DE4026225A1 - Schichttraeger - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Schichtträger nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, bzw. von einem Verfahren zu dessen Herstellung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Es sind schon Schichtträger der gattungsgemäßen Art bekannt (z. B.
aus DE-38 23 642 C2), bei denen in einer auf der Oberfläche eines
Schichtträgers angeordneten Schicht Ausnehmungen in Form von L-för
migen oder mäanderförmigen Schnitten eingebracht sind, um die Eigen
schaften der Schicht, beispielsweise den Widerstand bei einer Wider
standsschicht, zu beeinflussen. Bei diesen bekannten Schichtträgern
besteht insbesondere dann, wenn es sich bei der auf dem Schicht
träger angeordneten Schicht um eine ggf. auch beheizbare Wider
standsschicht handelt, der Nachteil, daß sich, bedingt durch die
besondere Form der Ausnehmungen, unerwünscht unterschiedliche Heiz
leistungsdichten einstellen, analoges trifft zu, wenn der Widerstand
zur Temperaturmessung eingesetzt wird und auf dem Schichtträger eine
örtlich unterschiedliche Temperturverteilung herrscht. Durch die
infolge der Schnittverteilung erzeugte lokale Stromdichte entsteht
dann eine örtlich unterschiedliche Gewichtung des Temperaturfeldes,
was i. A. unerwünscht ist. Dies ist insbesondere dann nachteilig,
wenn ein derartiger Schichtkörper Bestandteil einer Präzisionsmeß
einrichtung, beispielsweise eines Luftmassenmessers für eine Brenn
kraftmaschine ist.
Der erfindungsgemäße Schichtträger bietet demgegenüber zahlreiche
Vorteile. Durch die Mehrzahl von im wesentlichen gleiche oder ver
gleichbare Querschnittsflächen aufweisenden Ausnehmungen, die
örtlich voneinander getrennt über die Schichtfläche verteilt ange
ordnet sind, kann das Verhältnis von Querschnittsfläche der Ausneh
mungen zu der Querschnittsfläche der Schichtfläche pro Flächenele
ment besonders feinfühlig eingestellt werden. Wenn dabei die Ausneh
mungen gleichmäßig über die Schichtfläche verteilt angeordnet sind,
kann so auf einfache Weise ein konstantes Flächenverhältnis erzielt
werden. In anders gelagerten Anwendungsfällen ist es dagegen auf
einfache Weise möglich, durch Veränderung der Anzahl der Ausneh
mungen, ggf. auch noch durch zusätzliche Querschnittsveränderung der
Ausnehmungen von Flächenelement zu Flächenelement der Schicht, ein
unterschiedliches Flächenverhältnis einzustellen. Eine besonders
feinfühlige Einstellung des Flächenverhältnisses zwischen Quer
schnittsfläche der Ausnehmungen und Schichtfläche ergibt sich
beispielsweise dadurch, daß zunächst Ausnehmungen mit einer ersten,
vergleichsweise großen Querschnittsfläche gleichmäßig verteilt über
die Oberfläche des Schichtträgers in die auf dem Schichtträger ange
ordnete Schicht eingebracht werden. In einem weiteren Arbeitsschritt
können dann zusätzlich, ebenfalls gleichmäßig verteilt und/oder mit
örtlich variabler Dichte weitere Ausnehmungen mit abweichender,
beispielsweise geringerer Querschnittsfläche, eingebracht werden.
Besonders vorteilhaft ist das bei Anwendungsfällen, in denen der
Schichtträger ein Isolierkörper ist und die auf dem Schichtträger
angeordnete Schicht als Widerstandsschicht, insbesondere als beheiz
bare Widerstandsschicht ausgebildet ist. Durch entsprechende Bemes
sung des vorstehend schon erläuterten Flächenverhältnisses zwischen
Querschnittsfläche der Ausnehmungen und Schichtfläche pro Flächen
element der Schicht kann der Widerstand der Schicht auf besonders
einfache Weise an die als zweckmäßig erachtete lokale Stromdichte
angepaßt werden, so daß sich eine für zahlreiche Anwendungsfälle
außerordentlich gleichmäßige Verteilung der Heizleistung ergibt. Für
andere Anwendungsfälle läßt sich auch erreichen, daß die Heiz
leistungsverteilung einer vorgegebenenen örtlich variablen Funktion
entspricht.
Beides ist besonders zweckmäßig bei Verwendung des erfindungsgemäß
ausgebildeten Schichtkörpers als Widerstand in einer Widerstands
brückenschaltung, insbesondere wenn diese Widerstandsbrücke als Meß
organ in dem Luftmassenmesser einer Brennkraftmaschine verwendet
wird.
Der erfindungsgemäß ausgestaltete Schichtträger läßt sich auf beson
ders einfache und kostensparende Weise dadurch herstellen, daß bei
einem mit einer vorzugsweise homogenen Schicht bedeckten Schicht
körper die Schicht lediglich an vorbestimmten Stellen zur Bildung
von Ausnehmungen selektiv entfernt wird. Dafür besonders geeignet
ist ein auf die Schichtfläche fokussierbarer Energiestrahl, vorzugs
weise ein Laserstrahl, der mit an sich bekannten Ablenkmitteln auf
die Schicht fokussiert wird und das Schichtmaterial an den gewünsch
ten Stellen abträgt.
Eine Meßeinrichtung, insbesondere Luftmassenmesser für eine Brenn
kraftmaschine, bei der der erfindungsgemäße Schichtträger mit
besonderem Vorteil eingesetzt werden könnte, ist aus der auf die
Anmelderin zurückgehenden US-PS 41 96 622 bekannt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schichtträgers mit
einer Mehrzahl von Ausnehmungen, die jeweils gleiche Querschnitts
fläche aufweisen,
Fig. 2 als weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung einen Schichtträger mit gleichmäßig über die Schicht ver
teilt angeordneten Ausnehmungen, die jedoch unterschiedliche Quer
schnittsflächen aufweisen,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung mit unterschiedlichen Flächenverhältnissen von Quer
schnittsfläche der Ausnehmungen zu der Oberfläche der Schicht pro
Flächenelement,
Fig. 4 einen als Heizwiderstand ausgebildeten
Schichtträger, der mit einer Stromquelle verbunden ist,
Fig. 5 die
Anordnung des Schichtträgers in einer Meßbrücke,
Fig. 6 eine Anord
nung zur Herstellung von Ausnehmungen in einer auf dem Schichtträger
angeordneten Schicht.
Der Schichtträger 1 nach Fig. 1 ist von mehreren Oberflächen
berandet und beispielsweise quaderförmig ausgestaltet. Auf minde
stens einem Teil mindestens einer seiner Oberflächen trägt der
Schichtträger 1 eine Schicht 2, in die wiederum Ausnehmungen 3
eingebracht sind, die im einfachsten Fall die Schicht 2 derart
völlig durchbrechen, daß die Oberfläche des Schichtträgers 1 im
Bereich dieser Ausnehmungen 3 zutage tritt. Die Ausnehmungen 3 haben
im wesentlichen eine übereinstimmende Querschnittsfläche und sind
gleichmäßig über die Oberfläche der Schicht 2 verteilt angeordnet.
Auf diese Weise ergibt sich ein im wesentlichen konstantes, also
insbesondere ortsunabhängiges, Verhältnis von Querschnittsfläche der
Ausnehmungen zu der Fläche der Schicht 2 pro Flächenelement der
Schicht 2.
Der in Fig. 2 dargestellte Schichtträger unterscheidet sich von dem
in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, daß neben den
schon in Fig. 1 erkennbaren Ausnehmungen 3 mit einer ersten Quer
schnittsfläche zusätzlich noch Ausnehmungen 3A einer zweiten Quer
schnittsfläche in die Schicht 2 eingebracht sind. Diese Ausnehmun
gen 3A haben insbesondere eine kleinere Querschnittsfläche als die
Ausnehmungen 3.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, das eine Aufsicht auf eine
Oberfläche 2 eines Schichtträgers 1 darstellt, erläutert weitere
Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung, bei denen einerseits
konstante Flächenverhältnisse von Querschnittsfläche der Ausnehmun
gen 3 zu Fläche der Schicht, wie beispielsweise in den Flächenele
menten F1 der Schicht 2 dargestellt, vorgesehen werden können oder
aber auch von Ort zu Ort variable Flächenverhältnisse zwischen der
Querschnittsfläche der Ausnehmungen 3 zu der Fläche der Schicht 2,
wie in den Flächenelementen F2 und F3 erkennbar. Beispielsweise ist
der Flächenanteil der Ausnehmungen 3 in dem Flächenelement F2
doppelt so groß wie in dem Flächenelement F3, während der Flächen
anteil der Ausnehmungen 3 in den Flächenelementen F1 dreimal so groß
ist wie in dem Flächenelement F3.
Fig. 4 zeigt die Ausgestaltung eines Schichtträgers 1 als Heiz
widerstand. Dabei trägt der Schichtträger 1 eine als Widerstands
schicht ausgebildete Schicht 2, an der, vorzugsweise auf zwei einan
der gegenüberliegenden Seiten, Kontakte 4A, 4B elektrisch leitend
angeordnet sind. Die Kontakte 4A, 4B wiederum sind mit einer Strom
quelle 5 verbunden, so daß durch Stromdurchgang die als Wider
standsschicht ausgebildete Schicht aufheizbar ist. Durch in die
Schicht 2 eingebrachte Ausnehmungen 3 kann auf einfache Weise der
ohmsche Widerstand der Schicht 2 einfach und präzise auf einen vor
gebbaren Sollwert abgeglichen werden. Dabei kann in besonders vor
teilhafter Weise durch zweckmäßige Verwendung von Ausnehmungen 3
unterschiedlicher Querschnittsfläche und geeignete Verteilung der
Ausnehmungen 3 über die Oberfläche der Schicht 2 sichergestellt
werden, daß eine äußerst gleichmäßige Verteilung der Heizleistung
möglich ist. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn ein derartiger
Heizwiderstand in einem Präzisionsmeßgerät, insbesondere als
Brückenwiderstand einer Widerstandsmeßbrücke eines Luftmassenmessers
einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Eine derartige Einsatz
möglichkeit des Schichtträgers 1 etwa in einem aus der
US-PS 41 96 622 der Anmelderin bekannten Luftmassenmesser ist in
Fig. 5 schematisch dargestellt. Der Schichtträger 1 ist dabei
Bestandteil einer Widerstandsmeßbrücke B, die in einen Stromversor
gungs- und einen Anzeigekreis geschaltet ist und die einem Luft
strom A ausgesetzt ist.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Schichtträgers erfolgt in vor
teilhafter Weise dadurch, daß bei einem mit einer vorzugsweise homo
genen Schicht 2 bedeckten Schichtträger 1 die Schicht 2, etwa wie
anhand von Fig. 6 dargestellt, zur Bildung von Ausnehmungen durch
Entfernung von Schichtmaterial selektiv mit einem fokussierten
Energiestrahl, vorzugsweise einem Laserstrahl L beaufschlagt wird.
Dazu wird der von einer Strahlungsquelle 6 erzeugte Strahl L über
Fokussiermittel, beispielsweise eine Sammellinse 7, sowie geeignete
Ablenkmittel, beispielsweise einen Galvanometerspiegel 8, über die
Schicht 2 abgelenkt und auf diese fokussiert. Üblicherweise wird die
Strahlungsquelle gepulst betrieben, um eine Abtragung des Materials
der Schicht 2 zur Bildung der Ausnehmungen 3 nur an bestimmten
Stellen der Schicht 2 zu erreichen.
Claims (13)
1. Von mehreren Oberflächen begrenzter Schichtträger (1) mit einer
auf mindestens einem Teil mindestens einer Oberfläche angeordneten
Schicht (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2) eine Mehr
zahl von innerhalb der Schichtfläche liegenden Ausnehmungen (3) auf
weist.
2. Schichtträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausnehmungen (3) voneinander getrennt sind.
3. Schichtträger nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Querschnittsfläche der Ausnehmungen (3) konstant
ist.
4. Schichtträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Querschnittsfläche der Ausnehmungen (3) variabel
ist.
5. Schichtträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Verhältnis von Querschnittsfläche der Ausnehmungen
(3) zu der Oberfläche der Schicht (2) pro Flächenelement der Schicht
(2) konstant ist.
6. Schichtträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Verhältnis von Querschnittsfläche der Ausnehmungen
(3) zu der Oberfläche der Schicht (2) pro Flächenelement der Schicht
(2) variabel ist.
7. Schichtträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schichtträger (1) ein Isolierkörper ist.
8. Schichtträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schicht (2) eine Widerstandsschicht ist.
9. Schichtträger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schichtträger (1) als Heizwiderstand oder als ein
Temperaturmeßwiderstand ausgebildet ist.
10. Verwendung des Schichtträgers nach einem der Ansprüche 1 bis 9
als Widerstand in einer Widerstandsbrückenschaltung.
11. Verwendung des Schichtträgers nach einem der Ansprüche 1 bis 10
als Widerstand in dem Luftmassenmesser einer Brennkraftmaschine.
12. Verfahren zur Herstellung eines Schichtträgers nach einem der
Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mit einer
vorzugsweise homogenen Schicht (2) bedeckten Schichtträger (1) die
Schicht (2) an vorbestimmten Stellen zur Bildung von Ausnehmungen
(3) selektiv entfernt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ent
fernung der Schicht (2) im Bereich der Ausnehmungen (3) ein Energie
strahl, vorzugsweise ein Laserstrahl (L) verwendet wird.
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