzkante 134 der Verjüngung 132. Dies ist in 3B dargestellt.
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Anschließend erfolgt das Sintern des Grünlings 154. Der Druckstutzen 126 und das Drosselelement 110 werden miteinander verbunden, insbesondere stoff- und/oder formschlüssig.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004025339 A1 [0002]
- DE 102013208276 A1 [0003]
- DE 102010001963 A1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Konrad Reif (Herausgeber): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage, 2010, Seiten 134 bis 136 [0001]
