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Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Untersuchung eines Probengasvolumens, insbesondere zur Feinstaubmessung eines Probengasvolumens, mit mindestens einem Feinstaubmessraum zur Aufnahme des zu untersuchenden Probengases, wobei dem Feinstaubmessraum mindestens ein Sensorelement zur Feinstaubmessung zugeordnet ist, mit mindestens einer dem Feinstaubmessraum zugeordneten Probengaszuführung, mit mindestens einer dem Feinstaubmessraum zugeordneten Probengasabführung, mit mindestens einer dem Feinstaubmessraum zugeordneten Lüftungseinrichtung, wobei die Lüftungseinrichtung einen Lüfter mit einem Lüftergehäuse aufweist und wobei die Sensorvorrichtung mindestens einen Schaltungsträger mit mindestens einer Steuerschaltung zur Ansteuerung der Lüftungseinrichtung aufweist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Lüftungseinrichtung für eine Sensorvorrichtung zur Erfassung des Feinstaubgehaltes eines Probengasvolumens, wobei die Lüftungseinrichtung einen Lüfter und ein Lüftergehäuse aufweist.
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Messeinrichtungen zur Feinstaubmessung kommen in einer Vielzahl von Fahrzeugen zum Einsatz. Beispielsweise kann durch eine derartige Messeinrichtung die Umgebungsluft des Fahrzeuges auf das Vorhandensein von Feinstaubpartikeln untersucht werden. Hierbei können optische Messverfahren zum Einsatz kommen, bei denen ein zu untersuchendes Luftvolumen in einem Messraum durch einen Laser bestrahlt wird und die Veränderung des Laserstrahls mittels einer optischen Empfangseinrichtung erfasst wird. Hierzu kann ein Messraum vorgesehen sein, in dem das zu untersuchende Probengasvolumen untersucht wird. Dem Messraum kann hierfür eine Probengaszuführung und eine Probengasabführung zugeordnet sein. Zur Beförderung des Probengasvolumens, also zur Herstellung einer Probengasströmung ist eine Lüftungseinrichtung mit einem Lüfter und einem Lüftergehäuse vorgesehen.
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Nachteilig bei bekannten Sensorvorrichtungen ist, dass weitere Messungen zur Bestimmung weiterer Parameter des Probengasvolumens, beispielsweise der Feuchtigkeit, der Temperatur oder der Luftgüte nicht ohne hohen Aufwand in eine derartige Sensorvorrichtung zu integrieren sind. Eine nachträgliche Integration dieser Funktionen in einen grundlegenden Feinstaubsensor ist aufgrund von Bauraumbeschränkungen und der somit fest vorgegebenen Gasführung nicht ohne hohen Aufwand möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensorvorrichtung zur Untersuchung eines Probengasvolumens vorzuschlagen, bei der eine Erweiterung der Funktion um die Erfassung weiterer Parameter ermöglicht ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit einer Lüftungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.
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Bei einer Sensorvorrichtung zur Untersuchung eines Probengasvolumens, insbesondere zur Feinstaubmessung eines Probengasvolumens, mit mindestens einem Feinstaubmessraum zur Aufnahme des zu untersuchenden Probengases, wobei dem Feinstaubmessraum mindestens ein Sensorelement zur Feinstaubmessung zugeordnet ist, mit mindestens einer dem Feinstaubmessraum zugeordneten Probengaszuführung, mit mindestens einer dem Feinstaubmessraum zugeordneten Probengasabführung, mit mindestens einer dem Feinstaubmessraum zugeordneten Lüftungseinrichtung, wobei die Lüftungseinrichtung einen Lüfter mit einem Lüftergehäuse aufweist und wobei die Sensorvorrichtung mindestens einen Schaltungsträger mit mindestens einer Steuerschaltung zur Ansteuerung der Lüftungseinrichtung aufweist, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass der Schaltungsträger eine Schaltung zur Steuerung der Feinstaubmessung aufweist, dass der Schaltungsträger außerhalb des Lüftergehäuses angeordnet ist und dass die Lüftungseinrichtung mindestens eine Datenschnittstelle zur datenleitenden Verbindung mit dem Schaltungsträger aufweist. Bei dem Probengas kann es sich beispielsweise um die Innenraumluft und/oder Umgebungsluft eines Fahrzeuges handeln. Die Sensorvorrichtung kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein. Die Sensorvorrichtung zur Untersuchung eines Probegasvolumens, insbesondere zur Feinstaubmessung weist einen Schaltungsträger auf, wobei auf diesem Schaltungsträger sowohl eine Schaltung zur Steuerung der Feinstaubmessung, also der Sensorelemente im Feinstaubmessraum, als auch zur Steuerung des Lüfters der Lüftungseinrichtung angeordnet ist. Hierzu weist die Lüftungseinrichtung eine Datenschnittstelle zur datenleitenden Verbindung zu der Steuerung des Schaltungsträgers auf. Der Schaltungsträger ist außerhalb des Schaltungsgehäuses angeordnet. Insbesondere kann die Sensorvorrichtung ein Sensorgehäuse aufweisen, in dem das Lüftergehäuse sowie der Schaltungsträger angeordnet sind. Durch die Verlagerung des Schaltungsträger vom Inneren des Lüftergehäuses nach außerhalb des Lüftergehäuses ist ein zusätzlicher Bauraum in dem Lüftergehäuse geschaffen, der nun zu einer anderen Verwendung zur Verfügung steht. Zudem hat der Schaltungsträger somit keinen Kontakt zu der Strömung des Probengases, so dass keine Schutzvorrichtungen des Schaltungsträgers, wie beispielsweise eine Verkapslung oder eine Beschichtung zum Schutz des Schaltungsträgers vor den Umwelteinflüssen der Gasströmung notwendig sind. In den freiwerdenden Bauraum in dem Lüftergehäuse können so weitere Sensorelemente angeordnet sein, die zur Messung weiterer Parameter des Probengasvolumens, wie beispielsweise der relativen Luftfeuchtigkeit, der Temperatur oder der Luftgüte, eingesetzt werden können. Die Schaltung zur Steuerung der zusätzlichen Messungen kann auf dem Schaltungsträger außerhalb des Lüftergehäuses, auf dem auch die Steuerungsschaltung der Lüftreinrichtung angeordnet ist, angeordnet sein. Somit kann ohne dass zusätzlicher Bauraum für die Sensorvorrichtung benötigt wird, die Sensorvorrichtung um weitere Messmethoden ergänzt werden. Auch kann eine Anpassung an eine gewünschte Ausstattung der Sensorvorrichtung werkseitig dadurch erfolgen, dass für verschiedene Anwendungsfälle verschiedenen ausgestattete Lüftungseinrichtungen gewählt werden, wobei die Lüftungseinrichtungen mit entsprechenden Sensorelementen ausgestattet sind. Entsprechende Schaltungen, die entsprechend angesteuert werden, können auf dem einen Schaltungsträger angeordnet sein.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Lüftergehäuse mindestens ein Sensorelement zur Erfassung mindestens eines weiteren Parameters des zu untersuchenden Probengases auf und auf dem Schaltungsträger ist mindestens eine Steuerungsschaltung zur Steuerung der Erfassung des mindestens einen weiteren Parameters des zu untersuchenden Probengases angeordnet. Bei einem Sensorelement zur Erfassung eines weiteren Parameters kann es sich beispielsweise um einen Luftfeuchtesensor, einen Strömungssensor, einen Luftgütesensor, einen Sensor zur Erfassung von flüchtigen organischen Substanzen, einen Temperatursensor oder Ähnliches handeln. Die entsprechenden Sensorelemente sind in dem Lüftergehäuse angeordnet, wobei hier ein Messraum zur Untersuchung des Probengasstromes in dem Lüftergehäuse ausgebildet sein kann. Der Schaltungsträger, der außerhalb des Lüftergehäuses angeordnet ist, kann entsprechende Schaltungen aufweisen, die zur Steuerung der entsprechenden Parametermessungen ausgebildet sind. Somit ist eine Erweiterung der Messkapazität der Sensorvorrichtung durch Austausch des Lüftergehäuses möglich, ohne dass der Bauraum der Sensorvorrichtung beeinflusst wird oder ein neuer Schaltungsträger installiert werden muss.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Schaltungsträger keinen Kontakt zu dem zu untersuchenden Probengasvolumen auf. Dadurch, dass der Schaltungsträger außerhalb des Lüftergehäuses und außerhalb der probengasführenden Leitungen, wie der Probengaszuführung und der Probengasabführung, angeordnet ist, kommt der Schaltungsträger nicht in Kontakt mit dem zu untersuchenden Probengasvolumen. Eine Verkapselung, Beschichtung oder sonstige Schutzvorrichtungen des Schaltungsträgers zum Schutz vor Einflüssen des Probengases sind somit nicht notwendig.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Sensorvorrichtung mindestens einen weiteren Messraum zur Erfassung des mindestens einen weiteren Parameters des zu untersuchenden Probengasvolumens auf und der weitere Messraum ist in dem Lüftergehäuse angeordnet. Zur Messung von weiteren Parametern des zu untersuchenden Probengasvolumens weist das Lüftergehäuse einen Messraum. Der Messraum für die weiteren Parameter kann insbesondere in dem Bauraum in dem Lüftergehäuse angeordnet sein, in dem eigentlich ein Schaltungsträger für die Steuerung des Lüfters vorgesehen ist. Die Schaltung für den Lüfter ist auf dem Schaltungsträger außerhalb des Lüftergehäuses, innerhalb des Sensorgehäuses angeordnet. Durch den weiteren Messraum, der in dem Lüftergehäuse angeordnet ist, ist eine präzise Messung weiterer Parameter des Probengasvolumens ermöglicht, ohne dass ein größerer Bauraum für die Sensorvorrichtung notwendig ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Lüftergehäuse je nach Anwendungsfall der zu bestimmenden Parameter wählbar und das Lüftergehäuse ist an die Erfassung der jeweiligen weiteren zu erfassenden Parameter angepasst. Das Lüftergehäuse kann Sensorelemente zur Bestimmung der weiteren Parameter aufweisen. Hierzu kann das Lüftergehäuse auch einen Messraum, in dem das Probengasvolumen untersucht wird, aufweisen. Durch die Anordnung der Sensorelemente und des Messraums kann das Lüftergehäuse an einen Anwendungsfall je nach Wunsch angepasst werden. So kann beispielsweise in ein Fahrzeug, in dem eine Temperatur-, eine Durchflussmessung sowie eine Feinstaubmessung durchführbar sein soll, ein entsprechend angepasstes Lüftergehäuse eingebaut werden, ohne dass andere Einrichtungen der Sensorvorrichtung abgeändert werden müssen. Hierfür kann beispielweise der Schaltungsträger mit den Steuerungsschaltungen gleich bleiben. Es können jeweils die Schaltungen genutzt werden, die für die jeweiligen Analysemethoden notwendig sind.
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In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei einem der weiteren zu erfassenden Parameter des zu untersuchenden Probengasvolumens um die Luftfeuchtigkeit und/oder die Temperatur und/oder das Auftreten von Schadgasen und/oder das Auftreten von flüchtigen organischen Verbindungen. Das Lüftergehäuse kann mit Sensoreinrichtungen zur Erfassung der genannten Parameter ausgestattet sein. Beispielsweise kann das Lüftergehäuse auch einen Sensor zur Messung des Volumendurchflusses aufweisen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Lüftungseinrichtung für eine Sensorvorrichtung zur Erfassung zumindest des Feinstaubgehaltes eines Probengasvolumens, wobei die Lüftungseinrichtung einen Lüfter und ein Lüftergehäuse aufweist, wobei erfindungswesentlich vorgesehen ist, dass die Lüftungseinrichtung mindestens eine Datenschnittstelle zur datenleitenden Verbindung mit einem außerhalb des Lüftergehäuses angeordneten Schaltungsträger aufweist, wobei der Schaltungsträger mindestens eine Steuerschaltung zur Ansteuerung der Lüftungseinrichtung und zur Steuerung mindestens einer Messung eines Parameters des Probengasvolumens aufweist. Der Lüftungseinrichtung ist ein Schaltungsträger zugeordnet, der außerhalb des Lüftergehäuse, insbesondere in dem Sensorgehäuse der Sensorvorrichtung, angeordnet ist. Durch die Anordnung der Steuerungsschaltung außerhalb des Lüftergehäuses ist in dem Lüftergehäuse zusätzlicher Raum geschaffen, in dem weitere Sensorelemente zur Messung weiterer Parameter angeordnet werden können. Zudem ist durch die Anordnung des Schaltungsträgers außerhalb des Lüftergehäuses verhindert, dass der Schaltungsträger im Kontakt mit dem zu untersuchenden Luftvolumen kommt, so dass auf Schutzvorrichtungen zum Schutz des Schaltungsträgers vor äußeren Einflüssen verzichtet werden kann.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Lüftergehäuse mindestens ein Sensorelement zur Erfassung mindestens eines weiteren Parameters des zu untersuchenden Probengasvolumens auf. Bei einem Sensorelement zur Erfassung eines weiteren Parameters kann es sich beispielsweise um einen Luftfeuchtesensor, einen Strömungssensor, einen Luftgütesensor, einen Sensor zur Erfassung von flüchtigen organischen Substanzen, einen Temperatursensor oder Ähnliches handeln. Die Sensorelemente sind in dem Lüftergehäuse angeordnet, wobei hier ein Messraum zur Untersuchung des Probengasstromes in dem Lüftergehäuse ausgebildet sein kann. Der Schaltungsträger, der außerhalb des Lüftergehäuses angeordnet ist, kann entsprechende Schaltungen aufweisen, die zur Steuerung der entsprechenden Parametermessungen ausgebildet sind. Somit ist eine Erweiterung der Messkapazität der Sensorvorrichtung durch Austausch des Lüftergehäuses möglich, ohne dass der Bauraum der Sensorvorrichtung beeinflusst wird oder ein neuer Schaltungsträger angeordnet werden muss.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Lüftergehäuse mindestens einen Messraum zur Erfassung des mindestens einen weiteren Parameters des zu untersuchenden Probengasvolumens auf. Zur Messung von weiteren Parametern des zu untersuchenden Probengasvolumens weist das Lüftergehäuse einen Messraum auf. Der Messraum für die weiteren Parameter kann insbesondere in dem Bauraum in dem Lüftergehäuse angeordnet sein, in dem eigentlich ein Schaltungsträger für die Steuerung des Lüfters vorgesehen ist. Die Schaltung für den Lüfter ist auf dem Schaltungsträger außerhalb des Lüftergehäuses, innerhalb des Sensorgehäuses angeordnet. Durch den weiteren Messraum, der in dem Lüftergehäuse angeordnet ist, ist eine präzise Messung weiterer Parameter des Probengasvolumens ermöglicht, ohne dass ein größerer Bauraum für die Sensorvorrichtung notwendig ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Sensorelement zur Erfassung mindestens eines weiteren Parameters zur Erfassung der Luftfeuchtigkeit und/oder der Temperatur und/oder des Auftretens von Schadgasen und/oder des Auftreten von flüchtigen organischen Verbindungen ausgebildet. Das Lüftergehäuse kann mit Sensoreinrichtungen zur Erfassung der genannten Parameter ausgestattet sein. Beispielsweise kann das Lüftergehäuse auch einen Sensor zur Messung des Durchflusses aufweisen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:
- 1: eine Sensorvorrichtung zur Feinstaubmessung mit einer Lüftungseinrichtung, einem Schaltungsträger und einem Feinstaubmessraum; und
- 2: eine Sensorvorrichtung gemäß 1 mit zusätzlichen Messfunktionen.
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In 1 ist eine Sensorvorrichtung 1 mit einer Lüftungseinrichtung 2, einem Schaltungsträger 3 und einem Feinstaubmessraum 4 schematisch dargestellt. Die Sensorvorrichtung 1 weist ein Sensorgehäuse 5 auf, in dem der Schaltungsträger 3 sowie die Lüftungseinrichtung 2 und der Feinstaubmessraum 4 angeordnet sind. Die Sensorvorrichtung 1 weist eine Probengaszuführung 6 und eine Probengasabführung 7 auf, durch die das Probengas dem Feinstaubmessraum 4 zugeführt und wieder abgeführt wird. Zur Herstellung der Gasströmung weist die Lüftungseinrichtung 2 einen Lüfter 8 innerhalb eines Lüftergehäuses 9 auf. Auf dem Schaltungsträger 3 ist zumindest eine Steuerungsschaltung für die Lüftungseinrichtung 2 und eine Steuerungsschaltung für die Feinstaubmessung angeordnet. Die Lüftungseinrichtung 2 ist über eine Datenschnittstelle 10 datenleitend mit dem Schaltungsträger 3 und somit mit der auf dem Schaltungsträger 3 angeordneten Steuerungsschaltung verbunden.
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In 2 ist eine Sensorvorrichtung 1 gemäß 1 mit zusätzlichen Messfunktionen dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dadurch, dass der Schaltungsträger 3 mit der Steuerungsschaltung nicht innerhalb des Lüftergehäuses 9 angeordnet ist, sondern auf dem Schaltungsträger 3 innerhalb des Sensorgehäuses 5, ist zusätzlicher Bauraum in dem Lüftergehäuse 9 geschaffen. Hierin kann ein weiterer Messraum 11 angeordnet sein. Dem Messraum 11 können weitere Sensorelemente, wie ein Temperatursensor 12, ein Luftfeuchtesensor 13 sowie ein Luftgütesensor 14 zugeordnet sein. Dadurch, dass der Messraum 11 mit den Sensorelementen 12 - 14 in dem Lüftergehäuse 9 angeordnet ist, ist eine Anpassung einer Sensorvorrichtung 1 an einen gewünschten Einsatzzweck ermöglicht. Soll beispielweise ein Fahrzeug zur Messung von der Temperatur der Luftfeuchte in einem Probengasvolumen ausgebildet sein, so kann eine entsprechend ausgebildete Lüftungseinrichtung 2 in das Sensorgehäuse 5 verbaut werden. Die entsprechenden Steuerschaltungen für beispielsweise die Temperaturmessung und die Luftfeuchtemessung und/oder die Luftgütemessung können auf dem Schaltungsträger 3 vorgesehen sein und je nach Bedarfsfall angesteuert werden.
