DE19827375A1

DE19827375A1 - Vorrichtung zum Messen der Masse eines strömenden Mediums

Info

Publication number: DE19827375A1
Application number: DE19827375A
Authority: DE
Inventors: Dieter Tank; Holger Pfeiffer; Markus Sippel; Horst Kubitz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 1999-12-23
Also published as: WO1999067601A1; JP2002519627A; US6401531B1; KR20010022875A; EP1031013A1; CN1272176A

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zum Messen der Masse eines strömenden Mediums weist ein in einem Meßstutzen (5) angeordnetes Meßelement (14) auf. In einem stromaufwärts des Meßelements (14) vorgesehenen Strömungsgleichrichter (20) sind durch Stege (27) voneinander getrennte Strömungsöffnungen (24) vorhanden. Ein Drahtgitter (21) ist an einem sich in Richtung auf das Meßelement (14) erstreckenden Tubus (18) des Strömungsgleichrichters (20) befestigt. Der Tubus (28) des Strömungsgleichrichters (20) weist mehrere um einen vorgegebenen Abstand zueinander versetzte Fixierelemente (34) auf, in welchen Drähte (31, 33) des Drahtgitters (21) so gehalten sind, daß das Drahtgitter (21) eine zu den Stegen (27) der Strömungsöffnungen (24) des Strömungsgleichrichters (20) fixierte Konfiguration aufweist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Messen der Masse eines strömenden Mediums nach der Gattung des Anspruches 1.

Aus der EP 0 458 998 B1 ist bereits eine Vorrichtung zum Messen der Masse eines strömenden Mediums bekannt, die ein in einem Meßstutzen untergebrachtes Meßelement besitzt, wobei stromaufwärts des Meßelements ein Strömungs gleichrichter und ein Gitter untergebracht sind. Der Strömungsgleichrichter ist zur Erzeugung einer über den gesamten Innenquerschnitt des Meßstutzens möglichst gleichmäßigen Strömung vorgesehen. Der Strömungsgleich richter dazu weist mehrere, wabenartig angeordnete Strömungsöffnungen auf, die durch Stege voneinander getrennt sind. Das an einem sich in Richtung auf das Meßelement erstreckenden Tubus des Strömungsgleichrichters befestigte Gitter soll in der Strömung feinste Wirbel bewirken, um stromabwärts des Gitters möglichst gleichbleibende Strömungsverhältnisse zu erzeugen und eine Stabilisierung des Meßsignals des Meßelements erzielen.

Um eine Kennlinienstreuung des von dem Meßelement abgegebenen Meßsignal zu vermeiden, ist es besonders wichtig, das Gitter in einer präzisen, definierten Ausrichtung zu dem Strömungsgleichrichter anzuordnen.

Bereits geringfügige Variationen der Anordnung des Gitters in bezug auf den Strömungsgleichrichter bewirkt eine Variation der Kennlinien der einzelnen in einer Serienfertigung hergestellten Vorrichtungen. Eine Eichung des Meßsignals ist daher nur mit einer entsprechenden Ungenauigkeit möglich.

Bei dem Gitter der EP 0 458 998 B1 handelt es sich um ein Drahtgitter, das einzelne Drähte aufweist, die in einer Gitterstruktur miteinander verwoben sind. Das Drahtgitter wird aus einem großflächigen Maschengitter entsprechend dem Öffnungsquerschnitt des Meßstutzens ausgestanzt und nach folgend in den Tubus des Strömungsgleichrichters eingebracht. Beim Ausstanzen des Drahtgitters aus dem großflächigen Maschengitter läßt es sich nicht vermeiden, daß die nach dem Ausstanzen nicht mehr sicher fixierten Drähte sich bis zur endgültigen Arretierung in dem Tubus des Strömungsgleichrichters verschieben, da die Drähte nach dem Ausstanzen aus dem großflächigen Maschengitter in dem Drahtgeflecht nur noch lose gehalten sind. Ferner wird durch das Ausstanzen die in dem großflächigen Maschengitter vorhandene Verspannung der einzelnen Drähte untereinander zumindest teilweise beseitigt, was ebenfalls zu einer geänderten Ausrichtung einzelner Drähte innerhalb der Gitterstruktur führt. Das Drahtgitter mit den nicht sicher fixierten Einzeldrähten wird nachfolgend in den Kunststoff des Tubus durch Erwärmen der Kunststoffmasse des Tubus eingebracht. Auch bei diesem Verfahrensschritt kann eine Verschiebung der Einzeldrähte zueinander nicht sicher ausgeschlossen werden. Die einzelnen Drähte der Gitterstruktur sind daher an dem Tubus des Strömungsgleich richters nicht mit der notwendigen Präzision fixiert, so daß eine gewisse Kennlinienstreuung der in einer Serienfertigung mit hoher Automatisierung hergestellten Vorrichtungen unvermeidlich ist. Wie beschrieben, reduziert dies die Meßgenauigkeit der Vorrichtung.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Masse eines strömenden Mediums mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Drähte des Drahtgitters an dem Tubus des Strömungsgleichrichters durch die vorgesehenen Fixierelemente mit hoher Präzision fixiert sind. Die Konfiguration des Drahtgitters ist daher in bezug auf die Stege des Strömungsgleichrichters mit hoher Genauigkeit ausgerichtet, wobei sich eine höhere Reproduktionsgenauigkeit in einer hochautomatisierten Fertigung und somit eine nur geringe, praktisch vernach lässigbare Kennlinienstreuung erreichen läßt. Die einzelnen zwischen den Drähten des Drahtgitters gebildeten Strömungsöffnungen sind daher mit hoher Genauigkeit in bezug auf die Stege des Strömungsgleichrichters ausgerichtet. Die Funktion des Drahtgitters, nämlich die Erzeugung feinster Wirbel bleibt erhalten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.

Vorteilhaft kann das Drahtgitter durch zwei unabhängige, nicht miteinander verwobene Lagen gebildet werden, was fertigungstechnisch besonders einfach ist. Dabei wird eine erste Lage des Drahtgitters vorzugsweise durch einen fortlaufenden Draht gebildet und eine ebenfalls durch einen fortlaufenden Draht gebildete zweite Lage in einer anderen Richtung, beispielsweise orthogonal, über die erste Lage gelegt. Die Gitterstruktur entsteht dabei unmittelbar durch das Befestigen der Drähte an dem Tubus des Strömungsgleich richters und ein Ausstanzen des Drahtgitters aus einem großflächigen Maschengitter entfällt.

Dabei ist es auch möglich, das Drahtgitter um einen vorgegebenen Winkel gegenüber den Stegen des Strömungs gleichrichters verdreht anzuordnen. In besonders vorteil hafter Weise ist es möglich, die Maschenweite des Drahtgitters über den Durchmesser zu variieren, indem die Fixierelemente in den beiden Richtungsdimensionen des Draht gitters nicht äquidistant sondern mit variablem Abstand angeordnet werden. Dies ist bei dem vorbekannten Ausstanzen eines Drahtgitters aus einem vorgefertigten, großflächigen Maschengitter mit konstanter Maschenweite grundsätzlich nicht möglich. Es ist jedoch auch möglich, exakt jedem Steg des Strömungsgleichrichters einen Drahtabschnitt des Drahtgitters zuzuordnen, der in Strömungsrichtung versetzten parallel zu dem zugeordneten Steg mit durch die Fixierelemente vorgegebener, hoher Präzision angeordnet ist.

Es ist vorteilhaft, die Drähte des Drahtgitters mit dem Tubus warmzuverstemmen, da dies einen geringen Fertigungs aufwand erfordert.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in teilweiser Schnittdarstellung;

Fig. 2 eine Frontansicht eines in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Strömungsgleichrichters und eines ebenfalls verwendeten Drahtgitters;

Fig. 3 einen Schnitt durch den in Fig. 2 dargestellten Strömungsgleichrichter und das in Fig. 2 dargestellte Drahtgitter entlang der Linie III-III in Fig. 2 in einer ausdrucksweisen vergrößerten Darstellung und

Fig. 4 eine Draufsicht auf den in Fig. 2 dargestellten Strömungsgleichrichter.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist in teilweiser Schnittdarstellung eine Vorrichtung 1 zum Messen der Masse eines strömenden Mediums, insbesondere der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen, gezeigt. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich um eine gemischverdichtende, fremdgezündete oder auch um eine luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine handeln. Die Vorrichtung 1 besitzt ein Meßteil 2, das in einem Meßstutzen 5 der Vorrichtung 1 zum Beispiel steckbar eingebracht ist. Das Meßteil 2 hat beispielsweise eine schlanke, stabförmige, sich in Richtung einer Steckachse 10 länglich erstreckende, quaderförmige Gestalt und ist in eine aus einer Wandung 8 des Meßstutzens 5 ausgenommenen Öffnung beispielsweise steckbar eingeführt. Die Wandung 8 begrenzt einen Strömungsquerschnitt, der zum Beispiel einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, in dessen Mitte sich in Strömungsrichtung 18 des strömenden Mediums, parallel zur Wandung 8 eine Mittelachse 11 erstreckt, die senkrecht zur Steckachse 10 orientiert ist. Die Strömungsrichtung des strömenden Mediums ist in Fig. 1 durch entsprechende Pfeile 18 gekennzeichnet und verläuft dort von links nach rechts.

Ein Meßelement 14 ist mit dem Meßteil 2 in das strömende Medium eingebracht. In dem Meßteil 2 der Vorrichtung 1 ist ein Meßkanal 15 ausgebildet, in welchem das Meßelement 14 zur Messung des im Meßstutzen 5 strömenden Mediums untergebracht ist. Der Aufbau eines derartigen Meßteils 2 mit Meßelement 14 ist dem Fachmann zum Beispiel aus der DE 44 07 209 A1 hinreichend bekannt, deren Offenbarung Bestandteil der hier vorliegenden Patentanmeldung sein soll.

Stromaufwärts des Meßelements 14 ist ein hülsenförmiger Strömungsgleichrichter 20 und ein Drahtgitter 21 vorgesehen. Der Strömungsgleichrichter 20 besteht vorzugsweise aus Kunststoff, ist beispielsweise durch Spritzgießen hergestellt und weist eine Vielzahl von in der Strömungsrichtung 18 verlaufenden und zum Beispiel rechteckigen Strömungsöffnungen 24 auf.

Der Strömungsgleichrichter 20 ist in die Wandung 8 des Meßstutzens 5 innenseitig eingesetzt, wobei ein außenseitiger Vorsprung 25 in eine auf der Innenseite der Wandung 8 vorgesehene Nut 26 einrastet. Während in dem der Strömungsrichtung 18 zugewandten Bereich des Strömungs gleichrichters 20 die Strömungsöffnungen 24 vorgesehen sind, die durch sich etwa über die halbe axiale Länge des Strömungsgleichrichters 20 erstreckende Stege 27 voneinander getrennt sind, weist der Strömungsgleichrichter 20 an seiner der Strömungsrichtung 18 abgewandten Seite einen sich in Richtung auf das Meßelement 14 erstreckenden Tubus 28 auf. An dem Tubus 28 sind in noch näher zu beschreibender Weise Drähte, bzw. Drahtabschnitte 36 des Drahtgitters 21 gehalten.

Zur näheren Beschreibung des Strömungsgleichrichters 20 und des Drahtgitters 21 ist in Fig. 2 eine Frontansicht des Strömungsgleichrichters 20 mit dem Drahtgitter 21 mit Blickrichtung unmittelbar auf das Drahtgitter 21 dargestellt. Erkennbar sind in Fig. 2 der Tubus 28 und die Stege 27 des Strömungsgleichrichters 20. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Strömungs öffnungen 24 des Strömungsgleichrichters 20 wabenartig rechteckig ausgebildet, indem in Fig. 2 vertikale Stege 27a sich mit in Fig. 2 horizontalen Stegen 27b orthogonal kreuzen. Es ist jedoch auch möglich, die Strömungsöffnungen 24 des Strömungsgleichrichters 20 in anderer Weise, z. B. als sechseckige Strömungsöffnungen oder runde Strömungsöffnungen auszubilden, wobei dann die Stege 27 entsprechend zu modifizieren sind.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen, besteht das Drahtgitter 21 aus einer ersten Lage 30, die durch einen ersten fortlaufenden Draht 31 gebildet ist, und einer zweiten Lage 32, die durch einen zweiten fortlaufenden Draht 33 gebildet ist. Die zweite Lage 32 des Drahtgitters 21 befindet sich in Strömungsrichtung 18 unmittelbar hinter der ersten Lage 30 des Drahtgitters 21. Der Draht 31 der ersten Lage 30 ist durch in Fig. 2 nicht erkennbare und anhand der Fig. 3 und 4 noch näher zu beschreibende Fixierelemente 34 derart geführt, daß sich in dem Tubus 28 erstreckende, erste Drahtabschnitte 36 parallel zueinander, in Fig. 2 horizontal, ausgerichtet sind. Entsprechend ist der zweite Draht 33 der zweiten Lage 32 durch entsprechende Fixierelemente 34 so geführt, daß sich in dem Tubus 28 erstreckende zweite Drahtabschnitte 35 parallel zueinander, in Fig. 2 vertikal, ausgerichtet sind. Die Drähte 31 und 33 sind dazu mehrfach S-förmig durch die Fixierelemente 34 geführt, so daß die aus Fig. 2 erkennbare Gitterstruktur entsteht. Die Gitterstruktur entsteht unmittelbar durch das Anbringen der Drähte 31 und 33 an dem Tubus 28. Eine Vorfertigung eines großflächigen Maschengitters, aus welchem das Drahtgitter 21 wie beim Stand der Technik ausgestanzt wird, ist nicht erforderlich.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedem horizontalen Steg 27b des Strömungsgleichrichters 20 ein horizontaler Drahtabschnitt 36 zugeordnet, der in der Strömungsrichtung 18 versetzt und parallel zu dem zugeordneten Steg 27b angeordnet ist. In entsprechender Weise ist jedem vertikalen Steg 27a des Strömungsgleich richters 20 ein vertikaler Drahtabschnitt 35 des Drahtgitters 21 zugeordnet, der in der Strömungsrichtung 18 versetzt und parallel zu dem zugeordneten Steg 27a angeordnet ist. Durch die noch zu beschreibenden Fixier elemente 34 ist eine hochpräzise Ausrichtung der Draht abschnitte 35 und 36 in bezug auf die Stege 27a und 27b des Strömungsgleichrichters 20 möglich. Während die Draht abschnitte 36, 35 bei einem aus einem großflächigen Maschengitter ausgestanzten Drahtgitter 21 entsprechend dem Stand der Technik beim Umsetzen des ausgestanzten Drahtgitters 21 und Einsetzen in den Tubus 28 verrutschen können und sich in ihrer Lage auch aufgrund der durch das Ausstanzen zumindest teilweise gelösten Spannung des Maschengitters verschieben, ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine präzise Ausrichtung der Drahtabschnitte 36, 35 sichergestellt. Dies erfolgt durch die aus den Fig. 3 und 4 zu ersehenden Fixierelemente 34.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2, während Fig. 4 eine Draufsicht auf den in Fig. 2 dargestellten Strömungsgleichrichter 20 ohne das Drahtgitter 21 zeigt. Bereits beschriebene Elemente sind in sämtlichen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, sind die Drahtabschnitte 36 des Drahtes 31 der ersten Lage 30 des Drahtgitters 21 in Fixierelementen 34 gehalten, die durch keilförmige Schlitze gebildet sind. Dabei ist jeweils ein Fixierelement 34 jeweils einem horizontalen Gittersteg 27b zugeordnet. Als Fixierelement kommen selbstverständlich auch andere Gestaltungsformen in Betracht, wie z. B. stiftartige Vorsprünge oder andere Erhebungen sowie Bohrungen oder dergleichen. Wesentlich ist, daß das Drahtgitter 21 in bezug auf die Gitterstege 27 des Strömungsgleichrichters 20 eindeutig und reproduzierbar fixiert sind.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht in der Richtung IV in Fig. 2, wobei die Lage der vertikalen Stege 27a des Strömungs gleichrichters 20 erkennbar sind. Ferner ist aus Fig. 4 erkennbar, daß jedem vertikalen Steg 27a ebenfalls ein Fixierelement 34 in Form einer keilförmigen bzw. V-förmigen Nut zugeordnet. Das Drahtgitter 21 ist daher exakt in bezug auf die Gitterstege 27 fixiert. Die endgültige Befestigung des Drahtgitters 21 kann beispielsweise durch Warmverstemmen erfolgen, indem der aus Kunststoff gebildete Tubus 28 erwärmt wird und auf eine geeignete Gegenfläche so aufge drückt wird, daß die Drähte 31 und 33 in den Fixierelementen 34 sicher und dauerhaft fixiert sind.

Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, die Drahtabschnitte 36 und 35 als Einzeldrähte und nicht aus einem fortlaufenden Draht 31, 33 auszubilden und als Einzel drähte an den Fixierelementen 34 zu fixieren. Grundsätzlich ist es auch möglich, das Drahtgitter 21 als gewobenes Drahtgitter auszubilden, was jedoch einen höheren Fertigungsaufwand erfordert und im Hinblick auf den zu erreichenden Zweck, nämlich die Erzeugung feinster Wirbel in der Strömung, nicht notwendigerweise erforderlich ist.

Das Drahtgitter 21 kann durch eine entsprechend veränderte Gestaltung der Fixierelemente 34 auch gegenüber den Gitterstegen 27 des Strömungsgleichrichters 20 um einen bestimmten Verdrehungswinkel verdreht angeordnet werden, wenn dies strömungstechnisch Vorteile hat. Ferner kann durch eine Variation des vertikalen und horizontalen Abstands zwischen den Fixierelementen 34 auch erreicht werden, daß die Maschenweite des Drahtgitters 21 über den Durchmesser des Drahtgitters 21 variiert wird. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, im Bereich um die Mittelachse 11 das Drahtgitter 21 engmaschig zu gestalten, um im Bereich des dort angeordneten Meßelements 44 möglichst viele feinste Wirbel zu erzeugen. In den weiter außen liegenden, der Wandung 8 benachbarten Bereichen kann es dagegen vorteilhaft sein, eine möglichst große Maschenweite für das Drahtgitter 21 vorzusehen, um dort den Strömungswiderstand, den das Drahtgitter 21 dem strömenden Medium entgegensetzt, zu reduzieren.

Claims

1. Vorrichtung (1) zum Messen der Masse eines strömenden Mediums, mit einem in einem Meßstutzen (5) angeordneten Meßelement (14), einem stromaufwärts des Meßelements (14) vorgesehenen Strömungsgleichrichter (20), welcher durch Stege (27) voneinander getrennte Strömungsöffnungen (24) aufweist, und einem Drahtgitter (21), das an einem sich in Richtung auf das Meßelement (14) erstreckenden Tubus (28) des Strömungsgleichrichters (20) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tubus (28) des Strömungsgleichrichters (20) mehrere um einen vorgegebenen Abstand zueinander versetzte Fixierelemente (34) aufweist, in welchen Drähte (31, 33) des Drahtgitters (21) so gehalten sind, daß das Drahtgitter (21) eine zu den Stegen (27) der Strömungsöffnungen (24) des Strömungsgleichrichters (20) fixierte Konfiguration aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierelemente an dem Tubus (28) vorgesehene Schlitze (34), Vorsprünge oder Bohrungen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Lage (30) des Drahtgitters (21) in einer ersten Richtung und eine in Strömungsrichtung (18) hinter der ersten Lage (30) angeordnete, zweite Lage (32) des Drahtgitters (21) in einer zweiten Richtung ausgerichtet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lage (30) und die zweite Lage (32) des Drahtgitters (21) jeweils durch einen fortlaufenden Draht (31, 33) gebildet sind, der so durch die Fixierelemente (34) geführt ist, daß sich in dem Tubus (28) erstreckende Drahtabschnitte (34, 35) des fortlaufenden Drahtes (31, 33) jeweils einer bestimmten Lage (30, 32) des Drahtgitters (21) parallel zueinander ausgerichtet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Steg (27) des Strömungsgleichrichters (20) ein oder mehrere Drahtabschnitte (34, 35) des Drahtgitters (21) zugeordnet sind, die in Strömungsrichtung (18) versetzt und parallel zu dem zugeordneten Steg (27) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgitter (21) um einen vorgegebenen Winkel gegenüber den Stegen (27) des Strömungsgleichrichters (20) verdreht angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierelemente (34) so angeordnet sind, daß die Maschenweite des Drahtgitters (21) über den Durchmesser des Drahtgitters (21) variiert.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (31, 33) des Drahtgitters (21) mit dem Tubus (28) warmverstemmt sind.