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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von bekannten Sensoranordnungen zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung strömenden fluiden Mediums. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise eingesetzt, um Ansaugluftmassen einer Brennkraftmaschine zu messen. Insbesondere werden derartige Vorrichtungen in Form von Heißfilmluftmassenmessern eingesetzt. Es sind jedoch auch andere Arten von Vorrichtungen zur Bestimmung anderer oder weiterer Parameter denkbar, beispielsweise Temperaturfühler, Geschwindigkeitsmesser oder ähnliche Messvorrichtungen, sowie andere Messprinzipien als das genannte Heißfilmluftmassenmesserprinzip.
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Heißfilmluftmassenmesser sind beispielsweise in
DE 102 53 970 A1 beschrieben. Dort wird eine Vorrichtung offenbart, welche ein Teil umfasst, welches mit einer vorbestimmten Ausrichtung in Bezug auf eine Hauptströmungsrichtung in eine vom strömenden Medium durchströmte Leitung einbringbar ist. Dabei durchströmt ein Teilstrom des Mediums wenigstens einen in dem Teil vorgesehenen Messkanal, in welchem ein Messelement angeordnet ist. Zwischen Einlass und Messelement weist der Messkanal einen gekrümmten Abschnitt zur Umlenkung des durch den Einlass in den Messkanal eingetretenen Teilstroms des Mediums auf, wobei der gekrümmte Abschnitt im weiteren Verlauf in einen Abschnitt übergeht, in welchem das Messelement angeordnet ist.
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Vorrichtungen, wie beispielsweise die in der
DE 102 53 970 A1 gezeigte Vorrichtung, müssen in der Praxis einer Vielzahl von Anforderungen und Randbedingungen genügen. Diese Randbedingungen sind aus der Literatur weitgehend bekannt und beispielsweise in
DE 102 53 970 A1 beschrieben. Neben dem Ziel, einen Druckabfall an den Vorrichtungen insgesamt durch geeignete strömungstechnische Ausgestaltung zu verringern, besteht eine der hauptsächlichen Herausforderungen darin, die Signalqualität derartiger Vorrichtungen weiter zu verbessern.
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In
WO 2005/008189 A1 wird ein Heißfilmluftmassenmesser-Steckfühler beschrieben, welcher in ein Strömungsrohr eingebracht ist. Zur Vermeidung von Strömungsablösungen wird dabei vorgeschlagen, als Teil des Strömungsrohrs in Hauptströmungsrichtung stromabwärts einer Ausscheidungsöffnung eine im Wesentlichen parallel zu der mit der Ausscheidungsöffnung versehenen Seitenwand des Steckfühlers ausgerichtete Strömungsleitwand anzuordnen.
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Trotz dieser strömungstechnischen Verbesserungen bekannter Vorrichtungen hat es sich gezeigt, dass weiteres Verbesserungspotenzial hinsichtlich der Signalreproduzierbarkeit besteht. Insbesondere weisen herkömmliche Vorrichtungen in vielen Fällen noch eine Anströmempfindlichkeit auf, welche auf Wirbel und unregelmäßig pulsierende Strömungen zurückzuführen sind.
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Aus der
EP 1 291 622 A2 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens eines Parameters eines in einer Hauptströmungsrichtung strömenden fluiden Mediums bekannt, die ein sich in einer Längserstreckungsrichtung erstreckendes Steckerteil aufweist, wobei das Steckerteil eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung sowie mindestens einen
sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckenden, von dem fluiden
Medium durchströmbaren Kanal aufweist, wobei in dem Kanal mindestens ein Sensorelement zur Bestimmung des Parameters angeordnet ist. Die Auslassöffnung ist in einer Seitenwand des Steckerteils angeordnet ist und von einem sich von der Seitenwand abhebenden Kanal abgedeckt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird dementsprechend eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens eines Parameters eines in einer Hauptströmungsrichtung strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen dieser Art zumindest weitgehend vermeidet und eine verbesserte Signalqualität und Signalreproduzierbarkeit aufweist.
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Die Vorrichtung kann grundsätzlich ausgestaltet sein wie bekannte Vorrichtungen dieser Art, so dass der mindestens eine Parameter des fluiden Mediums, bei welchem es sich beispielsweise um ein Gas oder eine Flüssigkeit handeln kann, grundsätzlich einen beliebigen physikalischen und/oder chemischen Parameter, d.h. eine Messgröße, dieses fluiden Mediums umfassen kann. Insbesondere kann die Vorrichtung zur Erfassung einer Ansaugluftmasse im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine ausgestaltet sein, beispielsweise nach einem der oben beschriebenen Heißfilmluftmassenmesser-Prinzipien.
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Die Vorrichtung umfasst mindestens ein sich in einer Längserstreckungsrichtung erstreckendes Steckerteil, welches in das fluide Medium eingebracht ist oder einbringbar ist. Dieses Steckerteil kann beispielsweise analog zu bekannten Steckerteilen für Heißfilmluftmassenmesser ausgestaltet sein und kann beispielsweise fest in dem Strömungsrohr installiert sein oder als austauschbares Steckerteil ausgestaltet sein. Die Längserstreckungsachse kann beispielsweise bei dem in das strömende fluide Medium eingebrachten Steckerteil im Wesentlichen senkrecht zu einer Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums ausgerichtet sein, also einer Richtung, in welcher in dem Strömungsrohr der hauptsächliche Massentransport des fluiden Mediums stattfindet.
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Das Steckerteil weist mindestens eine Einlassöffnung und mindestens eine Auslassöffnung sowie mindestens einen sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckenden, von dem fluiden Medium durchströmbaren Kanal auf. Beispielsweise kann die Einlassöffnung an einer der Hauptströmungsrichtung entgegenweisenden Anströmseite des Steckerteils angeordnet sein. Die Auslassöffnung oder, wenn mehrere Auslassöffnungen vorgesehen sind, mindestens eine dieser Auslassöffnungen, ist in einer Seitenwand des Steckerteils angeordnet, also in einer Wand eines Gehäuses des Steckerteils, welches sich im Wesentlichen parallel zur Längserstreckungsachse des Steckerteils erstreckt und vorzugsweise im Wesentlichen auch parallel zur Hauptströmungsrichtung. Da diese Seitenwand von dem strömenden fluiden Medium mit hoher Geschwindigkeit überströmt wird, herrscht somit im Bereich dieser Auslassöffnung ein verringerter Druck, wohingegen sich im Bereich der Einlassöffnung ein Staudruck ausbildet. Diese Druckdifferenz treibt die Strömung des fluiden Mediums durch den Kanal in dem Steckerteil an, so dass der Durchsatz durch diesen Kanal gefördert wird, was sich positiv auf den Signalhub und das Signal-zu-Rausch-Verhältnis auswirkt.
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In dem von dem fluiden Medium durchströmbaren Kanal ist mindestens ein Sensorelement zur Bestimmung des Parameters angeordnet. Bei diesem Sensorelement kann es sich beispielsweise um einen Sensorchip handeln, welcher in dem Kanal angeordnet ist. Beispielsweise kann dieses Sensorelement gemäß bekannten Sensorelementen für Heißfilmluftmassenmesser ausgestaltet sein und kann beispielsweise eine Sensoroberfläche aufweisen, auf welcher mindestens ein Sensor angeordnet ist. Beispielsweise kann dieser mindestens eine Sensor mindestens einen Temperaturfühler, mindestens einen Heizwiderstand oder andere Arten von Elementen umfassen, welche für die Sensorfunktion zur Bestimmung des Parameters erforderlich sind.
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Der Kanal kann auch eine komplexere Kanalstruktur umfassen, wie beispielsweise in der oben beschriebenen
DE 102 53 970 A1 dargestellt ist. So kann der mindestens eine Kanal beispielsweise einen von einem Hauptkanal abzweigenden Bypasskanal aufweisen, in welchem das Sensorelement angeordnet ist. Dementsprechend können mehrere Auslassöffnungen vorgesehen sein, beispielsweise eine Hauptauslassöffnung und eine Bypassauslassöffnung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass sich in vielen Fällen an der Seitenwand bzw. an den Seitenwänden hinter der mindestens einen Auslassöffnung unvermeidlich Ablösegebiete bilden. Diese Gebiete mit nicht anliegender Strömung erzeugen Wirbel und eine unregelmäßig pulsierende Strömung. Durch ein Ausströmen normal zur Seitenwand des Steckerteils kann zudem der Sensornachlauf, d.h. dass in der Regel unvermeidliche Ablösegebiet hinter dem Sensor, sehr groß und instabil werden, was ebenfalls eine Verschlechterung des Signalrauschens und eine Verschlechterung der Reproduzierbarkeit der Kennlinie zur Folge hat.
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Erfindungsgemäß wird daher die Idee verfolgt, diese Ablösegebiete im Bereich der Auslassöffnung räumlich zu begrenzen, so dass die Ausbreitung dieser Ablösegebiete zumindest reduziert wird. Dementsprechend wird vorgeschlagen, dass mindestens zwei in derselben Seitenwand angeordnete Auslassöffnungen vorgesehen sind, wobei jede der beiden Auslassöffnungen einen Leitkanal aufweist, wobei die Leitkanäle eine gemeinsame Leitwand aufweisen und einen Austausch von aus der Auslassöffnung austretendem fluiden Medium mit fluiden Medium aus der Umgebung des Steckerteils zumindest vermindern. Die gemeinsame Leitwand kann beispielsweise die beiden Auslassöffnungen voneinander trennen. Unter einem Leitkanal ist dabei ein mit der Seitenwand des Steckerteils verbundener Kanal zu verstehen, welcher zumindest in einer Dimension, d.h. beispielsweise parallel zu einer aus der Hauptströmungsrichtung und der Längserstreckungsachse gebildeten Ebene oder senkrecht zu dieser Ebene, begrenzt ist. Der Leitkanal soll dabei vorzugsweise von dem fluiden Medium, welches nicht durch den in dem Steckerteil aufgenommenen Kanal strömt, sondern die Seitenwand umströmt, durchströmbar sein. Damit wird nach wie vor der oben beschriebene geringe Druck im Bereich der Auslassöffnung gewährleistet, welcher den Durchsatz durch den Kanal in dem Steckerteil fördert. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Leitkanal eine der Hauptströmungsrichtung entgegenweisende Eintrittsöffnung aufweisen, durch welche das Steckerteil umströmende fluide Medium in diesen eintreten kann. In dem Leitkanal treffen also der Strom, welcher aus der Auslassöffnung austritt, mit dem Strom des Mediums, welcher das Steckerteil umströmt, zusammen. Gleichzeitig begrenzt der Leitkanal jedoch die Ausbreitung von Ablösegebieten in mindestens einer Dimension.
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Der Leitkanäle sollen sich grundsätzlich stromabwärts der Auslassöffnung erstrecken. Dabei kann der Beginn eines Leitkanals jedoch auch bereits stromaufwärts der Auslassöffnung angeordnet sein oder auf Höhe der Auslassöffnung. Besonders bevorzugt ist es, wenn sich der Leitkanal im Wesentlichen von der Auslassöffnung bis hin zur Abströmseite des Steckerteils erstreckt, so dass entlang der gesamten Strömungsstrecke auf der Seitenwand stromabwärts der Auslassöffnung die Wirkung des Leitkanals eintritt. Unter „im Wesentlichen“ können dabei auch leichte Abweichungen von einer vollständigen Erstreckung toleriert werden, beispielsweise der Fall, in welchem der Leitkanal bereits um 2 mm oder weniger vor der Abströmseite des Steckerteils endet.
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Die Leitkanäle können beispielsweise einen im Wesentlichen rechteckigen Kanalquerschnitt aufweisen. Insbesondere kann jeder der beiden Leitkanäle mindestens zwei sich im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckungsachse erstreckende Leitwände aufweisen, also Leitwände, welche sich im Wesentlichen senkrecht von der Seitenwand abheben. Diese Leitwände können beispielsweise aus demselben Material hergestellt sein, aus welcher auch die Seitenwand hergestellt ist, oder können aus einem unterschiedlichen Material hergestellt sein.
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Beispielsweise können hier die Leitwände, wie auch das Steckerteil selbst, aus einem Kunststoff hergestellt sein, beispielsweise einem Glasfaser-gefüllten PBT.
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Die Leitwände können beispielsweise eine Höhe aufweisen, welche zwischen dem 0,2-fachen und dem 2-fachen des Durchmessers der Auslassöffnung liegt, insbesondere zwischen dem 0,5-fachen und dem 1,2-fachen. Ist die Auslassöffnung nicht von runder Gestalt, so ist unter dem „Durchmesser“ analog eine laterale Ausdehnung dieser Auslassöffnung zu verstehen, beispielsweise eine Kantenlänge einer rechteckigen Auslassöffnung. Die genannten Dimensionierungen der Höhe, um welche sich die Leitwände von der Seitenwand abheben, haben sich in Strömungssimulationen als geeignet erwiesen, um die Ablösegebiete räumlich zu begrenzen.
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Die Auslassöffnungen sind in derselben Seitenwand des Steckerteils vorgesehen und können insbesondere entlang der Längserstreckungsachse nebeneinander, gegebenenfalls in Hauptströmungsrichtung leicht gegeneinander versetzt, angeordnet sein.
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Wie oben dargestellt, sollen die Leitkanäle eine Ausdehnung der Ablösegebiete in mindestens einer Dimension verhindern, also beispielsweise in einer durch die Hauptströmungsrichtung und die Längserstreckungsrichtung gebildeten Ebene oder senkrecht zu dieser. Während die genannten Leitwände eine Ausdehnung in der genannten Ebene zumindest erschweren, besteht alternativ oder zusätzlich hierzu die Möglichkeit, auch eine Ausdehnung senkrecht zu dieser Ebene zumindest zu erschweren. Dementsprechend kann wenigstens einer der Leitkanäle mindestens ein sich im Wesentlichen parallel zur Längserstreckungsachse erstreckendes Leitblech aufweisen. Unter einem „Leitblech“ ist dabei ein im Wesentlichen flaches, längliches Element zu verstehen, welches strömungsleitende Eigenschaften aufweist. Dieses Leitblech kann grundsätzlich aus beliebigem Material hergestellt sein, beispielsweise wiederum aus Kunststoff und/oder aus Metall. Dieses Leitblech kann sich im Wesentlichen parallel zur Längserstreckungsachse ausdehnen, wobei unter „im Wesentlichen parallel“ auch Abweichungen von der Parallelität toleriert werden können, beispielsweise Abweichungen von einer Parallelität zur Längserstreckungsachse um nicht mehr als 30°, vorzugsweise um nicht mehr als 20°. Das Leitblech kann sich dementsprechend beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zu dem aus der Auslassöffnung austretenden Strom des fluiden Mediums erstrecken. In Draufsicht kann das Leitblech die Auslassöffnung beispielsweise ganz oder teilweise in Hauptströmungsrichtung und/oder senkrecht zur Hauptströmungsrichtung überdecken.
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Das Leitblech kann gegenüber dem Steckerteil auch geneigt sein, beispielsweise gegenüber der Seitenwand des Steckerteils. Dementsprechend kann das Leitblech derart geneigt sein, dass dem strömenden fluiden Medium durch das Leitblech eine Geschwindigkeitskomponente hin zum Steckerteil, also hin zur Seitenwand des Steckerteils, übertragen wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Leitblech unter einem Winkel gegenüber der Seitenwand geneigt ist und/oder in einem Winkel gegenüber der Hauptströmungsrichtung. Auf diese Weise wird der oben beschriebene Effekt der räumlichen Eingrenzung der Ablösegebiete zusätzlich gefördert, da Ablösegebiete hin zur Seitenwand des Steckerteils gedrängt werden.
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Das Leitblech muss sich nicht notwendigerweise vollständig über den Leitkanal erstrecken. Wie oben dargestellt, kann das Leitblech beispielsweise in Draufsicht die mindestens eine Auslassöffnung ganz oder teilweise überdecken. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Leitblech eine Ausdehnung in Hauptströmungsrichtung aufweist, welche zwischen dem 0,3-fachen und dem 10-fachen des Durchmessers der Auslassöffnung liegt, insbesondere zwischen dem 1-fachen und dem 5-fachen. Alternativ oder zusätzlich kann das Leitblech den Leitkanal auch im Wesentlichen auf seiner gesamten Länge abdecken.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung weist gegenüber bekannten Vorrichtungen dieser Art eine Vielzahl von Vorteilen auf. So kann eine strömungsoptimierte Formgebung mit einer hohen Reproduzierbarkeit zur Erfassung des Parameters, beispielsweise des Luftmassenstroms, kombiniert werden. Weiterhin lässt sich durch den Leitkanal die Abgleichgenauigkeit steigern, indem Empfindlichkeiten gegenüber Montagetoleranzen verringert werden.
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Durch den Leitkanal lässt sich die Anströmempfindlichkeit für das Messsignal deutlich reduzieren. Zusätzlich wird der Nachlauf, d.h. die abgelöste Strömung stromabwärts des Steckerteils, verkleinert, da der Strom des fluiden Mediums, welcher aus der Auslassöffnung (beispielsweise dem Bypassauslass) austritt, sich in mindestens einer Dimension, beispielsweise seitlich, nur begrenzt vom Steckerteil entfernen kann. Der Nachlauf wird somit kompakter, stabiler und tritt weniger in Wechselwirkung mit dem Rest der Strömung.
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Weiterhin kann der Strömungskanal genutzt werden, um den Bereich um die Auslassöffnung, insbesondere einen Auslass eines Messkanals oder Bypasskanals vor Unregelmäßigkeiten in der Strömung an einem Ende des Steckerteils zu nutzen. Beispielsweise können an einem Ende des Steckerteils so genannte Winglets vorgesehen seien, entlang derer besondere Strömungsverhältnisse herrschen. Die Strömung in dem Leitkanal kann jedoch durch die Ausgestaltung des Leitkanals bestimmt werden und von den Strömungsparametern entlang des Endes des Steckerteils abgeschirmt werden. Dadurch wird der Durchsatz durch den mindestens einen Kanal in dem Steckerteil weniger von den Strömungsrandbedingungen rund um das Steckerteil als vielmehr durch den Druck und die Geschwindigkeit vor und hinter dem entstandenen Leitkanal bestimmt. Die Strömung durch den Leitkanal und damit auch der Durchsatz durch den in dem Steckerteil aufgenommenen Kanal, beispielsweise den Bypasskanal, wird somit unabhängiger von der Außenströmung. Die gesamte Vorrichtung und deren Messsignal wird somit weniger anströmempfindlich und reagiert schwächer auf Änderungen der Strömungsrandbedingungen, wie beispielsweise Geschwindigkeitsprofile oder ähnliches.
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Insgesamt lassen sich durch die erfindungsgemäße Verwendung der Leitkanäle, insbesondere mit den sich senkrecht zur Längserstreckungsachse erstreckenden Leitwänden und/oder den sich parallel zur Längserstreckungsachse erstreckenden Leitblechen, die beschriebenen Ablösegebiete verkleinern und die Signalqualität verbessern. Dies kann gezielt in den betroffenen Regionen hinter der mindestens einen Auslassöffnung, beispielsweise einer Messkanal oder Bypass-Auslassöffnung, erfolgen. Damit kann die Größe der Ablösegebiete hinter dieser Auslassöffnung und/oder hinter anderen Auslassöffnungen, beispielsweise einem Hauptstromauslass reduziert werden. Der Luftstrom, welcher aus dem Auslass, beispielsweise einem Hautstromauslass und/oder einem Bypassauslass austritt, kann durch das Leitblech zum Steckerteil hin gebogen werden. Dadurch wird zusätzlich eine Verkleinerung des Ablösegebiets unmittelbar hinter dem Auslass bewirkt, wodurch der Nachlauf kleiner, kompakter und stabiler wird. Der Hauptvorteil der Funktionsverbesserung durch die Erfindung besteht somit insbesondere in einer Funktionsverbesserung, ohne eine Beeinträchtigung anderer Funktionen.
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Durch die Strömungsleitbleche, welche beispielsweise auf die aufrecht stehenden Leitwände aufgesetzt werden können, kann die Strömung verlustarm umgeleitet werden. Die Länge der Bleche in Strömungsrichtung kann dabei gezielt an die lokalen Strömungsbedingungen angepasst werden, ebenso wie der Abstand dieser Leitbleche über der Seitenwand. Beispielsweise können diese Dimensionen durch die Ausströmgeschwindigkeit und/oder die Strahlbreite vorgegeben sein. Die Maßnahme der Leitkanäle kann additiv zu anderen turbulenzverringernden Maßnahmen, wie beispielsweise zusätzlichen Leitblechen, Profilveränderungen oder ähnlichem angewandt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen
- 1A eine Draufsicht auf ein Steckerteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verdeutlichung von Ablösegebieten hinter den Auslassöffnungen;
- 1B eine Strömungssimulation eines Querschnitts des Steckerteils gemäß 1A;
- 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 3A und 3B ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen Darstellungen;
- 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 5A und 5B ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In 1A ist eine Vorrichtung (110) zur Bestimmung eines Parameters eines in einer Hauptströmungsrichtung (112) strömenden fluiden Mediums dargestellt. Anhand dieser Darstellung soll die Problematik bekannter Vorrichtungen (110) dieser Art dargestellt werden. Bei der dargestellten Vorrichtung (110) handelt es sich beispielsweise um einen Heißfilmluftmassenmesser, mit einem Steckerteil (114), welches in das strömende fluide Medium eingebracht werden kann, beispielsweise in ein Strömungsrohr. Das Steckerteil (114) weist eine Einlassöffnung (116) auf, welche in einer Anströmseite (118) des Steckerteils (114) vorgesehen ist und der Hauptströmungsrichtung (112) entgegenweist. Von dieser Einlassöffnung (116) aus erstrecken sich durch das Steckerteil (114) zwei in 1A nicht erkennbare Kanäle, welche jeweils in Auslassöffnungen (120, 122) münden. Dabei stellt die Öffnung (120) einen Messkanalauslass dar, welcher mit der Einlassöffnung (116) über einen Messkanal (in 1A nicht erkennbar) verbunden ist. In diesem Messkanal ist beispielsweise ein, ebenfalls in 1A nicht erkennbarer, Sensorchip angeordnet, welcher der Messung des mindestens einen Parameters, beispielsweise des Massenstroms einer Ansaugluftmasse, dient. Der Hauptstromauslass (122) ist hingegen mit der Einlassöffnung (116) über einen Hauptkanal verbunden. Bei der Auslassöffnung (120, 122) sind in einer Seitenwand (124) des Steckerteils (114) angeordnet, welche die Anströmseite (118) mit einer Abströmseite (126) verbindet. Dabei ist in dem dargestellten Beispiel die Anordnung dieser Auslassöffnungen (120, 122) derart, dass diese Auslassöffnungen (120, 122) untereinander entlang einer Längserstreckungsachse (128) des Steckerteils (114) angeordnet sind.
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Der Durchsatz durch die Kanäle, welche die Auslassöffnungen (120, 122) mit der Einlassöffnung (116) verbinden, werden im Wesentlichen durch die Druckverhältnisse an diesen Auslassöffnungen (120, 122) bestimmt. Besonders kritisch sind dabei die Druckverhältnisse am Messkanalauslass (120).
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In 1B ist eine Strömungssimulation eines Steckerteils (114) gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1A schematisch gezeigt. Die Darstellung zeigt eine Schnittebene senkrecht zur Zeichenebene in 1A, wobei die Schnittebene dabei durch den Hauptstromauslass (122) gewählt wurde. Die Strömungsverhältnisse, welche in 1B symbolisch durch Strömungslinien (130) gezeigt sind, sind jedoch bei einer Wahl der Schnittebene durch den Messkanalauslass (120) im Wesentlichen ähnlich.
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In 1B lässt sich, wie auch in 1A angedeutet, erkennen, dass sich stromabwärts der Auslassöffnungen (120, 122) Ablösegebiete (132) bilden. In diesen Gebieten mit nicht anliegender Strömung bilden sich Wirbel und eine unregelmäßig pulsierende Strömung. Dies ist im Wesentlichen dadurch bedingt, dass das fluide Medium im Wesentlichen senkrecht zur Seitenwand (124) aus den Auslassöffnungen (120, 122) ausströmt.
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Wie oben dargestellt, besteht ein Grundgedanke der Erfindung darin, diese Ablösegebiete (132) räumlich zu begrenzen und eine Ausbreitung dieser Ablösegebiete (132) zumindest zu vermindern. In 2 ist dementsprechend ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (110) dargestellt, welches dies bewerkstelligt. Die Vorrichtung (110) umfasst wiederum, analog zur 1A, ein Steckerteil (114), mit einer Längserstreckungsachse (128), welches derart in das strömende fluide Medium eingebracht werden kann, dass eine Einlassöffnung (116) in einer Anströmseite (118) der Hauptströmungsrichtung (112) entgegenweist. Wiederum sind, analog zu 1A, zwei Auslassöffnungen (120, 122) vorgesehen, welche in einer Seitenwand (124) des Steckerteils (114) angeordnet sind. Für die weiteren Ausgestaltungen kann beispielhaft auf die Beschreibung der 1A verwiesen werden.
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Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1A erstreckt sich jedoch bei dem Ausführungsbeispiel in 2 von den Auslassöffnungen (120, 122) an jeweils ein Leitkanal (134) in stromabwärtiger Richtung. Beispielsweise erstreckt sich dieser Leitkanal (134) bis hin zur Abströmseite (126). Die Leitkanäle (134) erstrecken sich von der Seitenwand (124) aus in die Strömung des fluiden Mediums hinein und werden dabei in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel durch Leitwände (136) gebildet. Die am Ende (138) des Steckerteils (114) angeordnete Leitwand (136) ist dabei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zumindest teil-identisch mit einem Winglet (140), welches, analog zu Flugzeugtragflächen, Turbulenzen durch einen Strömungsausgleich an diesem Ende (138) verhindern soll. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch möglich, beispielsweise Ausgestaltungen ohne Winglet (140), Ausgestaltungen mit zusätzlichen Leitwänden (136) oder Ausgestaltungen, bei welchen lediglich eine der Auslassöffnungen (120, 122), beispielsweise der Messkanalauslass (120), mit einem Leitkanal (134) versehen ist.
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Der Leitkanal (134) verhindert oder vermindert einen Fluidaustausch zwischen den in der Regel unvermeidlichen Ablösegebieten (132) stromabwärts der Auslassöffnungen (120, 122), welche in 2 nicht eingezeichnet sind, und dem umgebenden fluiden Medium. Durch die Ausgestaltung gemäß 2, in welcher die Leitkanäle (134) lediglich durch die Leitwände (136) gebildet werden, welche nicht abgedeckt sind, wird dabei im Wesentlichen ein Austausch in einer durch die Längserstreckungsachse (128) und die Hauptströmungsrichtung (112) gebildeten Ebene verhindert.
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Die Leitkanäle (134) haben dabei in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt, d.h. einen rechteckigen Querschnitt in einer Schnittebene senkrecht zu der durch die Längserstreckungsachse (128) und die Hauptströmungsrichtung (112) gebildeten Achse. Auch andere Querschnitte sind jedoch grundsätzlich möglich. Weiterhin sind die Leitkanäle (134) nach vorne, d.h. entgegen der Hauptströmungsrichtung (112), geöffnet, so dass fluides Medium, welches um die Seitenwände (124) des Steckerteils (114) herumströmt, Zutritt zu den Auslassöffnungen (120, 122) hat. Hierdurch werden, wie oben beschrieben, die Strömungsverhältnisse im Bereich der Auslassöffnung (120, 122) somit nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt, so dass nach wie vor durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit im Bereich dieser Auslassöffnungen (120, 122) ein Durchsatz durch den mindestens einen Kanal in dem Steckerteil (114), beispielsweise den Messkanal und/oder den Hauptstromkanal, gefördert wird.
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Insgesamt bewirken die Leitkanäle also, dass die freie Kanalströmung nicht oder nur unwesentlich von Strömungsparametern entlang, beispielsweise des Winglets (140) bestimmt werden, so dass der Durchsatz durch die Kanäle innerhalb des Steckerteils (114) weniger von den Strömungsrandbedingungen rund um das Steckerteil (114) als vielmehr durch den Druck und die Geschwindigkeit vor und hinter dem Kanal bestimmt wird. Die Strömung durch den Kanal und damit auch der Durchsatz durch den gesamten Kanal wird somit unabhängiger von der Außenströmung, und die gesamte Vorrichtung (110) wird weniger anströmempfindlich und reagiert schwächer auf Änderungen der Strömungsrandbedingungen.
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In den 3A und 3B ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (110) dargestellt. Dabei zeigt 3A eine perspektivische Darstellung in einer Blickrichtung in Hauptströmungsrichtung (112), also in Blickrichtung auf eine Anströmkante (118). Deutlich ist dabei die Einlassöffnung (116) zu erkennen. 3B zeigt dieselbe Vorrichtung (110) in einer zu 2 analogen Darstellung, in Draufsicht auf die Seitenwand (114). Bezüglich der Einzelheiten und möglichen Ausgestaltungen der Vorrichtungen (110) gemäß den 3A und 3B kann weitgehend auf die 2 und deren Beschreibung verwiesen werden.
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Wiederum sind hinter den Auslassöffnungen (120, 122) Leitkanäle (134) vorgesehen, welche sich beispielsweise wiederum bis hin zur Abströmseite (126) erstrecken können. Dabei wird, analog zur 2, der Leitkanal (134) des Hauptstromauslasses (122) teilweise begrenzt durch das Winglet (140) am Ende (138) des Steckerteils.
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Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist jedoch der Austausch des fluiden Mediums in dem Leitkanal (134), welcher dem Messkanalauslass (122) zugeordnet ist, nicht nur in einer Ebene parallel zur Hauptströmungsrichtung (112) und zur Längserstreckungsachse (128) durch die Leitwände (136) begrenzt, sondern es ist zusätzlich ein Leitblech (142) vorgesehen, welches diesen Leitkanal (134) abdeckt. Wie in 3A erkennbar, weist auch nach dieser Abdeckung durch das Leitblech (142) der Leitkanal (134) des Messkanalauslasses (120) einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf und ist nach vorne, d.h. entgegen der Hauptströmungsrichtung (112), offen und kann von fluidem Medium durchströmt werden.
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Durch diese Abdeckung des Leitkanals (134) um den Messkanalauslass (120) herum entsteht ein Leitkanal (134), der die Anströmempfindlichkeit für das Messsignal reduziert. Zusätzlich wird der Nachlauf, d.h. die abgelöste Strömung stromabwärts der Vorrichtung (110), verkleinert, da der Strom des fluiden Mediums, welcher aus dem Messkanal austritt, sich seitlich nicht weit von dem Steckerteil (114), bzw. dessen Seitenwand (124) entfernen kann. Der Nachlauf wird somit kompakter, stabiler und tritt weniger in Wechselwirkung mit dem Rest der Strömung.
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Bei dem in den 3A und 3B dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Leitblech (142) im Wesentlichen über die gesamte Länge des Leitkanals (134). Dies ist jedoch nicht notwendigerweise erforderlich. So ist in 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (110) in Teildarstellung mit Draufsicht auf die Seitenwand (124) gezeigt. Dabei ist lediglich ein Teil dieser Seitenwand (124) dargestellt. Für die übrigen Bestandteile der Vorrichtung (110) kann beispielsweise auf die obigen Figuren verwiesen werden. Wiederum weist die Vorrichtung (110) in der Seitenwand (124) die beiden Auslassöffnungen (120, 122) auf. Dabei ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel wiederum hinter dem Hauptstromauslass (122) ein Leitkanal (134) vorgesehen, mit Leitwänden (136), welche sich wiederum beispielsweise bis hin zur Abströmseite (126) erstrecken. Dabei beginnt die obere Leitwand (136) bereits auf Höhe des darüberliegenden Messkanalauslasses (120).
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Wiederum ist der Leitkanal (134), in diesem Beispiel der dem Hauptstromauslass (122) zugeordnete Leitkanal (134), durch ein Leitblech (142) abgedeckt. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß den 3A und 3B erstreckt sich dieses Leitblech (142) jedoch nicht vollständig über die Längserstreckung des Leitkanals (134), sondern deckt lediglich einen Abschnitt ab, welcher stromabwärts des Hauptstromauslasses (122) angeordnet ist. Beispielsweise kann der Abschnitt abgedeckt werden, in welchem sich erfahrungsgemäß oder aufgrund von Berechnungen oder Strömungssimulationen das Ablösegebiet (132) hinter dem Hauptstromauslass (122) bildet. Das Leitblech (142) kann beispielsweise als Kunststoff- und/oder Metall-Leitblech, beispielsweise in Form eines Leitblechflügels auf die aufrecht stehenden Leitwänden (136) aufgebracht werden und mit diesen beispielsweise verklebt oder auf andere Weise verbunden werden. Auf diese Weise ist das Leitblech (142) in die Strömung gesetzt, um diese Strömung verlustärmer zu leiten oder umzuleiten.
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Das Leitblech (142) kann, wie auch die Leitwände (136), im Wesentlichen die Funktion der räumlichen Begrenzung der Ablösegebiete (132) haben. Um diese Funktion und allgemein die Funktion des Leitkanals (134) weiter zu verbessern, kann das Leitblech (142) ausgestaltet sein, um dem durch den Leitkanal (134) strömenden fluiden Medium eine Geschwindigkeitskomponente hin zur Seitenwand (124) des Steckerteils (114) zu verleihen. Dies kann bei dem Ausführungsbeispiel in 4 realisiert werden oder bei einem weiteren, in den 5A und 5B dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Dabei zeigt 5A einen Ausschnitt aus einem Steckerteil (114) der Vorrichtung (110) mit Blickrichtung entgegen der Hauptströmungsrichtung (112), also mit Blickrichtung auf die Abströmseite (126), in die Leitkanäle (134), hinein. 5B zeigt analog zu 4 eine Draufsicht auf die Seitenwand (124).
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Dabei ist zu erkennen, dass in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 5A und 5B wiederum jeder Auslassöffnung (120, 122) Leitkanäle (134) zugeordnet sind, welche sich wiederum bis hin zur Abströmseite (126) erstrecken. Unmittelbar hinter den Auslassöffnungen (120, 122), sind wiederum Leitbleche (142) auf die Leitwände (136) der Leitkanäle (134) aufgebracht. Diese Leitbleche (142) sind dabei zueinander versetzt, so dass das Leitblech (142), welches dem Messkanalauslass (120) zugeordnet ist, stromaufwärts des Leitblechs (142), welches dem Hauptstromauslass (122) zugeordnet ist, angeordnet ist. Auch andere Anordnungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Wie oben beschrieben, kann die Anordnung dieser Leitbleche (142) und deren Länge an die lokalen Strömungsbedingungen angepasst werden, ebenso wie der Abstand dieser Leitbleche (142) vom Boden der Leitkanäle (134) bzw. von den Seitenwänden (124).
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Wie insbesondere in 5A erkennbar ist, weisen die Leitbleche (142) dabei eine leichte Krümmung auf. Insbesondere dass dem Hauptstromauslass (122) zugeordnete untere Leitblech (142) kann derart gekrümmt sein, dass dieses, wie oben dargestellt, dem durch den Leitkanal (134) strömenden fluiden Medium eine Geschwindigkeitskomponente hin zur Seitenwand (124) des Steckerteils (114) verleiht. Auf diese Weise kann die räumliche Ausbreitung der Ablösegebiete (132) zusätzlich vermindert werden und so die Signalqualität verbessert werden.