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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Vorrichtungen zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines strömenden fluiden Mediums bekannt. Bei dieser mindestens einen Eigenschaft kann es sich beispielsweise um mindestens eine physikalisch und/oder chemisch nachweisbare Eigenschaft handeln. Diesbezüglich sind beispielsweise Druck-, Temperatur- sowie Strömungseigenschaften wie Geschwindigkeit oder Volumenstrom und/oder Massenstrom zu nennen. Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere beschrieben unter Bezugnahme auf Vorrichtungen, welche eingerichtet sind, um einen Massenstrom und/oder Volumenstrom des fluiden Mediums zu erfassen. Beispiele derartiger Vorrichtungen sind in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 140–142 beschrieben. Insbesondere kann es sich bei derartigen Vorrichtungen um so genannte Heißfilmluftmassenmesser handeln. Heißfilmluftmassenmesser sind Messvorrichtungen, bei denen ein Teil der Strömung des fluiden Mediums durch einen Strömungskanal der Messvorrichtung gelenkt wird. Dort strömt diese Strömung entlang einer Oberfläche eines Sensorchips, auf welcher ein Heizelement und mindestens zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Heizelements angeordnete Temperaturfühler vorgesehen sind. Aus einer Asymmetrie der Temperaturverteilung, welche von den Temperaturfühlern erfasst wird, kann auf einen Massenstrom oder einen Volumenstrom des fluiden Mediums geschlossen werden.
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Optional sind bei vielen kommerziell erhältlichen Heißfilmluftmassenmessern zusätzliche Temperaturfühler vorgesehen, also Temperaturfühler, welche außerhalb des eigentlichen Sensorchips angeordnet sind. Diese erfassen insbesondere eine Temperatur des strömenden fluiden Mediums. Beispielsweise kann es sich bei diesen zusätzlichen Temperaturfühlern um Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) handeln. Diese werden nach dem Stand der Technik aufwändig in ein Gehäuse der Heißfilmluftmassenmesser eingebracht und durch Widerstandsschweißen mit Anschlusskontakten verbunden. So ist beispielsweise aus
DE 44 47 570 A1 eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums bekannt. Diese umfasst zur Kompensation der Temperatur des strömenden Mediums einen temperaturabhängigen Mediumtemperaturwiderstand, der außerhalb eines Messkanals an einem Gehäuse der Vorrichtung mit einem Abstand zum Gehäuse angeordnet ist. Dieser ist beispielsweise ein Teil der Regelschaltung, die gewährleistet, dass sich Änderungen der Temperatur des strömenden Mediums nicht auf die Messgenauigkeit der Vorrichtung auswirken. Der außerhalb eines Grundgehäuses untergebrachte Mediumtemperaturwiderstand hat zur elektrischen Kontaktierung nebeneinander angeordnete Anschlussdrähte, von denen wenigstens einer in U-Form so gebogen ist, dass er teilweise parallel zum anderen Anschlussdraht verläuft. Die Anschlussdrähte sind an zwei in Form von Kontaktstiften ausgebildeten elektrischen Halterungen beispielsweise durch Löten befestigt und mit den Anschlussdrähten elektrisch verbunden. Die Halterungen ragen etwa gegenüberliegend einem Steckerteil des Bodengehäuses aus der Außenfläche des Grundgehäuses in den Strömungsquerschnitt heraus und liegen in Strömungsrichtung hintereinander. Zur weiteren Halterung des Mediumtemperaturwiderstands ist am Grundgehäuse eine von der Außenfläche abstehende Kunststoffnase vorgesehen, um welche der wenigstens eine gebogene Anschlussdraht an einer den Halterungen abgewandten Seite der Kunststoffnase in einer Nut verläuft, so dass der Mediumtemperaturwiderstand durch die Anschlussdrähte mit Abstand zur Außenfläche des Grundgehäuses im strömenden Medium angeordnet ist. Diese bekannten Verfahren und Anordnungen sind vergleichsweise aufwändig. Zudem besteht eine technische Herausforderung insbesondere darin, die Schnittstelle zwischen dem zusätzlichen Temperaturfühler und gehäuseseitigen Anschlusspads gegenüber Korrosion und eindringenden Medien wie beispielsweise Feuchtigkeit, Kraftstoffen oder Ölen zu schützen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird dementsprechend eine Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen, welche die oben beschriebenen Nachteile bekannter Vorrichtungen zumindest weitgehend vermeidet. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen, insbesondere zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei der Vorrichtung kann grundsätzlich auf die oben skizzierten, aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen verwiesen werden. Bei der mindestens einen Eigenschaft kann es sich somit insbesondere um mindestens eine physikalisch und/oder chemisch nachweisbare Eigenschaft handeln. Insbesondere kann es sich um einen Massenstrom und/oder Volumenstrom des strömenden fluiden Mediums handeln. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Eigenschaften qualitativ und/oder quantitativ erfassbar. Bei dem strömenden fluiden Medium kann es sich insbesondere um eine Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine handeln, und die Vorrichtung kann insbesondere zur Erfassung eines Massenstroms und/oder Volumenstroms einer Ansaugluftmasse eingesetzt werden. Auch andere strömende fluide Medien sind jedoch grundsätzlich denkbar, wie beispielsweise Flüssigkeiten und/oder andere Gase.
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Die Vorrichtung umfasst mindestens ein Sensorgehäuse, welches zumindest teilweise in das strömende fluide Medium einbringbar ist. Diese Einbringung kann dauerhaft oder auch temporär erfolgen. So kann das Sensorgehäuse beispielsweise mit einem Steckfühler permanent in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine integriert sein. Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung beispielsweise einen Rohrabschnitt umfassen, welcher von dem strömenden fluiden Medium durchströmt werden kann, in welchem das Sensorgehäuse oder ein Teil des Sensorgehäuses aufgenommen ist, insbesondere ein Steckfühler. Alternativ kann das Sensorgehäuse jedoch auch als austauschbarer Steckfühler ganz oder teilweise in eine entsprechende Öffnung in einem Ansaugtrakt eingesteckt und beispielsweise mit einer Rohrwand des Ansaugtrakts verbunden werden, so dass die Vorrichtung wieder aus dem Ansaugtrakt entfernt werden kann. Verschiedene Ausgestaltungen sind möglich, wobei exemplarisch auf den oben beschriebenen Stand der Technik verwiesen werden kann.
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In dem Sensorgehäuse ist mindestens ein Sensorelement zur Erfassung der Eigenschaft aufgenommen. Dies kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Beispielsweise kann, wie unten noch näher erläutert wird, in dem Sensorgehäuse mindestens ein von dem fluiden Medium durchströmbarer Kanal angeordnet sein, in welchem das Sensorelement zumindest teilweise angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Sensorelement jedoch auch auf einer unmittelbar dem strömenden fluiden Medium zuweisenden Oberfläche des Sensorgehäuses angeordnet sein und/oder in einem Hohlraum des Sensorgehäuses. Verschiedene Ausgestaltungen sind möglich.
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Weiterhin ist in dem Sensorgehäuse mindestens ein Temperaturfühler aufgenommen. Unter einem Temperaturfühler ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zu verstehen, welches eingerichtet ist, um mindestens ein Signal zu generieren, welches mit der Temperatur variiert oder welches mindestens eine Eigenschaft aufweist, die messbar ist und die sich in einer nachvollziehbaren Weise mit der Temperatur ändert. Der Temperaturfühler kann insbesondere, wie aus dem oben genannten Stand der Technik bekannt, als Teil einer Kompensationsschaltung oder Regelschaltung eingesetzt sein, die gewährleistet, dass sich Änderungen der Temperatur des Mediums nicht auf die Messgenauigkeit der Vorrichtung auswirken.
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Der Temperaturfühler ist vorzugsweise derart angeordnet, dass dieser direkt dem fluiden Medium ausgesetzt ist. Zu diesem Zweck kann der Temperaturfühler insbesondere ganz oder teilweise, beispielsweise zumindest mit einem Messkopf, an oder auf einer Oberfläche des Sensorgehäuses angeordnet sein, die für das fluide Medium zugänglich ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Temperaturfühler auch ganz oder teilweise in einem Hohlraum angeordnet sein, der für das fluide Medium zugänglich ist. Vorzugsweise ist der Temperaturfühler derart angeordnet, dass eine Strömung des fluiden Mediums durch den Temperaturfühler nicht oder nur unwesentlich beeinflusst wird.
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Der Temperaturfühler umfasst mindestens einen elektrischen Kontakt, vorzugsweise mindestens zwei elektrische Kontakte, insbesondere mindestens einen, vorzugsweise mindestens zwei Kontaktdrähte. In dem Sensorgehäuse ist mindestens ein Kontaktpad aufgenommen. Das Kontaktpad kann dabei vollständig vom Material des Sensorgehäuses umschlossen sein, beispielsweise durch Anordnung desselben in mindestens einem Hohlraum, oder kann auch ganz oder teilweise an einer Oberfläche des Sensorgehäuses angeordnet sein. Unter einem Kontaktpad ist dabei eine elektrische Anschlussfläche, beispielsweise eine metallische Anschlussfläche, zu verstehen, auf welcher mindestens ein elektrisches Element elektrisch leitend fixiert werden kann. Vorzugsweise ist das mindestens eine Kontaktpad mit mindestens einer Zuleitung der Vorrichtung verbunden, beispielsweise einem Stanzgitter und/oder anderen Arten von Zuleitungen, oder ist Bestandteil mindestens einer derartigen Zuleitung. Es können insbesondere mehrere Kontaktpads vorgesehen sein, beispielsweise mindestens zwei Kontaktpads, wobei die Anzahl der Kontaktpads beispielsweise der Anzahl der elektrischen Kontakte des Temperaturfühlers, beispielsweise der Kontaktdrähte, entsprechen kann.
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Es wird vorgeschlagen, dass der elektrische Kontakt an mindestens einer Verbindungsstelle mit dem Kontaktpad elektrisch leitend verbunden ist. Die Verbindungsstelle ist dabei durch mindestens eine elektrisch isolierende Vergussmasse gegenüber dem fluiden Medium geschützt. Dies kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Beispielsweise kann die Verbindungsstelle ganz oder teilweise im Inneren des Sensorgehäuses aufgenommen sein, beispielsweise in mindestens einem Hohlraum. Der elektrische Kontakt kann beispielsweise vollständig oder teilweise mittels mindestens einer Durchführung in den Hohlraum hineingeführt sein, wobei der Hohlraum und/oder die Durchführung anschließend durch die Vergussmasse abgedichtet sind, so dass (zumindest auf einer für den Betrieb der Vorrichtung charakteristischen Zeitskala, beispielsweise auf einer Zeitskala von mehreren Minuten, mehreren Stunden oder mehreren Tagen) kein fluides Medium in den Hohlraum oder zu der Verbindungsstelle vordringen kann.
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Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn das mindestens eine Kontaktpad und/oder die mindestens eine Verbindungsstelle innerhalb einer Vergusswanne des Sensorgehäuses aufgenommen sind. Unter einer Vergusswanne ist dabei eine Vertiefung und/oder ein Hohlraum innerhalb des Sensorgehäuses zu verstehen, welche, zumindest während eines Montagevorgangs des Temperaturfühlers, von außen zugänglich sind oder zugänglich gemacht werden können und welche, zumindest innerhalb gewisser Grenzen, eine räumliche Begrenzung für ein flüssiges oder zähflüssiges Medium bereitstellen können, welches in die Vergusswanne eingebracht wird. Beispielsweise kann es sich um eine Vertiefung in einer Wand des Sensorgehäuses handeln, welche für das fluide Medium zugänglich ist. Insbesondere kann es sich um eine abgerundete oder polygonale Vertiefung in einer Wand des Sensorgehäuses und/oder innerhalb eines weiteren Hohlraums des Sensorgehäuses handeln.
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Allgemein ist jedoch der Begriff der Vergusswanne weit zu fassen. Es kann sich dabei allgemein um eine beliebige Öffnung und/oder einen beliebigen Hohlraum im Inneren des Sensorgehäuses oder in einer Wand des Sensorgehäuses handeln, welche eine räumliche Begrenzung für eine Vergussmasse in mindestens einer Dimension darstellt. Die Öffnung muss nicht vollständig mit der Vergussmasse ausgefüllt sein. So kann beispielsweise die Vergusswanne, wie oben beschrieben, auch einen Hohlraum im Inneren des Sensorgehäuses umfassen, in welchen die elektrischen Kontakte des Temperaturfühlers, beispielsweise die elektrischen Kontaktdrähte, hineingeführt werden, wobei beispielsweise lediglich der Hohlraum und/oder ein Teil desselben und/oder eine Öffnung oder Durchführung der Vergusswanne nach außen hin, hin zum fluiden Medium, durch die Vergussmasse ausgefüllt werden kann, so dass insbesondere ein Eindringen von fluidem Medium oder anderen Medien ins Innere des Sensorgehäuses, insbesondere hin zu der mindestens einen Verbindungsstelle verhindert werden kann. Die Vergussmasse kann dementsprechend an einem beliebigen Ort der Vergusswanne angeordnet sein, insbesondere an mindestens einem Ort, welcher derart gewählt ist, dass ein Vordringen von Medien zu der mindestens einen Verbindungsstelle verhindert oder zumindest erschwert wird. Die optionale Vergusswanne ist vorzugsweise zumindest teilweise mit mindestens einer elektrisch isolierenden Vergussmasse ausgefüllt.
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Unter einer elektrisch isolierenden Vergussmasse wird dabei eine Masse verstanden, welche zumindest in einem anfänglichen Zustand zähflüssig oder weitgehend verformbar ist und welche in einem flüssigen oder zähflüssigen Zustand in die Vergusswanne eingebracht wird. Vorzugsweise hüllt die Vergussmasse die Verbindungsstelle, wobei es sich auch um einen Verbindungsbereich handeln kann, vollständig ein. Beispielsweise kann es sich bei der elektrisch isolierenden Vergussmasse um mindestens einen Kunststoff handeln, welcher aushärtbar ist und welcher im nicht-ausgehärteten Zustand in die Vergusswanne eingebracht wird, um dort auszuhärten, beispielsweise thermisch, photochemisch oder elektrisch. Insbesondere kann es sich bei der Vergussmasse beispielsweise um ein Epoxidharz und/oder ein Silikon handeln.
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Die Vorrichtung kann insbesondere, wie oben ausgeführt, als Heißfilmluftmassenmesser ausgestaltet sein. Das Sensorelement kann insbesondere ein Sensorchip sein oder einen Sensorchip umfassen, welcher mindestens ein Heizelement und mindestens zwei Temperatursensoren, beispielsweise mindestens zwei Temperaturwiderstände, umfassen kann. Das Heizelement und die Temperatursensoren können beispielsweise an einer von dem fluiden Medium überströmbaren Oberfläche angeordnet sein, so dass nach dem oben beschriebenen Heißfilmluftmassenmesserprinzip auf einen Luftmassenstrom, beispielsweise einen Volumenstrom und/oder einen Massenstrom, geschlossen werden kann. Die Vorrichtung kann insbesondere eingerichtet sein, um die mindestens eine Eigenschaft des strömenden fluiden Mediums mittels des Sensorelements und, zusätzlich, mittels mindestens einer Information des zusätzlichen Temperaturfühlers, zu erfassen.
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Das Sensorgehäuse kann insbesondere mindestens einen von dem fluiden Medium durchströmbaren Kanal aufweisen, wobei das Sensorelement zumindest teilweise in dem Kanal angeordnet sein kann. Das Sensorgehäuse kann insbesondere als im Wesentlichen geschlossenes Gehäuse ausgestaltet sein, so dass das fluide Medium mit Ausnahme des optionalen Kanals nicht ins Innere des Sensorgehäuses eindringen kann. Beispielsweise kann das Sensorgehäuse aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. Der Kanal kann beispielsweise mittels einer entsprechenden Spritzgusstechnik in das Sensorgehäuse eingebracht sein. Beispielsweise kann der Kanal einen Hauptströmungskanal umfassen, durch welchen ein Hauptbestandteil des in den Kanal eindringenden fluiden Mediums strömt, sowie einen von diesem abzweigenden Bypasskanal, wobei das Sensorelement vorzugsweise in dem Bypasskanal angeordnet ist. Auch diesbezüglich kann auf die aus dem Stand der Technik beschriebenen Vorrichtungen verwiesen werden. Der erfindungsgemäß zusätzlich in das Sensorgehäuse eingebrachte mindestens eine Temperaturfühler kann beispielsweise außerhalb des Kanals in dem Sensorgehäuse aufgenommen sein oder auch, wie später noch erläutert wird, innerhalb des Kanals oder zumindest im Bereich des Kanals. Vorzugsweise ist der Temperaturfühler, wie oben ausgeführt, derart angeordnet, dass dieser für das fluide Medium direkt zugänglich ist.
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Das Sensorgehäuse kann insbesondere mindestens einen Elektronikbereich mit mindestens einer Ansteuerelektronik aufweisen. Die Ansteuerelektronik kann beispielsweise ein Elektronik-Modul umfassen, welches beispielsweise ein Bodenblech und eine darauf aufgebrachte Elektronik umfassen kann. Die Ansteuerelektronik kann beispielsweise ein oder mehrere Elemente zum Ansteuern des Sensorelements und/oder zum zumindest teilweisen Auswerten von Signalen des Sensorelements umfassen. Das Sensorelement kann mit der mindestens einen Ansteuerelektronik beispielsweise über einen Sensorträger verbunden sein, beispielsweise einen an einem Bodenblech angespritzten Sensorträger aus Kunststoff, welcher in den mindestens einen Kanal hineinragt, derart, dass mindestens eine Oberfläche des in dem Sensorträger aufgenommenen Sensorchips von dem fluiden Medium überströmbar ist. Das Sensorgehäuse kann weiterhin mindestens einen Fluidikbereich mit dem mindestens einen Kanal aufweisen. Der Temperaturfühler kann dabei zumindest teilweise an einem Ort angeordnet sein, der in dem Elektronikbereich und/oder dem Fluidikbereich liegt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen betreffen die mindestens eine Vergussmasse. Wie oben dargestellt, kann es sich bei dieser Vergussmasse insbesondere um eine aushärtbare Vergussmasse handeln. Hierbei können beispielsweise Epoxide und/oder Silikone eingesetzt werden. Alternativ zu einer aushärtbaren Vergussmasse kommen auch Vergussmassen in Betracht, welche nicht vollständig aushärten, da die mechanischen Anforderungen an die Vergussmasse in der Regel gering sind. Im verformbaren Zustand, beispielsweise im flüssigen oder zähflüssigen Zustand, in welchem die Vergussmasse in die Vergusswanne eingebracht wird, sollte die Vergussmasse eine geringe Viskosität aufweisen, so dass die Vergussmasse vorzugsweise die mindestens eine Verbindungsstelle vollständig umhüllt. Beispielsweise können Viskositäten zwischen 5000 mPas und 20000 mPas, insbesondere zwischen 10000 und 15000 mPas und besonders bevorzugt bei 12000 mPas (D = 0,5 1/s) eingesetzt werden. Die Vergussmasse kann insbesondere mindestens ein mediendichtes Material aufweisen.
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Dies bedeutet, dass, zumindest in einem ausgehärteten Zustand und/oder in einem Zustand, in welchem sich die Vergussmasse während des Betriebs der Vorrichtung befindet, die Vergussmasse ein Eindringen von korrosionsfördernden Medien zu der Verbindungsstelle zumindest weitgehend verhindern soll oder zumindest derart verlangsamen soll, dass die durch die korrosiven Medien induzierten Effekte zumindest im Rahmen einer üblichen Lebensdauer der Vorrichtung, welche beispielsweise zwischen einem und zehn Jahren liegen kann, vernachlässigbar sind. Bei den korrosiven Medien kann es sich insbesondere um Gase, insbesondere Abgas, und/oder Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, Säuren, Öle, Getriebeflüssigkeit oder ähnliches, handeln.
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Die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktpad und dem elektrischen Kontakt kann insbesondere eine Schweißverbindung umfassen. Unter einer Schweißverbindung wird eine Verbindung, insbesondere eine unlösbare Verbindung, zwischen mindestens zwei Bauteilen verstanden, die unter Anwendung von Wärme und/oder Druck zustande kommt. Dabei können optional Schweißzusatzwerkstoffe eingesetzt werden. Die verschiedenen aus dem Stand der Technik bekannten Schweißtechniken können dabei eingesetzt werden.
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Der Temperaturfühler kann grundsätzlich ein beliebiges, aus dem Stand der Technik bekanntes Element zur direkten oder indirekten Erfassung einer Temperatur umfassen. Bezüglich der Messtechniken kann auf die aus dem Stand der Technik bekannten Messtechniken verwiesen werden. Insbesondere kann. der Temperaturfühler mindestens einen Messwiderstand umfassen, dessen elektrischer Widerstand von der Temperatur abhängig ist. Insbesondere kann es sich um einen NTC-Widerstand, also einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten handeln. Dieser NTC kann beispielsweise eine NTC-Pille, also einen eigentlichen Messbereich, umfassen, welcher beispielsweise von einer entsprechenden Schutzmasse umhüllt ist. Daneben kann der NTC den mindestens einen elektrischen Kontakt, vorzugsweise mindestens zwei elektrische Kontakte, beispielsweise in Form von mindestens zwei Kontaktdrähten, umfassen. Die Kontaktdrähte können isoliert ausgestaltet sein, wobei jeweils mindestens ein Bereich eines Kontaktdrahts, beispielsweise mindestens ein Ende eines Kontaktdrahts, isoliert sein sollte, um die Verbindung mit dem jeweiligen Kontaktpad herzustellen.
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Das Sensorgehäuse kann insbesondere mindestens eine Fixierstelle aufweisen, wobei die Fixierstelle eingerichtet ist, um den Temperaturfühler, beispielsweise einen temperatursensitiven Messkopf des Temperaturfühlers, zumindest teilweise aufzunehmen und räumlich zu fixieren. Dies bedeutet, dass zumindest unter üblichen, im Betrieb der Vorrichtung auftretenden Belastungen, die Position des fixierten Temperaturfühlers sich zumindest nicht mehr erheblich ändern sollte. Die Fixierstelle kann beispielsweise mindestens eine Nut und/oder mindestens eine Klemme, beispielsweise in dem Sensorgehäuse, aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Fixierung auch eine Verstemmung, beispielsweise eine Warmverstemmung, zwischen dem Sensorgehäuse und dem Temperaturfühler umfassen. Die Fixierung kann beispielsweise im Bereich einer NTC-Pille des Temperaturfühlers angeordnet sein und/oder die Fixierung kann insbesondere derart ausgestaltet sein, dass insbesondere der eigentliche Messbereich des Temperaturfühlers, beispielsweise ein Messkopf, räumlich fixiert ist.
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Weiterhin kann das Sensorgehäuse, insbesondere die Vergusswanne, mindestens eine Aufnahmenut zum Aufnehmen des mindestens einen elektrischen Kontakts aufweisen. Unter einer Aufnahmenut ist dabei eine Vertiefung, vorzugsweise eine langgestreckte Vertiefung, zu verstehen, in welche der mindestens eine elektrische Kontakt zumindest teilweise aufnehmbar ist. Handelt es sich beispielsweise bei dem mindestens einen elektrischen Kontakt um einen Kontaktdraht, so ist vorzugsweise die Aufnahmenut als langgestreckte Nut ausgestaltet, in welche der Kontaktdraht vollständig oder teilweise einlegbar ist. Beispielsweise kann diese Nut bis hin zu dem mindestens einen Kontaktpad führen, so dass das Ende der Aufnahmenut im Bereich des Kontaktpads liegt. Das Kontaktpad kann vertieft in der Vergusswanne angeordnet sein, so dass beispielsweise die mindestens eine Aufnahmenut im Bereich des Kontaktpads endet und der mindestens eine elektrische Kontakt unmittelbar und ohne größere Verformung von der Aufnahmenut zu dem Kontaktpad übergehen kann.
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Neben der oben beschriebenen Vorrichtung in einer oder mehreren der beschriebenen Ausgestaltungen wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen, insbesondere einer Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der oben dargestellten Ausgestaltungen. Dementsprechend kann zumindest weitgehend bezüglich möglicher Ausgestaltungen des Verfahrens auf die obige Beschreibung der Vorrichtung verwiesen werden. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein in das fluide Medium einbringbares Sensorgehäuse hergestellt, beispielsweise mittels eines Kunststoff-Formgebungsverfahrens. In dem Sensorgehäuse (beispielsweise im Inneren des Sensorgehäuses oder auf einer dem fluiden Medium zugewandten Oberfläche des Sensorgehäuses) wird mindestens ein Sensorelement zur Erfassung der Eigenschaft aufgenommen. Weiterhin wird in dem Sensorgehäuse mindestens ein Kontaktpad angeordnet. Weiterhin wird in dem Sensorgehäuse (beispielsweise im Inneren des Sensorgehäuses oder auf einer dem fluiden Medium zugewandten Oberfläche des Sensorgehäuses) mindestens ein Temperaturfühler aufgenommen, mit mindestens einem elektrischen Kontakt. Der elektrische Kontakt wird an mindestens einer Verbindungsstelle mit dem Kontaktpad elektrisch leitend verbunden. Die Verbindungsstelle wird durch mindestens eine elektrisch isolierende Vergussmasse gegenüber dem fluiden Medium geschützt. Es wird darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Verfahrensschritte vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden können. Auch eine andere Reihenfolge ist jedoch möglich, und es können beispielsweise ein oder mehrere Verfahrensschritte zeitlich parallel und/oder zeitlich überlappend und/oder wiederholt durchgeführt werden.
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Für weitere mögliche Einzelheiten des Verfahrens kann auf die obige Beschreibung der Vorrichtung verwiesen werden. Beispielsweise kann die Verbindungsstelle wiederum in mindestens einer Vergusswanne angeordnet werden. Für das Einbringen der Vergussmasse, beispielsweise für das Füllen der Vergusswanne mit der Vergussmasse, kann insbesondere mindestens ein Gießprozess verwendet werden. Für die Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen dem elektrischen Kontakt und dem Kontaktpad kann insbesondere mindestens ein Schweißverfahren eingesetzt werden. Insbesondere kann dieses Schweißverfahren ein Stufenschweißverfahren sein oder ein Stufenschweißverfahren umfassen. Unter einem Stufenschweißverfahren wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Schweißverfahren verstanden, bei welchem die Leistung während der Schweißung verändert wird, beispielsweise in einer oder mehreren Stufen und/oder über eine kontinuierliche Veränderung. Insbesondere kann es sich hierbei um eine Hochfrequenzleistung bei einem Ultraschallschweißen handeln. Allgemein kommen somit Ultraschallschweißverfahren oder auch andere Arten von Schweißverfahren im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Betracht.
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Das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung weisen gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen zahlreiche Vorteile auf. So lässt sich insbesondere ein zusätzlicher Temperaturfühler in ein Sensorgehäuse integrieren, welcher den Anforderungen einer Mediendichtigkeit genügt. Der Temperaturfühler kann insbesondere korrosionsbeständig und dennoch sicher und zuverlässig integriert werden. Dadurch lässt sich die Lebensdauer der Vorrichtung erheblich steigern, und es lassen sich korrosionsbedingte Ausfälle zumindest weitgehend vermeiden.
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Der Temperaturfühler kann insbesondere zumindest teilweise in einer dem fluiden Medium zugänglichen Aussparung des Sensorgehäuses aufgenommen sein. Beispielsweise kann es sich um eine Aussparung in einer Seitenfläche eines Steckfühlers des Sensorgehäuses handeln, so dass der Temperaturfühler insgesamt nicht über die seitliche Begrenzung des Gehäuses hervorragt, und auf diese Weise keine Störungen in der Strömung des fluiden Mediums hervorruft, jedoch gleichzeitig in unmittelbarem Kontakt mit dem strömenden fluiden Medium steht. Diesbezüglich kann exemplarisch auf die oben zitierte
DE 44 47 570 A1 verwiesen werden. Insbesondere bei dieser Ausgestaltung macht sich die mediendichte elektrische Kontaktierung gemäß der vorliegenden Erfindung besonders günstig bemerkbar, da in diesem Fall bei herkömmlichen Vorrichtungen die Kontaktstellen unmittelbar korrosiven Anteilen des fluiden Mediums ausgesetzt sind. Durch die vorgeschlagene Erfindung wird dieser Nachteil jedoch vermieden. Ein Messkopf des Temperaturfühlers, also der eigentlich temperatursensitive Bereich des Temperaturfühlers, kann dabei derart angeordnet sein, beispielsweise mittels der oben beschriebenen Fixierstelle, dass dieser Messkopf beabstandet zur Wand des Sensorgehäuses, beispielsweise zur Wand des Sensorgehäuses innerhalb der Vertiefung, angeordnet ist, so dass beispielsweise kein unmittelbarer thermischer Kontakt zwischen dem Messkopf und dem Sensorgehäuse besteht.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 und 2 Ausführungsbeispiele herkömmlicher Vorrichtungen zur Erfassung einer Eigenschaft eines strömenden fluiden Mediums; und
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3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit erfindungsgemäß fixiertem Temperaturfühler.
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Ausführungsbeispiele
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In den 1 und 2 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung 110 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines strömenden fluiden Mediums dargestellt. Es handelt sich hierbei exemplarisch um einen so genannten Heißfilmluftmassenmesser 112 vom Typ HFM6 der Robert Bosch GmbH. Für den Aufbau und die Funktionsweise dieses Heißfilmluftmassenmessers 112 kann grundsätzlich auf Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 140–142 verwiesen werden. Der Heißfilmluftmassenmesser 112 umfasst einen Steckfühler 114, welcher in das fluide Medium einbringbar ist. Dieser Steckfühler 114 umfasst seinerseits ein Sensorgehäuse 116, welches typischerweise aus einem Kunststoff hergestellt wird. In dem Sensorgehäuse 116 ist ein Elektronikbereich 118 sowie ein Fluidikbereich 120 vorgesehen. Der Fluidikbereich 120 umfasst mehrere Kanäle 122, nämlich einen Hauptkanal 124 mit einer stirnseitigen Einlassöffnung 126 und einer seitlich, in einem Bypassdeckel 128 angeordneten Auslassöffnung 130, sowie einen von dem Hauptkanal 124 abzweigenden Bypasskanal 132, welcher auf einer Endfläche 134 des Steckfühlers 114 in einem Bypassauslass 136 endet. In dem Elektronikbereich 118 ist eine Ansteuerelektronik 138 mit einem Elektronikmodul 140 vorgesehen. An dieses Elektronikmodul 140 angespritzt ist ein Sensorträger 142 in Form eines Kunststoffflügels, welcher in den Bypasskanal 132 hineinragt und in welchem ein Sensorchip 144 aufgenommen ist. Dieser Sensorchip 144 arbeitet nach dem Heißfilmluftmassenmesser-Prinzip und wird von dem fluiden Medium in dem Bypasskanal 132 überströmt. Der Elektronikbereich 118 wird von einem Elektronikraumdeckel 146 verschlossen, und der Fluidikbereich 120 von dem Bypassdeckel 128.
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Während
1 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung
110 im geöffneten Zustand zeigt, zeigt
2 eine Rückseitenansicht der Vorrichtung
110 gemäß
1, von einer dem Elektronikbereich
118 bzw. dem Fluidikbereich
120 gegenüberliegenden Seite. Wie dort erkennbar ist, ist für die kommerziellen Vorrichtungen
110 gemäß den
1 und
2 optional ein Temperaturfühler
148 erhältlich. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen NTC-Widerstand oder einen PTC-Widerstand handeln. Dieser Temperaturfühler
148 entspricht dem in
DE 44 47 570 A1 beschriebenen Mediumtemperaturwiderstand, der außerhalb des Kanals
122 in dem Sensorgehäuse
116 vorgesehen ist und beispielsweise mit der Ansteuerelektronik
138 verbunden sein kann. Das Signal dieses Temperaturfühlers
148 kann insbesondere zur Kompensation der Temperatur des strömenden fluiden Mediums eingesetzt werden.
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Wie insbesondere aus 2 erkennbar ist, weist der Temperaturfühler 148 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Messkopf 150 auf, der die eigentliche Messstelle des Temperaturfühlers 148 darstellt und der auch häufig als ”Pille” bezeichnet wird, beispielsweise als NTC-Pille. Weiterhin weist der Temperaturfühler 148 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel elektrische Kontakte 152 in Form von Kontaktdrähten 154 auf, wobei der Temperaturfühler 148 U-förmig gebogen ist und die Kontaktdrähte 154 zumindest weitgehend parallel zueinander verlaufen. Der optional erhältliche Temperaturfühler 148 wird auf der Rückseite des Steckfühlers 114 in einer Aussparung 156 montiert. Zur elektrischen Kontaktierung stehen Halterungen 158 bereit, welche von der Wandoberfläche des Sensorgehäuses 116 in der Aussparung 156 vorstehen und mit welchen die Kontaktdrähte 154 über ein Widerstandsschweißen verbunden werden. Diese Halterungen 158 stellen Verbindungen zu einem Leiterkamm des Heißfilmluftmassenmessers 112 her, so dass auf diese Weise beispielsweise eine Verbindung zwischen der Ansteuerelektronik 138 und dem Temperaturfühler 148 geschaffen werden kann. Zur weiteren Befestigung und Fixierung der Schwingungsbelastung wird der Temperaturfühler 148 zusätzlich im Bereich des Messkopfs 150 mittels einer Warmverstemmung in einer Fixierung 160 fixiert. Als Temperaturfühler 148 kommt insbesondere ein NTC in einer Variante mit verzinnten Drähten ohne besondere Maßnahmen zum Korrosionsschutz zum Einsatz.
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In 3 ist hingegen eine erfindungsgemäß hergestellte Vorrichtung 110 in perspektivischer Darstellung gezeigt, mit Ansicht auf die in 2 dargestellte Seite der Vorrichtung, also eine Vorrichtung, welche dem Elektronikbereich 118 und dem Fluidikbereich 120 (welche in 3 nicht sichtbar sind) gegenüberliegt. Die Vorrichtung 110 entspricht in weiten Teilen der in den 1 und 2 dargestellten Vorrichtung, so dass zumindest weitgehend auf diese Vorrichtung 110 verwiesen werden kann. Wiederum ist auf der dargestellten Rückseite des Steckfühlers 114 ein Temperaturfühler 148, beispielsweise ein NTC oder PTC (Temperaturwiderstand mit positiven. Temperaturkoeffizienten) vorgesehen. Dieser umfasst wiederum einen Messkopf 150 sowie elektrische Kontakte 152 in Form von Kontaktdrähten 154. Im Bereich des Messkopfs 150, also an den Kontaktdrähten 154 unmittelbar vor dem Messkopf 150, ist der Temperaturfühler 148 wiederum durch eine Fixierung 160 elektrisch innerhalb einer Aussparung 156 im Sensorgehäuse 116 räumlich fixiert, beispielsweise durch eine Warmverstemmung.
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Um die Korrosions- und Medienbeständigkeit des Temperaturfühlers 148 und seiner Schnittstelle zur Elektronik der Vorrichtung 110, beispielsweise zu einem Leiterkamm, sicherzustellen, ist neben dem Einsatz eines vorzugsweise korrosions- und medienbeständigen Temperaturfühlers 148 mit vorzugsweise ummantelten Kontaktdrähten 154 und einem ummantelten Messkopf 150, beispielsweise einer NTC-Pille, auch ein Schutz der Verbindungsstellen 162 zu Kontaktpads 164 des Leiterkamms 166 vorgesehen. Die Kontaktpads 164 bilden die Verbindung zum Leiterkamm 166 und sind erfindungsgemäß in einer Vergusswanne 168 angeordnet. Diese Vergusswanne 168 stellt eine Vertiefung in der Wand des Sensorgehäuses 116 im Bereich der optionalen Aussparung 156 dar. Ausgehend von der eine Fixierstelle bereitstellenden Fixierung 160 erstrecken sich Aufnahmenuten 170, in welchen die Kontaktdrähte 154 aufgenommen sind und welche, gemeinsam mit der Fixierung 160, der Positionierung des Temperaturfühlers 148 dienen. Im Bereich der Kontaktpads 164 sind die Kontaktdrähte 154 vorzugsweise abisoliert und innerhalb der Vergusswanne 168 angeordnet. Die Kontaktierung zwischen den Kontaktdrähten 154 und den Kontaktpads 164 erfolgt vorzugsweise mittels eines Schweißverfahrens, insbesondere mittels eines Stufenschweißverfahrens. Zum Schutz der Verbindungsstellen 162 und der abisolierten Kontaktdrähte 154 innerhalb der Vergusswanne 168 vor Korrosion und Medienbelastung wird die Vergusswanne 168 nach dem Schweißvorgang zumindest teilweise mit einer Vergussmasse 172 ausgefüllt. Die Wände der Vergusswanne 168 stellen dabei eine äußere Begrenzung des Vergussvorgangs dar.
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Alternativ kann die Verbindungsstelle 162, beispielsweise die Schweißverbindung, auch innerhalb des Steckfühlers 114 erfolgen. Hierzu werden die Kontaktdrähte 154 beispielsweise durch eine Öffnung in das Innere des Sensorgehäuses 116 eingeführt und dort entsprechend gebogen und mit dem Leiterkamm verschweißt. Um die Öffnung des Sensorgehäuses 116 vor dem Eindringen von Medien zu schützen, wird diese zumindest teilweise mit der Vergussmasse 172 verschlossen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4447570 A1 [0002, 0025, 0031]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 140–142 [0001]
- Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 140–142 [0030]
