DE102017200683A1

DE102017200683A1 - Temperatursensor für den Verdampfer einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage

Info

Publication number: DE102017200683A1
Application number: DE102017200683.8A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dienhart; Volker Knoche; Dietmar Fischer
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2017-01-17
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2037-01-18
Also published as: CN106994880B; US20170210206A1; CN106994880A; US10308097B2; DE102017200683B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor (1) zur Messung der Temperatur einer Oberfläche des Verdampfers einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, mit einem für Montage in einer Öffnung eines Verdampfergehäuses (12) ausgebildeten Sensorgehäuse (2) und einem für Wärmekontakt mit einer Verdampferoberfläche ausgebildeten Sensorkopf (7). Gemäß der Erfindung ist der Sensorkopf (7) dafür eingerichtet, nur mit den äußeren Enden von Kühlrippen (10) des Verdampfers oder nur mit einer Kühlrippe verbindenden wärmeleitenden Platte Wärmekontakt zu haben. Der Sensorkopf ist elastisch vorgespannt mit der Möglichkeit einer Kippbewegung in zwei Freiheitsgraden, um so einen zuverlässigen Kontakt zu gewährleisten,

Description

Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur einer Oberfläche des Verdampfers einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, mit einem für Montage in einer Öffnung eines Verdampfergehäuses ausgebildeten Sensorgehäuse und einem für Wärmekontakt mit einer Verdampferoberfläche ausgebildeten Sensorkopf, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die JP 2012 159 332 A beschreibt einen gattungsgemäßen Temperatursensor, welcher die Oberflächentemperatur eines Verdampfers zwischen den Kühlrippen oder Lamellen des Verdampfers misst. Der Sensorkopf ist zwischen zwei Kühlrippen gepresst und besitzt zum Ausgleich von Fertigungs- und Ausdehnungstoleranzen ein Element aus elastischem Material. Derjenige Zwischenraum zwischen den Kühlrippen, in dem sich der Sensorkopf befindet, steht für Luftströmung und somit Wärmetausch nicht mehr zur Verfügung. Der Installationsaufwand ist erheblich, wobei auch sichergestellt werden muss, dass der Sensorkopf ein definiertes Stück weit in die Kühlrippen eindringt. Außerdem wird eine abgedichtete Kabeldurchführung benötigt. Da der Sensorkopf die Kühlrippen oder Lamellen des Verdampfers lokal verbiegt, ist nach einem Austausch des Temperatursensors kein sicherer Wärmekontakt mehr gewährleistet. Der aus diesem Dokument bekannte Temperatursensor ist somit für einen Klemmsitz zwischen den Kühlrippen vorgesehen und ist daher nicht geeignet, im Funktionszustand nur mit den äußeren Enden der Kühlrippen oder mit einer wärmeleitenden Platte Wärmekontakt zu haben.
Die US 5 785 284 A beschreibt einen Verdampfertemperatursensor mit einem Gehäuse, das in einer Öffnung in einem Verdampfergehäuse angebracht wird und durch ein Kabel für Toleranzausgleich mit einem Sensorelement verbunden ist, dass sich in einem zylindrischen Element befindet, das in einer Bohrung im Vedampfer sitzt. Dieser Temperatursensor ist zwar leichter installierbar und auswechselbar, doch muss eine gut passende Bohrung im Verdampfer vorgesehen werden.
Aus der DE 600 32 682 T2 ist es bekannt, einen mit einer flachen Kontaktfläche ausgebildeten Temperatursensor für einen Verdampfer einer Fahrzeugklimaanlage elastisch vorgespannt an eine Seitenwand des Verdampfers anzudrücken. Die elastische Vorspannung erfolgt mittels eines aus einem elastischen Material ausgebildeten Hebels, so dass der Temperatursensor im Wesentlichen eine Schwenkbewegung mit nur einem Bewegungsfreiheitsgrad ausführen kann, weshalb dieser Temperatursensor nur bei Einhaltung enger Toleranzen hinsichtlich der Position der Seitenwand zuverlässig vollflächig anliegen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Temperatursensor für den Verdampfer einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage bereitzustellen, der die Luftströmung durch den Verdampfer nicht behindert und der mit geringem konstruktiven Aufwand leicht und sicher installierbar und auswechselbar ist und bei dem die Zuverlässigkeit des Wärmeübergangs dauerhaft gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch Temperatursensoren mit den in den Patentansprüchen 1 oder 2 angegebenen Merkmalen sowie durch einen Verdampfer mit den Merkmalen des Patentanspruches 10 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Sensorkopf dahingehend ausgebildet, nur mit den äußeren Enden von Kühlrippen des Verdampfers oder nur mit einer Kühlrippen verbindenden wärmeleitenden Platte Wärmekontakt zu haben, wobei der Temperatursensor ein Vorspannelement zur Aufbringung einer derartigen elastischen Vorspannung auf den Sensorkopf aufweist, dass sich eine Kontaktfläche des Sensorkopfes innerhalb vorgegebener Toleranzen der jeweiligen Lage des Auflagebereichs oder der Auflagebereiche auf der Verdampferoberfläche sowohl in Normalenrichtung zur Kontaktfläche als auch hinsichtlich der Winkellage durch eine begrenzte Beweglichkeit in zwei Kippfreiheitsgraden anpassen kann.
Durch diese elastische Vorspannung mit wenigstens drei Bewegungsfreiheitsgraden, d.h. sowohl in Normalenrichtung zur Kontaktfläche als auch in zwei Kipprichtungen, ist ein dauerhaft optimaler Wärmekontakt des Sensors gewährleistet.
Besonders vorteilhaft ist dies dann, wenn der Kontakt stirnseitig mit bevorzugt genau zwei Kühlrippen erfolgt, da dann der Anpressdruck aufgrund der im Wesentlichen linienförmigen Kontaktflächen wesentlich größer als bei flächiger Auflage gestaltet werden kann. Unvermeidliche Toleranzen bei der Herstellung der Lamellen, die auch durch unterschiedliche Biegezustände auftreten können, werden durch die bewegliche vorgespannte Lagerung mit mehreren Freiheitsgraden zuverlässig ausgeglichen, was insbesondere bei Austausch des Sensors die technische Zuverlässigkeit erhöht, denn Probleme aufgrund eines wärmeleistungsmäßig nicht optimal angebundenen Temperatursensors können zu einer zeitweise unbefriedigenden Funktion der Fahrzeugklimatisierung führen, deren Ursache möglicherweise nur schwer zu diagnostizieren ist. Damit kann ggf. auch auf die Verwendung von ansonsten üblicher Wärmeleitpaste verzichtet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Sensorkopf dafür eingerichtet, nur mit den äußeren Enden von Kühlrippen oder Lamellen des Verdampfers Wärmekontakt zu haben.
Es hat sich gezeigt, dass ein derartiger, die Luftströmung nicht störender Wärmekontakt eine genügend genaue Messung der Temperatur der Verdampferoberfläche ermöglicht, insbesondere wenn der Sensorkopf dafür eingerichtet ist, sich durch eine Aussparung in einer wärmeisolierenden Hülle, welche die Wärmetauschelemente des Verdampfers einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage üblicherweise umgibt, hindurch bis zu einer äußersten oder zweitäußersten Reihe von Kühlrippen oder bis einer äußersten oder zweitäußersten, Kühlrippen verbindenden wärmeleitenden Platte zu erstrecken. Eine derartige Aussparung in einer wärmeisolierenden Hülle ist mit sehr geringem Aufwand herstellbar, da nur das Stanzwerkzeug für die Platten, aus denen die Hülle besteht, entsprechend ausgelegt werden muss.
Die Erfindung eignet sich gut für Verdampfer mit geringem Druckverlust auf der Kältemittelseite, weil hier die Messung der Oberflächentemperatur im Wesentlichen ortsunabhängig ist. Und in Fällen, in denen die Messung der Oberflächentemperatur ortsabhängig ist, kann leicht eine geeignete Stelle für die Temperaturmessung gewählt werden, insbesondere die kälteste Stelle.
Die Erfindung ermöglicht eine einfache Montage und ggf. einen einfachen Wechsel des Temperatursensors, weil keine Kraft zum Einpressen in die Kühlrippen aufgewendet werden muss und weil nicht aufwändig geprüft werden muss, ob der Sensorkopf weit genug zwischen die Kühlrippen eingedrungen ist.
Die Erfindung ermöglicht es, dass sich der Sensorkopf im eingebauten Zustand im Wesentlichen vollständig außerhalb von zwischen den Kühlrippen ausgebildeten Luftströmungskanälen befindet, so dass alle Luftströmungskanäle des Verdampfers denselben auslegungsgemäßen Strömungswiderstand haben, während in dem gattungsbildenden Stand der Technik der Sensorkopf einen Luftströmungskanal versperrt und die benachbarten Luftströmungskanäle schmaler werden lässt.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Temperatursensor eine dedizierte, vorzugsweise metallische Feder, die insbesondere eine Schraubenfeder ist und die dafür eingerichtet ist, den Sensorkopf permanent gegen die Verdampferoberfläche zu drücken.
Hingegen besitzt der Temperatursensor des gattungsbildenden Standes der Technik einen gummielastischen Faltenbalg, der in erster Linie andere Funktionen hat, nämlich den Sensorkopf mechanisch mit einer im Verdampfergehäuse montierten Sensorhalterung zu verbinden und dem Sensorkopf seitliches Spiel zu geben, damit er in jedem Fall zwischen zwei Kühlrippen eindringen kann. Ein gummielastischer Faltenbalg vermag zwar auch einen gewissen Druck in Axialrichtung auszuüben, doch besitzt Gummi eine gewisse Plastizität, so dass ein axialer Anpressdruck mit der Zeit kleiner wird. Tatsächlich erfolgt der Wärmekontakt im genannten Stand der Technik in erster Linie dadurch, dass der zwischen zwei Kühlrippen eindringende Sensorkopf diese etwas auseinandertreibt, wobei der Wärmekontakt durch Eigenelastizität der Kühlrippen aufrechterhalten wird, welche aber ebenfalls mit der Zeit kleiner werden kann.
Hingegen wird bei der Erfindung der Wärmekontakt durch die dedizierte Spannfeder permanent aufrechterhalten. Die dedizierte Feder sorgt dafür, dass der Anpressdruck immer gleich bleibt, was gute Vibrationsfestigkeit und eine im Betrieb gleichbleibende Genauigkeit der Temperaturmessung gewährleistet. Damit erhält auch ein ausgetauschter Temperatursensor ebenso guten Wärmekontakt mit der Verdampferoberfläche wie der zuvor eingebaute Sensor.
In einer Ausführungsform der Erfindung hat der Sensorkopf an seinem den Wärmetauschelementen des Verdampfers zugewandten Ende einen konvexen Querschnitt. Falls der Sensorkopf einige Kühlrippen des Verdampfers direkt berühren soll, sollten der Durchmesser des Sensorkopfes und der kleinste Krümmungsradius der Konvexität größer als der Abstand zwischen zwei Kühlrippen sein, damit der Sensorkopf kaum zwischen den Kühlrippen eindringt und jeder Luftströmungskanal praktisch ungehindert von Luft durchströmt werden kann. Die Konvexität kann in ein oder zwei Dimensionen vorhanden sein, d. h., der Sensorkopf kann am Ende z. B. ungefähr halbkugelförmig oder ungefähr halbzylindrisch oder auf irgendeine andere Weise ballig geformt sein. Bei einem z. B. halbkugeligen Sensorkopf wären die metallischen Kontaktflächen zwischen Sensorkopf und Kühlrippen zwar relativ klein, selbst wenn die Kühlrippenränder ein wenig nachgeben und sich an den Sensorkopf anschmiegen können, doch kann dies ausreichen, wenn der Sensorkopf eine geringe Wärmekapazität hat und gegenüber den übrigen Teilen des Temperatursensors thermisch isoliert ist. Bei einem z. B. halbzylindrischen Sensorkopf wären die metallischen Kontaktflächen linienförmig und damit größer.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung besitzt der Sensorkopf an seinem den Wärmetauschelementen des Verdampfers zugewandten Ende eine ebene Oberfläche. Der kleinste Durchmesser dieser ebenen Oberfläche ist vorzugsweise größer als der Abstand zwischen zwei Kühlrippen, so dass der Sensorkopf in jedem Fall vollständig außerhalb des Luftstroms durch den Verdampfer angeordnet ist und den Luftstrom somit nicht behindert.
Wie erwähnt, kann die Oberfläche des Sensorkopfes direkten Wärmekontakt mit bevorzugt zwei oder mehr Kühlrippen haben.
Ein Sensorkopf mit ebener Wärmekontaktfläche kann mit einer äußersten, Kühlrippen verbindenden wärmeleitenden Platte Wärmekontakt haben, oder er kann sich durch eine Aussparung in der äußersten wärmeleitenden Platte und den dazugehörigen Kühlrippen hindurch erstrecken und mit einer zweitäußersten, Kühlrippen verbindenden wärmeleitenden Platte Wärmekontakt haben.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Steckverbinderteil für elektrische Verbindung mit einem im Sensorkopf eingebauten elektronischen Sensorelement konstruktiv in den Temperatursensor integriert, statt dass der Steckverbinderteil an einem aus dem Temperatursensor heraus führenden Kabel befestigt ist, wie im gattungsbildenden Stand der Technik. Dadurch entfällt auch die Notwendigkeit, eine Kabeldurchführung im Verdampfergehäuse vorzusehen.
Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
1 eine Schnittansicht eines Verdampfertemperatursensors in einer ersten Ausführungsform;
2 eine gegenüber 1 verkleinerte Schnittansicht eines Verdampfertemperatursensors in einer zweiten Ausführungsform, installiert an einem Verdampfer; und
3 den Verdampfertemperatursensor von 2, auf eine andere Weise am Verdampfer installiert.
1 zeigt einen Temperatursensor 1 zur Messung der Temperatur einer Oberfläche des Verdampfers einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage. Der Temperatursensor 1 besitzt ein Sensorgehäuse 2 mit einem Bajonettverschluss 3 für Montage in einer Öffnung eines Verdampfergehäuses. Das Sensorgehäuse 2 besitzt einen integrierten, einstückig mit dem Sensorgehäuse 2 ausgebildeten Steckverbinderteil 4 mit Steckern 5 für elektrische Verbindung mit einem Sensorelement 6, das in einen Sensorkopf 7 eingebaut ist.
Der Sensorkopf 7 ist ein rundes Metallteil mit einer halbkugeligen Vorderseite, welche das einer Verdampferoberfläche zugewandte Ende des Sensorkopfes 7 bildet. Der Sensorkopf 7 ist in seiner Axialrichtung in Richtung auf die Verdampferoberfläche und davon weg beweglich, d. h., er hat ein Axialspiel 8. Innerhalb des Axialspiels 8 wird der Sensorkopf 7 durch eine Schraubenfeder 9 permanent in Richtung auf die Verdampferoberfläche gedrückt.
Dabei verfügt der Sensorkopf 7 in der Ausführungsform gemäß 1 und in den weiter unten anhand von 2 und 3 beschriebenen Ausführungsformen neben dem besagten begrenzten Axialspiel in Normalenrichtung zur Kontaktoberfläche zusätzlich über Kippfreiheitsgrade in einer mit dem Bezugszeichen 22 angedeuteten Richtung sowie einer nicht dargestellten, dazu quer liegenden Kipprichtung; die Kippachse dieser letztgenannten Kipprichtung verläuft in der Zeichnungsebene.
Damit kann sich der Auflagepunkt innerhalb der durch sensorgehäuseseitige und sensorkopfseitige ringförmige Anschläge 22, 24 begrenzten Maßen entsprechend eventuell vorhandener Toleranzen auf die Lage der Verdampferoberfläche oder der Lamellen ausrichten.
Die Verdampferoberfläche, mit der der Sensorkopf 7 Wärmekontakt haben soll, umfasst oder ist Bestandteil von einem oder mehreren Wärmetauschelementen des Verdampfers, welche in 1 schematisch als zickzackförmig angeordnete Lamellen oder Kühlrippen 10 eingezeichnet sind, deren Spitzen der Sensorkopf 7 berühren soll, wenn er in den Verdampfer eingebaut ist.
Der eingebaute Zustand dieses Temperatursensors 1 ergibt sich aus 2 und 3, welche jedoch einen etwas anderen Temperatursensor 11 zeigen, der sich von dem Temperatursensor 1 nur darin unterscheidet, dass sein Sensorkopf 17 eine ebene Vorderseite hat, die in diesem Ausführungsbeispiel nicht direkt mit irgendwelchen der Kühlrippen 19 Kontakt hat, sondern mit einer von mehreren ebenen Metallplatten 20, 20', 20'', zwischen denen die Kühlrippen 19 im Zickzack hin und her gehen.
In 2 berührt der Sensorkopf 17 die äußerste Metallplatte 20 des Verdampfers.
In 3 geht der Temperatursensor 11 durch eine Aussparung in der äußersten Metallplatte 20 und in den dazugehörigen Kühlrippen hindurch und berührt mit seinem Sensorkopf 17 die zweitäußerste Metallplatte 20'.
Man erkennt in 2 und 3, dass der Temperatursensor 1 oder 11 mittels des Bajonettverschlusses 3 in einem Verdampfergehäuse 12 befestigt ist. Zwischen dem Verdampfergehäuse 12 und der äußersten Metallplatte 20 befindet sich eine wärmeisolierende Hülle 13 um alle Wärmetauschelemente des Verdampfers herum. Die Hülle 13 besitzt eine Aussparung 14 für den Temperatursensor 1 oder 11.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012159332 A [0002]
US 5785284 A [0003]
DE 60032682 T2 [0004]

Claims

Temperatursensor (1) zur Messung der Temperatur einer Oberfläche des Verdampfers einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, mit einem für Montage in einer Öffnung eines Verdampfergehäuses (12) ausgebildeten Sensorgehäuse (2) und einem für einen Wärmekontakt mit einer Verdampferoberfläche (10; 20; 20') ausgebildeten Sensorkopf (7; 17), dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf (7; 17) dahingehend ausgebildet ist, nur mit den äußeren Enden von Kühlrippen (10) des Verdampfers oder nur mit einer Kühlrippen verbindenden wärmeleitenden Platte (20; 20') Wärmekontakt zu haben, wobei der Temperatursensor ein Vorspannelement (9) zur Aufbringung einer derartigen elastischen Vorspannung auf den Sensorkopf (7; 17) aufweist, dass sich eine Kontaktfläche des Sensorkopfes innerhalb vorgegebener Toleranzen der jeweiligen Lage des Auflagebereichs oder der Auflagebereiche auf der Verdampferoberfläche (10; 20; 20') sowohl in Normalenrichtung zur Kontaktfläche als auch hinsichtlich der Winkellage durch eine begrenzte Beweglichkeit in zwei Kippfreiheitsgraden anpassen kann.
Temperatursensor (1) zur Messung der Temperatur einer Oberfläche des Verdampfers einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, mit einem für Montage in einer Öffnung eines Verdampfergehäuses (12) ausgebildeten Sensorgehäuse (2) und einem für Wärmekontakt mit einer Verdampferoberfläche (10; 20; 20') ausgebildeten Sensorkopf (7; 17), insbesondere Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf (7; 17) dafür eingerichtet ist, nur mit den äußeren Enden von Kühlrippen (10) des Verdampfers Wärmekontakt zu haben.
Temperatursensor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf (7; 17) dafür eingerichtet ist, nur mit äußeren stirnseitigen Enden von genau zwei Kühlrippen (10) des Verdampfers Wärmekontakt zu haben.
Temperatursensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf (7; 17) dafür eingerichtet ist, sich durch eine Aussparung in einer wärmeisolierenden Hülle (13), welche Wärmetauschelemente des Verdampfers umgibt, hindurch bis zu einer äußersten oder zweitäußersten Reihe von Kühlrippen oder einer äußersten oder zweitäußersten, Kühlrippen (19) verbindenden wärmeleitenden Platte (20; 20') zu erstrecken.
Temperatursensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf (7; 17) dafür eingerichtet ist, im eingebauten Zustand im Wesentlichen vollständig außerhalb von zwischen den Kühlrippen ausgebildeten Luftströmungskanälen angeordnet zu sein.
Temperatursensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (1) eine dedizierte Feder (9), insbesondere eine Schraubenfeder, enthält, die dafür eingerichtet ist, den Sensorkopf (7; 17) permanent gegen die Verdampferoberfläche (10; 20; 20') zu drücken.
Temperatursensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf (7; 17) an seinem der Verdampferoberfläche (10; 20; 20'), insbesondere den äußeren Enden der Kühlrippen, zugewandten Ende einen konvexen Querschnitt aufweist.
Temperatursensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkopf (7; 17) dafür eingerichtet ist, sich durch eine Aussparung in einer äußersten, Kühlrippen (19) verbindenden wärmeleitenden Platte (20) und in den dazugehörigen Kühlrippen (19) hindurch zu erstrecken und mit einer zweitäußersten, Kühlrippen (19) verbindenden wärmeleitenden Platte (20') Wärmekontakt zu haben.
Temperatursensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steckverbinderteil (4) für elektrische Verbindung mit einem im Sensorkopf (7; 17) eingebauten elektronischen Sensorelement (6) konstruktiv in den Temperatursensor (1) integriert ist.
Verdampfer für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, mit einem Temperatursensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.