DE102021118359A1

DE102021118359A1 - Sondengehäuse sowie Sondenvorrichtung mit einem Sensor und einem Sondengehäuse

Info

Publication number: DE102021118359A1
Application number: DE102021118359.6A
Authority: DE
Inventors: Martin Müller; Manfred Beversdorff; Guido Stockhausen
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2021-07-15
Filing date: 2021-07-15
Publication date: 2023-01-19
Also published as: WO2023285315A1; EP4370884A1; CA3224029A1

Abstract

Sondengehäuse (1) für die Aufnahme von Sensoren, mit mehreren in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Kühlmittelkanälen (13), mit mindestens einem Spülmediumkanal (9) und mit einer Sensordurchführungsaussparung (7), wobei sich die Sensordurchführungsaussparung (7) zumindest teilweise parallel zu dem mindestens einem Spülmediumkanal (9) erstreckt, und mit einer Sensoraufnahme (15), in die die Sensordurchführungsaussparung (7) mündet, wobei die Sensoraufnahme (15) eine Messabschnittsöffnung (17) aufweist, und wobei die Sensoraufnahme (15) eine Spülmediumauslassleitung (10) mit einem Spülmediumauslass (19) aufweist, der mit dem mindestens einem Spülmediumkanal (9) verbunden ist, wobei die Spülmediumauslassleitung (10) einen sich verjüngenden Querschnitt (10a) zum Bilden einer Düsenform aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sondengehäuse sowie eine Sondenvorrichtung mit einem Sensor und einem Sondengehäuse.
Für die Diagnostik (Einstellung eines Betriebspunktes, Anlagensteuerung, Fehlersuche, Kontrolle etc.) von Heißgasanlagen, wie beispielsweise Gasturbinen, Verbrennungsmotoren, Dampfkraftwerken oder ähnlichen, werden Sensoren in Sonden verwendet, die minimalinvasiv direkt in die Heißgasumgebung oder an deren Rand geführt werden. Die Sondenkörper weisen Kühlvorrichtungen auf, über die die Sondenkörper und die darin enthaltenen Sensortechnologie gekühlt werden können.
Aus DE 10 2012 216 267 A1 ist ein derartiger Sondenkörper bekannt, der aus einem Sondengehäuse mit Kühlkanälen besteht, wobei ein Sondenkopf austauschbar ist, um das System an unterschiedliche Sensoren anzupassen. Da der Sondenkopf gekühlt werden muss, ist eine aufwändige Kupplungskonstruktion notwendig, um das Kühlmedium in den Sondenkopf zu leiten. Ferner ist bei der vorbekannten Sonde vorgesehen, dass ein Spülmedium verwendet werden kann, um die Sensoraustrittsfläche der Sonde zu reinigen.
Die Sonde weist eine Vielzahl von Kanälen auf, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Einige dieser Kanäle werden als Kühlkanäle verwendet, wohingegen andere Kanäle für die Zufuhr von Spülluft dienen.
Aufgrund der Konstruktion mit einem austauschbaren Sondenkopf ist die vorbekannte Konstruktion relativ groß und aufwendig bzw. komplex, somit anfällig für Leckagen. Es ist jedoch ein Ziel bei der Vermessung von Heißgasanlagen, eine Heißgasströmung so gering wie möglich zu beeinflussen, um möglichst hochwertige Messergebnisse zu erhalten. Daher ist es wünschenswert, eine Sonde so klein wie möglich auszugestalten.
Bei der vorbekannten Sonde kann es darüber hinaus aufgrund der dem Sensorauslass zugeführten Spülluft zu Beeinflussungen der Heißgasumgebung kommen. Darüber hinaus erfolgt die Spülung beim Stand der Technik konzentrisch, wodurch aufgrund von Wirbelbildung erhöhte Verschmutzungen am Sensorauslass auftreten können.
Da bei der vorbekannten Sonde die in dem Umfang verteilten Kanäle nicht alle für eine Kühlfunktion genutzt werden, kann es darüber hinaus zu einer ungleichmäßigen Kühlung der Sonde und somit des Sensors kommen.
Schließlich ist der Sondenkopf bei der vorbekannten Sonde dauerhaft dem Heißgas ausgesetzt, sodass auch zu Zeiten, zu denen keine Messung stattfindet, eine thermische Belastung der Bauteile gegeben ist und der Verschmutzungsprozess voranschreiten kann. Dadurch ist ein erhöhter Kühl- und Spülbedarf bei einer derartigen Bauform notwendig.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sondengehäuse der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine kompakte Ausgestaltung aufweist und darüber hinaus möglichst zumindest einige der genannten Nachteile behebt. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sondenvorrichtung mit einem derartigen Sondengehäuse zu schaffen.
Das erfindungsgemäße Sondengehäuse ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die erfindungsgemäße Sondenvorrichtung ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 15.
Das erfindungsgemäße Sondengehäuse für die Aufnahme von Sensoren weist mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Kühlmittelkanäle, mindestens einen Spülmediumkanal und eine Sensordurchführungsaufsparung auf. Die Sensordurchführungsaussparung erstreckt sich zumindest teilweise parallel zu dem mindestens einen Spülmediumkanal. Das Sondengehäuse weist ferner eine Sensoraufnahme auf, in die die Sensordurchführungsaussparung mündet, wobei die Sensoraufnahme eine Messabschnittsöffnung aufweist. Die Sensoraufnahme weist einen Spülmediumauslassleitung mit einem Spülmediumauslass auf, der mit dem mindestens einem Spülmediumkanal verbunden ist Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spülmediumauslassleitung einen sich verjüngenden Querschnitt zum Bilden einer Düsenform aufweist.
Die Messabschnittsöffnung verbindet die Sensoraufnahme mit der Umgebung. Die Sensoraufnahme dient zur Aufnahme eines Sensorkopfes eines Sensors, wobei ein Messausgang des Sensorkopfes in Richtung der Messabschnittsöffnung anordenbar ist, sodass die Messung durch die Messabschnittsöffnung der Sensoraufnahme erfolgen kann.
Die Sensordurchführungsaussparung kann beispielsweise zum Einsetzen des Sensorkopfes in die Sensoraufnahme dienen, wobei ferner Signalleitungen des Sensors durch die Sensordurchführungsaussparung geführt werden können.
Das Spülmedium dient zum Schutz Messabschnittsöffnung bzw. eines in der Sensoraufnahme eingesetzten Sensorkopfes. Durch die Ausgestaltung der Spülmediumauslassleitung mit einem sich verjüngenden Querschnitt zum Bilden einer Düsenform kann die Strömung des Spülmediums beschleunigt werden. Dadurch kann ein besonders wirksamer Schutz vor Heißgasströmung und eine besonders gute Wärmeabfuhr durch das Spülmedium erreicht werden. Durch die erhöhte Geschwindigkeit des Spülmediums wird die Spülleistung ferner verbessert und die Verschmutzungsneigung verringert, das Partikel frühzeitiger von der Spülmediumströmung abgelenkt werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Sensordurchführungsaussparung und der mindestens eine Spülmediumkanal von den Kühlmittelkanälen umgeben und versetzt zu einer Mittelachse des Sondengehäuses angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Sondengehäuse sieht somit vor, dass der mindestens eine Spülmediumkanal und die Sensordurchführungsaussparung im Inneren des Sondengehäuses angeordnet sind, wobei die Kühlmittelkanäle weiter außen und den mindestens einen Spülmediumkanal und die Sensordurchführungsaussparung umgebend angeordnet sind. Durch die zu der Mittelachse versetzte Anordnung der Sensordurchführungsaussparung und des mindestens einen Spülmediumkanals können diese in vorteilhafter Weise und platzsparend in dem Sondengehäuse angeordnet werden.
Vorzugweise ist vorgesehen, dass die Kühlmittelkanäle in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Auf diese Weise ist eine besonders vorteilhafte und gleichmäßige Kühlung des Sondengehäuses möglich. Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass ein Teil der Kühlmittelkanäle für die Zuführung des Kühlmittels dient und die übrigen Kühlmittelkanäle für die Abfuhr des erwärmten Kühlmittels.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Sondengehäuse aus einem rohrförmigen Außenkörper und einem Innenkörper besteht, wobei der Innenkörper von dem Au-ßenkörper umgeben ist und wobei die Sensordurchführungsaussparung und der mindestens eine Spülmediumkanal im Innenkörper angeordnet sind. Das Sondengehäuse kann auch ein monolithischer Körper sein, bei dem Innenkörper und Außenkörper zu einem Bauteil im Herstellungsprozess verbunden sind (z.B. durch Sintern, Gießen oder Drucken).
Dabei kann vorgesehen sein, dass der rohrförmigen Außenkörper einen ovalen oder ellipsenförmigen Querschnitt aufweist. Dadurch kann der Strömungswiderstand des Sondengehäuses in Bezug auf die Heißgasströmung reduziert sein. Der Innenkörper kann an die Form des Außenkörpers angepasst sein.
Eine zu einer Mittelachse des Sondengehäuses versetzte Anordnung der Sensordurchführungsaussparung und des mindestens einen Spülmediumkanal erlaubt die Ausgestaltung des Sondengehäuses mit einem Außenkörper mit einem ovalen oder ellipsenförmigen Querschnitt und somit eine Ausgestaltung mit reduzierten Strömungswiderstand in besonders vorteilhafter Weise.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt der Sensordurchführungsaussparung eine an einen Sensorkopf und/oder Sensor angepasste Form aufweist.
Die Ausgestaltung der Erfindung mit einem rohrförmigen Außenkörper einen ovalen oder ellipsenförmigen Querschnitt aufweist, hat auch unabhängige erfinderische Bedeutung und kann somit auch unabhängig von der Ausgestaltung der Spülmediumauslassleitung verwirklicht sein. Dabei kann die Ausführungsform der Erfindung mit einem rohrförmigen Außenkörper einen ovalen oder ellipsenförmigen Querschnitt mit einzelnen, mehreren oder allen zuvor und nachfolgend beschriebenen Merkmalen kombiniert werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Kühlmittelkanäle am Umfang des Innenkörpers angeordnet sind. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kühlmittelkanäle durch Vertiefungen in dem Innenkörper gebildet sind, wobei der Außenkörper die Kühlmittelkanäle zumindest einseitig begrenzt. Eine derartige Konstruktion hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt. Einerseits können die Kühlkanäle in vorteilhafter Weise in den Innenkörper in Form von Nuten angebracht werden, wobei die Kühlkanäle dann durch das Einsetzen des Innenkörpers in den Außenkörper in Umfangsrichtung vollständig verschlossen sind. Darüber hinaus kann durch die zweiteilige Ausgestaltung der Innenkörper aus einem anderen Material als der Au-ßenkörper gestaltet werden, sodass beispielsweise ein besonders hitzebeständiges Material für den Außenkörper verwendet werden kann.
Die Kühlmittelkanäle können einen unterschiedlich großen Querschnitt aufweisen. Dadurch ist die Kühlleistung der einzelnen Kühlmittelkanäle an die Wärmebelastung des Sondengehäuses angepasst. Beispielsweise kann ein Kühlmittelkanal in einem Bereich des Sondengehäuses, der im Gebrauch einer Heißgasströmung zugewandt ist einen größeren Querschnitt aufweisen als ein Kühlmittelkanal in einem Bereich des Sondengehäuses, der im Gebrauch von der Heißgasströmung abgewandt ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in oder an der Messabschnittsöffnung eine Blende und/oder optisch durchlässige Scheibe angeordnet ist, die eine Hauptoberfläche aufweist bzw. aufweisen. Je nach Art des verwendeten Sensors kann somit das Sondengehäuse an den Sensor angepasst sein. Die Blende und/oder optisch durchlässige Scheibe können auch als zusätzlicher Schutz eines in der Sensoraufnahme eingesetzten Sensorkopfes dienen.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Spülmediumauslass in einem spitzen Winkel o zu einer Ebene, in der die Hauptoberfläche liegt, angeordnet ist. Dadurch strömt das Spülmedium in eine Richtung auf die Hauptoberfläche und nicht parallel zu der Hauptoberfläche oder von dieser weg. Durch die Anströmung der Hauptoberfläche der Scheibe oder Blende kann eine besonders gute Wärmeableitung erreicht werden, da sichergestellt ist, dass das Spülmedium die Hauptoberfläche überstreicht und somit berührt. Darüber hinaus kann eine Säuberung der Hauptoberfläche erfolgen, in dem an der Hauptoberfläche anhaftende Partikel von dem Spülmedium weggespült werden. Der Winkel α kann beispielswies zwischen 1,5° bis 5°, vorzugsweise 2° betragen. Im Rahmen der Erfindung ist ein Spülmediumauslass in einem spitzen Winkel α zu einer Ebene derart zu verstehen, dass der Winkel einer Mittellinie des Abschnitts des Spülmediumauslass in dem entsprechenden Winkel zu der Ebene verläuft.
Die Ausgestaltung der Erfindung mit einem Spülmediumauslass in einem spitzen Winkel α zu einer Ebene, in der die Hauptoberfläche liegt, hat auch unabhängige erfinderische Bedeutung und kann somit auch unabhängig von der Ausgestaltung der Spülmediumauslassleitung mit sich verjüngendem Querschnitt verwirklicht sein. Dabei kann die Ausführungsform der Erfindung mit einem Spülmediumauslass in einem spitzen Winkel α zu einer Ebene, in der die Hauptoberfläche liegt, mit einzelnen, mehreren oder allen zuvor und nachfolgend beschriebenen Merkmalen kombiniert werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spülmediumauslassleitung als Laval-Düse geformt ist. Dadurch kann das Spülmedium auf sehr hohe Geschwindigkeiten, die sogar höher als die Schallgeschwindigkeit sind, beschleunigt werden. Dadurch kann ein besonders wirksamer Schutz vor Heißgasströmung und eine besonders gute Wärmeabfuhr durch das Spülmedium erreicht werden. Die Spülmediumauslassleitung bzw. der Spülmediumauslass kann dabei grundsätzlich auch parallel zu einer Ebene, in der die Hauptoberfläche liegt, angeordnet sein, so dass das Spülmedium parallel zu der Hauptoberfläche strömt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Spülmediumauslass einen rechteckigen Querschnitt mit einer Langseite und einer Kurzseite aufweist und der Spülmediumauslass mit der Langseite parallel zu der Hauptoberfläche des Messabschnitts angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine Spülmediumströmung erzeugt werden, die relativ breit ist und eine große Fläche des Messabschnitts überstreicht und somit spült.
Vorzugweise ist vorgesehen, dass der Spülmediumauslass in Richtung der Längsseite eine Erstreckung aufweist, die gleich oder größer ist als die maximale Erstreckung der Messabschnittsöffnung in dieser Richtung. Dadurch wird erreicht, dass die beim Austritt aus dem Spülmediumauslass entstehende Spülmediumströmung eine Breite aufweist, die gleich oder größer ist als die maximale Erstreckung der Messabschnittsöffnung in dieser Breitenrichtung, sodass der gesamte Messabschnitt von der Spülmediumströmung überströmt wird.
Die Öffnungsebene der Messabschnittsöffnung oder die Hauptoberfläche der in der Messabschnittsöffnung angeordneten Blende oder der optisch durchlässigen Scheibe kann orthogonal oder parallel zu der Mittelachse angeordnet sein. Mit anderen Worten: Es besteht die Möglichkeit, durch die orthogonale Anordnung des zu der Mittelachse eine Messung in Achsrichtung der Sonde vorzunehmen. Durch die parallele Anordnung zu der Mittelachse besteht die Möglichkeit, eine Messung in orthogonaler Richtung zu der Mittelachse vorzunehmen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die optisch durchlässige Scheibe ein optisches Element aufweist. Das optische Element kann beispielsweise eine Sammeleigenschaft für optische Strahlung aufweisen. Beispielsweise kann das optische Element eine Linse sein. Das optische Element kann beispielsweise in die optisch durchlässige Scheibe integriert sein oder zusätzlich zu dieser vorgesehen sein.
Als optisch durchlässige Scheibe wird im Rahmen der Erfindung eine Scheibe verstanden, die bei der Verwendung von optischen Sensoren für den Sensor ausreichende optische Strahlung und in einem Wellenlängenbereich, in dem der optische Sensor arbeitet, durchlässt. Beispielsweise kann die optisch durchlässige Scheibe in dem entsprechenden Wellenbereich mindestens 50 % der Strahlung durchlassen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spülmediumauslassleitung die Messabschnittsöffnung kreuzt, wobei eine Sperrluftströmung in der Messabschnittsöffnung erzeugbar ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ohne optisch durchlässige Scheibe wird mittels des Spülmediums eine Sperrluftströmung erzeugt, die einen wirksamen Schutz eines in der Sensoraufnahme eingesetzten Sensorkopfes vor Heißgasströmung bewirkt. Die Sperrluftströmung kann durch die Beschleunigung der Strömung des Spülmediums aufgrund des sich verjüngenden Querschnitts der Spülmediumauslassleitung besonders vorteilhaft erzeugt werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Spülmediumauslassleitung die Messabschnittsöffnung kreuzt, wobei eine Sperrluftströmung in der Messabschnittsöffnung erzeugbar ist, hat auch unabhängige erfinderische Bedeutung und kann somit auch unabhängig von der Ausgestaltung der Spülmediumauslassleitung mit sich verjüngenden Querschnitt verwirklicht sein. Dabei kann die Ausführungsform der Erfindung bei der die Spülmediumauslassleitung die Messabschnittsöffnung kreuzt mit einzelnen, mehreren oder allen zuvor und nachfolgend beschriebenen Merkmalen kombiniert werden.
Die Erfindung sieht ferner eine Sondenvorrichtung mit einem Sensor mit einem Sensorkopf und einem erfindungsgemäßen Sondengehäuse vor, wobei der Sensorkopf in der Sensoraufnahme angeordnet ist und eine Messausgang des Sensorkopfes in Richtung zu der Messabschnittsöffnung gerichtet angeordnet ist. Bei der erfindungsgemäßen Sondenvorrichtung kann vorgesehen sein, dass Messleitungen, die zu dem Sensorkopf führen, durch die Sensordurchführungsaussparung verlaufend angeordnet sind.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen

1 eine schematische perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sondengehäuses für die Aufnahme eines Sensors,
2 eine schematische Schnittdarstellung des Sondengehäuses der 1,
3 eine schematische Schnittdarstellung des Sondengehäuses der 1 mit einer ersten Variante des Spülmediumkanals ,
4 eine schematische Schnittdarstellung des Sondengehäuses der 1 mit einer zweiten Variante des Spülmediumkanals,
5 eine schematische perspektivische Ansicht eines zweite Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sondengehäuses für die Aufnahme eines Sensors

In 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sondengehäuses 1 gezeigt. Das Sondengehäuse 1 besteht aus einem rohrförmigen Außenkörper 3 und einem darin angeordneten Innenkörper 5. In dem Innenkörper 5 ist eine Sensordurchführungsaussparung 7 und ein Spülmediumkanal 9 angeordnet. Der Spülmediumkanal 9 und die Sensordurchführungsaussparung 7 verlaufen parallel zueinander in Längsrichtung des Sondengehäuses 1 und sind gegenüber einer Mittelachse 11 des Sondengehäuses 1 versetzt angeordnet. Durch Vertiefungen am Umfang des Innenkörpers 5 werden Kühlmittelkanäle 13 gebildet, wobei der Außenkörper 3 die Kühlmittelkanäle 13 in radialer Richtung begrenzt. An einem ersten Ende 1a des Sondengehäuses sind ferner Anschlüsse 13a für die Kühlmittelkanäle 13 sternförmig in Umfangsrichtung angeordnet.
Die Kühlmittelkanäle 13 weisen einen unterschiedlich großen Querschnitt auf, wodurch die Kühlleistung der einzelnen Kühlmittelkanäle 13 an die Wärmebelastung des Sondengehäuses 1 angepasst ist. Ein Kühlmittelkanal 13 in einem Bereich des Sondengehäuses 1, der im Gebrauch einer Heißgasströmung zugewandt ist (in 2 oben), weist einen größeren Querschnitt auf als ein Kühlmittelkanal in einem Bereich des Sondengehäuses 1, der im Gebrauch von der Heißgasströmung abgewandt ist (in 2 unten).
An dem dem ersten Ende 1a gegenüberliegenden Ende 1b ist eine Sensoraufnahme 15 angeordnet. In der Sensoraufnahme 15 ist ein nicht dargestellter Aufnahmeraum für einen Sensorkopf angeordnet. Die Sensoraufnahme 15 weist eine Messabschnittsöffnung 17 auf, die den Aufnahmeraum mit der Umgebung verbindet. Durch die Messabschnittsöffnung 17 kann ein in dem Aufnahmeraum aufgenommener Sensorkopf eine Messung vornehmen.
Der Messabschnittsöffnung 17 weist eine eine Hauptoberfläche 18a aufweisende optisch durchlässige Scheibe 18 auf, die die Messabschnittsöffnung 17 verschließt. Die Hauptoberfläche 18a verläuft in dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung parallel zu der Mittelachse 11. Mit anderen Worten: Mittels des in den 1 und 2 dargestellten Sondengehäuses 1 ist eine Messung in eine Richtung orthogonal zu der Mittelachse 11 möglich.
Der rohrförmigen Außenkörper 3 weist einen ovalen Querschnitt aufweist. Dadurch kann der Strömungswiderstand des Sondengehäuses 1 in Bezug auf die Heißgasströmung reduziert sein. Der Innenkörper 5 kann an die Form des Außenkörpers 3 angepasst sein. Durch den ovalen Querschnitt des Außenkörpers 3 ist eine gegenüber einer Mittelachse 11 des Sondengehäuses 1 versetzte Anordnung von der Spülmediumkanal 9 und der Sensordurchführungsaussparung 7 in besonders vorteilhafter Weise möglich. Grundsätzlich kann der Außenkörper 3 aber auch einen runden Querschnitt aufweisen.
Der Spülmediumkanal 9 weist eine Spülmediumauslassleitung 10 auf, die in einen Spülmediumauslass 19 mündet, der an der Sensoraufnahme 15 angeordnet ist. Der Spülmediumauslass 19 ist neben der Messabschnittsöffnung 17 angeordnet und zu der Messabschnittsöffnung 17 hin geöffnet. Dadurch kann aus dem Spülmediumauslass herausströmendes Spülmedium eine Strömung erzeugen, die über die Hauptoberfläche 18a der Scheibe 18 strömt. Auf diese Weise wird eine Wirbelbildung des Spülmediums an der Hauptoberfläche 18a der Scheibe 18 und somit eine Verschmutzungsneigung vermieden.
In 3 ist eine schematische Schnittdarstellung des Sondengehäuses der 1 mit einer ersten Variante des Spülmediumkanals dargestellt. Die Spülmediumauslassleitung 10 weist einen sich verjüngenden Querschnitt 10a zum Bilden einer Düsenform auf. Durch Düsenform kann die Strömung des Spülmediums beschleunigt werden, wodurch ein besonders wirksamer Schutz vor Heißgasströmung der Scheibe 18 und eine besonders gute Wärmeabfuhr durch das Spülmedium erreicht werden kann.
Der Spülmediumauslass 19 ist in einem spitzen Winkel α von 2° zu einer Ebene, in der die Hauptoberfläche 18a liegt, angeordnet ist. Dadurch strömt das Spülmedium in eine Richtung auf die Hauptoberfläche 18a zu. Durch die Anströmung der Hauptoberfläche 18a der Scheibe 18 wird eine besonders gute Wärmeableitung erreicht. Darüber hinaus kann eine Säuberung der Hauptoberfläche 18a erfolgen, in dem an der Hauptoberfläche anhaftende Partikel von dem Spülmedium weggespült werden.
Der Spülmediumauslass 19 hat einen rechteckigen Querschnitt, wobei eine Langseite parallel zu der Hauptoberfläche 18a des Messabschnitts 17 angeordnet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Spülmediumauslass 19 in Richtung der Langseite eine Breite besitzt, die gleich oder breiter der maximalen Erstreckung der Scheibe 18 in diese Richtung ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die gesamte Scheibe 18 von dem Spülmedium überspült werden kann.
Die optisch durchlässige Scheibe weist ein optisches Element 20 zur Sammlung optischer Strahlung auf, beispielsweise eine Linse. Dadurch können verbesserte Messungen vorgenommen werden, da bei einem optisch arbeitenden Sensor eine größere Menge an optischer Strahlung zu dem Sensor geführt wird.
In den 4 ist eine schematische Schnittdarstellung des Sondengehäuses der 1 mit einer zweiten Variante des Spülmediumkanals gezeigt.
Die in 4 dargestellte Variante unterscheidet sich von der in 3 dargestellten Variante des Ausführungsbeispiels der 1 im Wesentlichen in der Form der Spülmediumauslassleitung 10. Die Spülmediumauslassleitung 10 ist bei der in 4 dargestellten Variante als Laval-Düse geformt ist. Dadurch kann das Spülmedium auf sehr hohe Geschwindigkeiten, die sogar höher als die Schallgeschwindigkeit sind, beschleunigt werden. Dadurch kann ein besonders wirksamer Schutz vor Heißgasströmung und eine besonders gute Wärmeabfuhr durch das Spülmedium erreicht werden. Die Spülmediumauslass 19 kann dabei auch zu der Ebene, in der die Hauptoberfläche 18a liegt, parallel angeordnet sein, so dass das Spülmedium parallel zu der Hauptoberfläche strömt.
5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines zweite Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sondengehäuses 1 für die Aufnahme eines Sensors. Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist bei diesem Ausführungsbeispiel keine optisch durchlässige Scheibe in der Messabschnittsöffnung 17 angeordnet. Die Spülmediumauslassleitung 10 kreuzt die Messabschnittsöffnung 17. Das aus dem Spülmediumauslass 19 tretende Spülmedium strömt quer zu Messabschnittsöffnung 17 und bildet eine Sperrluftströmung, die einen Schutz eines in der Sensoraufnahme 15 eingesetzten Sensorkopfes vor Heißgasströmung bewirkt. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Spülmediumauslassleitung 10 einen sich verjüngenden Querschnitt zur Bildung einer Düsenform aufweisen. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Verwirklichung ohne sich verjüngenden Querschnitt möglich.
Der Spülmediumkanal 9 weist eine Spülmediumableitabschnitt 23 auf, die mit der dem Spülmediumauslass 19 fluchtend auf der dem Spülmediumauslass 19 gegenüberliegenden Seite der Messabschnittsöffnung 17 angeordnet ist. Das die Messabschnittsöffnung 17 kreuzende Spülmedium wird durch die Spülmediumableitabschnitt 23 und einen nicht dargestellten Spülmediumrückführkanal abgeleitet.
Das erfindungsgemäße Sondengehäuse 1 kann durch die Anordnung des Spülmediumkanals 9 und der Sensordurchführungsaussparung 7 parallel zueinander und in dem Innenkörper 5, wobei die Kühlmittelkanäle den Spülmediumkanal 9 und die Sensordurchführungsaussparung 7 umgeben, sehr kompakt ausgestaltet werden. Darüber hinaus wird durch die verteilte Anordnung der Kühlmittelkanäle 13 eine verbesserte Kühlleistung erreicht. Durch das Vorsehen des sich verjüngenden Querschnitt 10a der zum Bilden einer Düsenform auf der Spülmediumauslassleitung 10 kann eine vorteilhafte Strömung des Spülmediums im Bereich der Messabschnittsöffnung 17 bereitgestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Sondengehäuse
1a: erstes Ende
1b: gegenüberliegendes Ende
3: rohrförmiger Außenkörper
5: Innenkörper
7: Sensordurchführungsaussparung
9: Spülmediumkanal
10: Spülmediumauslassleitung
10a: sich verjüngender Querschnitt
11: Mittelachse
13: Kühlmittelkanäle
13a: Anschlüsse
15: Sensoraufnahme
17: Messabschnittsöffnung
18: optisch durchlässige Scheibe
18a: Hauptoberfläche
19: Spülmediumauslass
19a: Spülmediumanschluss
20: optisches Element
23: Spülmediumableitabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012216267 A1 [0003]

Claims

Sondengehäuse (1) für die Aufnahme von Sensoren, mit mehreren in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Kühlmittelkanälen (13), mit mindestens einem Spülmediumkanal (9) und mit einer Sensordurchführungsaussparung (7), wobei sich die Sensordurchführungsaussparung (7) zumindest teilweise parallel zu dem mindestens einem Spülmediumkanal (9) erstreckt, und mit einer Sensoraufnahme (15), in die die Sensordurchführungsaussparung (7) mündet, wobei die Sensoraufnahme (15) eine Messabschnittsöffnung (17) aufweist, und wobei die Sensoraufnahme (15) eine Spülmediumauslassleitung (10) mit einem Spülmediumauslass (19) aufweist, der mit dem mindestens einem Spülmediumkanal (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülmediumauslassleitung (10) einen sich verjüngenden Querschnitt (10a) zum Bilden einer Düsenform aufweist.
Sondengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an der Messabschnittsöffnung (17) eine Blende und/oder optisch durchlässige Scheibe (18) angeordnet ist, die eine Hauptoberfläche (18a) aufweist.
Sondengehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülmediumauslass (19) in einem spitzen Winkel zu einer Ebene, in der die Hauptoberfläche (18a) liegt, angeordnet ist.
Sondengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülmediumauslassleitung (10) als Laval-Düse geformt ist.
Sondengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordurchführungsaussparung (7) und der mindestens eine Spülmediumkanal (9) von den Kühlmittelkanälen (13) umgeben und versetzt zu einer Mittelachse (11) des Sondengehäuses (1) angeordnet sind.
Sondengehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülmediumauslass (19) einen rechteckigen Querschnitt mit einer Langseite und einer Kurzseite aufweist und der Spülmediumauslass (19) mit der Langseite parallel zu der Hauptoberfläche (18a) der Blende und/oder optisch durchlässige Scheibe (18) angeordnet ist.
Sondengehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülmediumauslass (19) in Richtung der Langseite eine Erstreckung aufweist, die gleich oder größer ist als die maximale Erstreckung der Messabschnittsöffnung (17) in dieser Richtung.
Sondengehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptoberfläche (18a) der in der Messabschnittsöffnung (17) angeordneten Blende und/oder optisch durchlässigen Scheibe (18) orthogonal oder parallel zu der Mittelachse angeordnet ist.
Sondengehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch durchlässige Scheibe (18) ein optisches Element (20) aufweist.
Sondengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülmediumauslassleitung (10) die Messabschnittsöffnung (17) kreuzt, wobei eine Sperrluftströmung in der Messabschnittsöffnung (17) erzeugbar ist.
Sondengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet, durch einen rohrförmigen Außenkörper (3) und einem Innenkörper (5), der von dem Außenkörper (3) umgeben ist, wobei Sensordurchführungsaussparung (17) und der mindestens eine Spülmediumkanal (9) im Innenkörper (5) angeordnet sind.
Sondengehäuse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmigen Außenkörper (5) einen ovalen oder ellipsenförmigen Querschnitt aufweist.
Sondengehäuse nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelkanäle (13) am Umfang des Innenkörpers (5) angeordnet sind.
Sondengehäuse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlmittelkanäle (13) durch Vertiefungen in dem Innenkörper (5) gebildet sind, wobei der Außenkörper (3) die Kühlmittelkanäle (13) zumindest einseitig begrenzt.
Sondenvorrichtung mit einem Sensor mit einem Sensorkopf und einem Sondengehäuse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Sensorkopf in der Sensoraufnahme (15) angeordnet ist und ein Messausgang des Sensorkopfes in Richtung zu der Messabschnittsöffnung (17) gerichtet angeordnet ist.