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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drucks und einer Temperatur eines in einem Kanal strömenden fluiden Mediums, beispielsweise im Saugrohr einer Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs.
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Aus der
DE 197 31 420 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drucks und einer Temperatur im Saugrohr einer Brennkraftmaschine bekannt. Diese Vorrichtung weist einen in das Saugrohr einsteckbaren Stutzen auf. In diesen Stutzen ist ein zur Erfassung der Temperatur dienender Temperaturfühler eingesteckt. Der Temperaturfühler besteht aus einem Temperatursensorelement und aus Zuleitungsdrähten, welche in das Innere der Vorrichtung geführt und dort elektrisch kontaktiert und mechanisch eingespannt sind.
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Derartige Vorrichtungen sind im Betrieb vielfältigen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Der Temperaturfühler weist ein an einem Leitungsdraht befestigtes Temperatursensorelement auf, welches einer Strömung eines fluiden Mediums im Saugrohr ausgesetzt ist. Der Leitungsdraht ist an einem dem fluiden Medium abgewandten Ende der Vorrichtung mit einem Steckkontakt kontaktiert. In einer derartigen Vorrichtung kann es bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten zu einer nachteiligen Schwingungsanregung des Temperaturfühlers kommen, wobei der gesamte Leitungsdraht in Schwingung versetzt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drucks und einer Temperatur eines in einem Kanal strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst folgende Komponenten: ein Drucksensorelement, einen ein Temperatursensorelement aufweisenden Temperatursensor und ein Gehäuse. Das Gehäuse weist einen Stutzen auf, wobei der Stutzen in den Kanal in einer Einführungsrichtung einführbar ist, wobei der Stutzen einen Innenraum aufweist, wobei der Innenraum eine Öffnung aufweist, durch welche der Innenraum dem fluiden Medium aussetzbar ist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein Trägersubstrat, wobei das Drucksensorelement mit dem Trägersubstrat elektrisch und mechanisch verbunden ist. Erfindungsgemäß ist dabei das Trägersubstrat im Wesentlichen parallel zu der Einführungsrichtung im Innenraum des Stutzens angeordnet, wobei sich der Innenraum entlang der Einführungsrichtung erstreckt. Weiterhin ist erfindungsgemäß der Temperatursensor mit dem Trägersubstrat elektrisch und mechanisch verbunden.
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Gegenüber dem Stand der Technik weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung eines Drucks und einer Temperatur eines in einem Kanal strömenden fluiden Mediums den Vorteil auf, dass das Trägersubstrat mit dem Drucksensor besonders platzsparend und einfach in der Vorrichtung montierbar ist. Zudem wird durch die Anordnung des Trägersubstrats im Innenraum des Stutzens und der Montage des Temperatursensors an dem Trägersubstrat die Haltbarkeit des Temperatursensors erheblich verbessert, denn durch die Montage des Temperatursensors an dem Trägersubstrat wird eine strömungsinduzierte Schwingungsanregung des Temperatursensors unterdrückt oder sogar ganz vermieden, wodurch das Risiko eines Bruchs der elektrischen und/oder mechanischen Anbindung des Temperatursensors an das Trägersubstrat erheblich reduziert wird. Dadurch, dass das Trägersubstrat im Innenraum des Stutzens entlang der Einführungsrichtung angeordnet ist, lässt sich besonders vorteilhaft die Vorrichtung modular aufbauen. Auf diese Weise können für verschiedene Anforderungen an die Vorrichtung verschiedene konstruktive Ausführungen des Trägersubstrats in denselben Stutzen eingebracht werden. Dadurch lassen sich für unterschiedliche Varianten der Vorrichtung erhebliche Konstruktions- und Fertigungskosten einsparen.
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Vorteilhaft Ausbildungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen ermöglicht.
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Dadurch, dass das Gehäuse ein Steckerteil aufweist und dass das Trägersubstrat plattenförmig gestaltet ist und ein erstes, dem Steckerteil abgewandtes, Trägersubstratende aufweist, wobei der Temperatursensor an dem ersten Trägersubstratende befestigt ist, wird eine besonders stabile und dauerhafte Anbindung des Temperatursensors an die Vorrichtung ermöglicht. Denn durch die Anbindung des Temperatursensors an dem ersten Trägersubstratende wird besonders vorteilhaft sichergestellt, dass der Temperatursensor mit einer möglichst kurzen elektrischen und mechanischen Anbindung an das Trägersubstrat angebunden ist. Je kürzer die Anbindungslänge des Temperatursensors beziehungsweise bei bedrahteten Temperatursensoren die Länge der Zuführungsdrähte an das Trägersubstrat ausfällt, desto höher ist die Eigenresonanzfrequenz des Temperatursensors bzw. die Eigenresonanzfrequenz der Zuführungsdrähte. Je höher die Eigenresonanzfrequenz ausfällt, desto geringer ist das Risiko, dass es bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten zu einer Schwingungsanregung des Temperatursensors bzw. der Zuführungsdrähte kommt, die mit der Eigenresonanzfrequenz des Temperatursensors bzw. der Zuführungsdrähte übereinstimmt. Dadurch wird vorteilhaft das Risiko für eine mechanische Belastung des Temperatursensors bzw. der Zuführungsdrähte und eines daraus folgenden Bruchs der Anbindung des Temperatursensors bzw. der Zuführungsdrähte an das Trägersubstrat reduziert.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Temperatursensorelement des Temperatursensors an dem ersten Trägersubstratende angeordnet ist und elektrisch und mechanisch mit dem Trägersubstrat verbunden ist. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Temperatursensorelement, welches als der eigentliche Temperaturfühler die Erfassung der Temperatur bewirkt, besonders unempfindlich gegen eine strömungsinduzierte Schwingungsanregung ausgeführt ist. Darüber hinaus wird durch eine derartige Weiterbildung der Erfindung die Herstellung der Vorrichtung besonders kostengünstig, da hierbei der als Druckerfassungseinheit dienende Drucksensor und der als Temperaturerfassungseinheit wirkende Temperatursensor auf demselben Trägersubstrat integrierbar sind und so eine aufwändige, separate Montage des Temperatursensors in der Vorrichtung oder am Trägersubstrat verzichtbar ist.
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Dadurch, dass das Trägersubstrat zwischen dem Drucksensorelement und dem Temperatursensorelement eine Trägersubstratöffnung aufweist, wird vorteilhaft bewirkt, dass das bevorzugt auf dem Trägersubstrat angeordnete Temperatursensorelement eine besonders kurze Ansprechzeit auf Temperaturänderungen aufweist, denn eine derartige Trägersubstratöffnung ermöglicht zum einen eine besonders gute Umströmung des Temperatursensorelements mit dem fluiden Medium und damit eine besonders gute Temperaturankopplung, zum anderen wird durch die Trägersubstratöffnung das Temperatursensorelement besonders gut von der thermischen Masse des Trägersubstrats entkoppelt. Dadurch wird eine besonders empfindliche, schnelle und sensible Temperaturerfassung durch das Temperatursensorelement des Temperatursensors möglich.
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Eine Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass der Stutzen an seinem dem fluiden Medium zuweisenden Ende einen Temperaturerfassungsabschnitt aufweist, der sich an den Innenraum anschließt, wobei das Temperatursensorelement des Temperatursensors durch die Öffnung des Innenraums in den Temperaturerfassungsabschnitt hineinragt, wobei die Außenwand des Stutzens in dem Temperaturerfassungsabschnitt mit mehreren Wandöffnungen, beispielsweise in Schlitzform, derart gestaltet ist, dass das Temperatursensorelement des Temperatursensors dem strömenden fluiden Medium aussetzbar ist. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Temperatursensorelement besonders schnell auf Temperaturänderungen im strömenden fluiden Medium reagieren kann und derart die Temperaturerfassung besonders sensibel und zuverlässig ausführbar ist. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass das Temperatursensorelement durch die Außenwand des Stutzens vor mechanischen Einflüssen, beispielsweise vor Berührungen beim Transport, beim Handling oder bei der Montage, zuverlässig geschützt ist. Auf diese Weise wird eine ungewollte Beschädigung des Temperatursensorelements vermieden.
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Dadurch, dass sich das Trägersubstrat im Innenraum höchstens bis zur Öffnung des Innenraums erstreckt, wird vorteilhaft erreicht, dass das Trägersubstrat nicht unmittelbar der Strömung des fluiden Mediums aus gesetzt ist, wodurch das Risiko einer Beschädigung des Trägersubstrats verringert wird.
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Dadurch dass das Trägersubstrat im Innenraum des Stutzens mittels einer kraftschlüssigen oder einer stoffschlüssigen Verbindung an einer Innenwand des Innenraums festgelegt ist, wird vorteilhaft bewirkt, dass das Trägersubstrat sicher im Innenraum des Stutzens befestigt ist. Darüber hinaus erlaubt eine derartige Festlegung im Innenraum des Stutzens, dass die Vorrichtung besonders einfach modular aufgebaut werden kann, da der Stutzen auf diese Weise mit dem Trägersubstrat eine modulare Einheit bilden kann, welche mit weiteren Komponenten zu verschiedenen Ausführungsformen der Vorrichtung zusammengefügt werden kann.
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Eine Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass das Steckerteil wenigstens einen Steckkontakt aufweist, wobei der wenigstens eine Steckkontakt an einem ersten Steckkontaktende mit dem Trägersubstrat elektrisch kontaktiert ist und wobei der wenigstens eine Steckkontakt an einem zweiten Steckkontaktende mit einem Gegenstecker elektrisch kontaktierbar ist. Durch diese Weiterbildung wird vorteilhaft bewirkt, dass die Vorrichtung besonders einfach mittels des Gegensteckers elektrisch mit einem Steuergerät oder einer Auswerteeinheit verbindbar ist. Auf diese Weise ist die Vorrichtung für eine Vielzahl von Applikationen verwendbar.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Trägersubstrat ein vom ersten Trägersubstratende abgewandtes zweites Trägersubstratende mit wenigstens einem Anschlusselement zur elektrischen Kontaktierung aufweist, wobei das wenigstens eine Anschlusselement mit dem ersten Steckkontaktende des Steckkontakts kontaktiert ist mittels wenigstens einer Verbindungsart aus der Gruppe Rastverbindung, Klemmverbindung, Schneid-Klemmverbindung, Federelementverbindung, Klebeverbindung. Dadurch wird wird vorteilhaft bewirkt, dass das Trägersubstrat besonders einfach, kostengünstig und zuverlässig elektrisch mit dem Steckkontakt des Steckerteil kontaktierbar ist. Denn durch diese Verbindungen wird eine aufwändige elektrische Verbindung mittels Bonden, Schweißen oder Löten verzichtbar. Besonders vorteilhaft ist dadurch eine thermische Belastung des Trägersubstrats infolge eines thermischen Kontaktierungsverfahrens verzichtbar.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Drucksensorelement und/oder der Temperatursensor mittels einer Passivierungsschicht, insbesondere einem Gel, bedeckt sind. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass das Drucksensorelement und/oder der Temperatursensor dauerhaft vor Beeinträchtigungen oder Beschädigungen infolge von Feuchtigkeit und/oder Partikeln, welche sich in dem fluiden Medium befinden, geschützt sind. Besonders vorteilhaft werden durch die Passivierungsschicht das Drucksensorelement und/oder der Temperatursensor vor Korrosionsangriffen in Folge von Kontakt mit in dem fluiden Medium befindlicher Salzsäure, Schwefelsäure oder Salpetersäure geschützt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung
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Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1a eine Aufsicht durch eine erste Ausführungsform eines Trägersubstrats, welches in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbar ist,
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1b einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Trägersubstrat aus 1a,
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1c eine perspektivische Ansicht eines zweites Ausführungsbeispiels der ersten Ausführungsform,
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2a eine Aufsicht durch eine zweite Ausführungsform eines Trägersubstrats, welches in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbar ist,
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2b einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Trägersubstrat aus 2a,
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2c eine perspektivische Ansicht eines zweites Ausführungsbeispiels der zweiten Ausführungsform.
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1a zeigt ein Trägersubstrat 300 zur Befestigung in einem Innenraum 214 eines Stutzens 210 eines in 1b dargestellten ersten Ausführungsbeispiels einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 100 zur Erfassung eines Drucks (p) und einer Temperatur (T) eines in einem Kanal strömenden fluiden Mediums. Das Trägersubstrat 300 ist bevorzugt als eine Leiterplatte (PCB), eine flexible Leiterplatte oder als eine Keramik ausgebildet. Besonders bevorzugt ist ein als Leiterplatte ausgebildetes Trägersubstrat 300 aus einem Leiterplattenmaterial FR4 oder besser hergestellt.
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Auf dem Trägersubstrat 300 ist eine integrierte Schaltung 310, zum Beispiel ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC), angeordnet. Die integrierte Schaltung 310 ist mittels elektrischer Verbindungselemente 344, zum Beispiel mittels Bonddrähten, elektrisch mit Kontaktierelementen 340, beispielsweise Bondpads, des Trägersubstrats 300 kontaktiert. Weiterhin ist auf dem Trägersubstrat 300 ein Drucksensorelement 320 angeordnet, welches ebenfalls durch elektrische Verbindungselemente 344 mit Kontaktierelementen 340 des Trägersubstrats elektrisch kontaktiert ist. Die integrierte Schaltung 310 und das Drucksensorelement 320 können beispielsweise durch eine Klebstoffverbindung mit dem Trägersubstrat 300 mechanisch verbunden werden. Auch ist eine Flip-Chip-Montage der integrierten Schaltung 310 und/oder des Drucksensorelements 320 möglich.
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In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform ist die integrierte elektronische Schaltung 310 in das als Leiterplatte (PCB) ausgebildete Trägersubstrat 300 eingebettet. Dadurch ist das Trägersubstrat 300 besonders platzsparend und kompakt herstellbar. Darüber hinaus ist eine derartig eingebettete integrierte elektronische Schaltung, insbesondere ein ASIC, besonders gut vor mechanischen und chemischen (korrosiven) Beeinträchtigungen geschützt, wodurch die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit erhöht wird.
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Das Trägersubstrat 300 weist außerdem ein erstes Trägersubstratende 302 auf, welches im in der Vorrichtung 100 montierten Zustand dem fluiden Medium zuweist. An diesem ersten Trägersubstratende 302 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Temperatursensor 330 mit einem Temperatursensorelement 332 angeordnet. Bevorzugt ist der Temperatursensor 330, 332 ein nicht bedrahteter Standard-Temperatursensor (z.B. ein SMD-NTC oder eine Temperatur-Diode). Zwischen dem Temperatursensor 330 und dem Drucksensorelement 320 ist in dem Trägersubstrat 300 eine Trägersubstratöffnung 308 vorgesehen. Durch diese Trägersubstratöffnung 308 wird der Temperatursensor 330 thermisch vom Trägersubstrat 300 entkoppelt. Dadurch wird eine Beeinflussung des Temperatursensors 330 und des Temperatursensorelement 332 durch die thermische Masse des Trägersubstrats 300 stark verringert und die Ansprechzeit des Temperatursensors 330 auf Temperaturänderungen wird deutlich verkürzt. Darüber hinaus gewährleistet die Trägersubstratöffnung 308 eine gute Umströmung des Temperatursensors 330 durch das fluide Medium. Außerdem wird durch die Trägersubstratöffnung 308 eine Behinderung der Strömung des fluiden Mediums durch das sich in der Strömung befindliche Trägersubstrat 300 so gering wie möglich gehalten.
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Das Trägersubstrat 300 ist bevorzugt plattenförmig ausgebildet und weist an seinem dem ersten Trägersubstratende 302 abgewandten zweiten Trägersubstratende 304 Anschlusselemente 360 auf, durch welche das Trägersubstrat 300 elektrisch kontaktierbar ist. Im Inneren des Trägersubstrats 300 oder auf seiner Oberfläche verlaufen elektrische Leiterbahnen 348, die in 1b dargestellt sind. Die im Inneren des Trägersubstrats 300 verlaufenden elektrischen Leiterbahnen 348 sind über Vias 346 mit den Kontaktierelementen 340 und mit den Anschlusselementen 360 des Trägersubstrats 300 elektrisch verbunden. Besonders bevorzugt wird die integrierte Schaltung 310 und/oder das Drucksensorelement 320 und/oder der Temperatursensor 330 mit dem Temperatursensorelement 332 von einer Passivierungsschicht 350 bedeckt. Die Passivierungsschicht 350 ist dabei beispielsweise als Gelschicht ausgebildet. Durch die Passivierungsschicht 350 werden die von ihr bedeckten Bauelemente vor Feuchtigkeit, vereisungsbedingten mechanischen Spannungen, aggressiven Medien im fluiden Medium und vor Partikelablagerungen wirksam geschützt.
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Das Trägersubstrat 300 weist auf seiner Oberfläche außerdem einen Dichtschwertbereich 352 auf, der im montierten Zustand mit einem Dichtschwert 234 eines in 1b dargestellten Stutzens 210 in Kontakt steht, wie weiter unten noch erläutert wird.
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1b zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 im Querschnitt. Die Vorrichtung 100 weist ein Gehäuse 200 mit einem Stutzen 210 und einem Steckerteil 220 auf. Der Stutzen 210 bildet in seinem Inneren einen Innenraum 214 aus, wobei der Innenraum 214 von einer Innenraumwand 213 begrenzt ist. Weiterhin weist der Stutzen 210 an seiner Außenwand 217 eine bevorzugt umlaufende Ausnehmung 211 auf, in welcher ein Dichtmittel 232, bevorzugt ein O-Ring 233, festlegbar ist.
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Der Stutzen 210 ist in einer Einführungsrichtung derart in einen Kanal, in dem das fluide Medium strömt, einsteckbar, dass das Dichtmittel 232 einen Austritt des fluiden Mediums aus dem Kanal zwischen der Außenwand 217 des Stutzens und einer Einstecköffnung des hier nicht dargestellten Kanals wirksam verhindert.
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Der Innenraum 214 des Stutzens 210 weist eine Öffnung 216 auf, durch welche der Innenraum 214 dem fluiden Medium aussetzbar ist. Dadurch liegt im Innenraum 214 der Druck (p) des fluiden Mediums an. Außerdem weist der Stutzen 210 an seinem dem fluiden Medium zuweisenden Ende einen Temperaturerfassungsabschnitt 215 auf, der sich an den Innenraum 214 anschließt. In dem Temperaturerfassungsabschnitt 215 weist die Außenwand 217 des Stutzens 210 mehrere Wandöffnungen 219 auf (in 1c dargestellt), wobei die Wandöffnungen 219 zum Beispiel in Schlitzform gestaltet sind. Durch die im Temperaturerfassungsabschnitt 215 in die Außenwand 217 des Stutzens 210 eingebrachten Wandöffnungen 219 bildet die Außenwand 217 bevorzugt eine Rippenstruktur 218 aus. Es kann jedoch auch eine Gitterstruktur ausgebildet sein. Die derartig ausgebildete Außenwand 217 im Temperaturerfassungsbereich 215 stellt eine Art Schutzkäfig für das Temperatursensorelement 332 und das in den Temperaturerfassungsabschnitt 215 ragende Trägersubstrat 300 dar. Durch diesen Schutzkäfig wird einerseits das Temperatursensorelement 332 vor unerwünschten Berührungen geschützt sind, z.B. beim Transport, beim (Um)Verpacken oder bei der Montage, zum anderen wird das Einführen der Vorrichtung in den Kanal bei der Montage erleichtert. Außerdem kann das Temperatursensorelement 332 direkt von dem strömenden fluiden Medium angeströmt werden.
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Im Innenraum 214 des Stutzens 210 ist das Trägersubstrat 300 festgelegt, bevorzugt durch eine Kleber- oder Klips-Verbindung an der Innenwand 213 des Innenraums 214. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Trägersubstrat 300 mittels einer Klebstoffschicht 270 an der Innenwand 213 des Innenraums 214 derart angeklebt, dass das am ersten Trägersubstratende 302 angeordnete Temperatursensorelement 332 im Temperaturerfassungsabschnitt 215 vom fluiden Medium umströmt werden kann.
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An dem dem fluiden Medium abgewandten Ende des Stutzens 210 ist ein Steckerteil 220 des Gehäuses 200 angeordnet. Das Steckerteil 220 weist wenigstens einen Steckkontakt 222 auf, wobei der wenigstens eine Steckkontakt 222 an einem ersten Steckkontaktende 224 mit dem Trägersubstrat 300 elektrisch kontaktiert ist und wobei der wenigstens eine Steckkontakt 242 an einem zweiten Steckkontaktende 226 mit einem Gegenstecker 500 elektrisch kontaktierbar ist. Der Gegenstecker 500 gehört beispielsweise zu einem Steuergerät und ist elektrisch an dieses mittels einer elektrischen Anschlussleitung 502 angeschlossen. In 1b ist durch einen Pfeil angedeutet, wie der Gegenstecker 500 auf das Steckerteil 220 aufgesetzt und mit dem zweiten Kontaktende 226 kontaktierbar ist.
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Das erste Steckkontaktende 224 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Kontaktfederelement 250 ausgebildet, welches im montierten Zustand gegen das dazugehörige Anschlusselement 360 des Trägersubstrats 300 gepresst wird. Mittels der Federkraft des Kontaktfederelements 250 ist ein dauerhafter mechanischer und elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktfederelement 250 und den Anschlusselementen 360 des Trägersubstrats 300 sichergestellt.
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Besonders bevorzugt ist das plattenförmige Trägersubstrat 300 im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Steckkontaktende 224 des wenigsten einen Steckkontakts 222 angeordnet. Dadurch lässt sich eine besonders gute Kontaktierung zwischen dem Steckkontakt 222 und den Anschlusselementen 360 des Trägersubstrats, beispielsweise durch das Kontaktfederelement 250, erzielen.
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Das am Stutzen 210 angeordnete Dichtschwert 234 gewährleistet zusammen mit dem Dichtschwertbereich 352 des Trägersubstrats 300 und einer auf der dem fluiden Medium abgewandten Seite des Dichtschwerts 234 aufgebrachten Passivierungsschicht 350 zuverlässig, dass kein im Innenraum 214 befindliches fluides Medium zu den Anschlusselementen 360 des Trägersubstrats 300 gelangen kann.
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1c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der ersten Ausführungsform der Erfindung. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Trägersubstrat 300 weit in den Temperaturerfassungsabschnitt 215 hinein geführt. Am ersten Trägersubstratende 302 des Trägersubstrats 300 ist das Temperatursensorelement 332 des Temperatursensors 330 mechanisch und elektrisch befestigt. Die Trägersubstratöffnung 308 erstreckt sich vom Temperaturerfassungsabschnitt 215 durch die Öffnung 216 hindurch bis in den Innenraum 214. Im Temperaturerfassungsbereich 215 ist die Ausbildung der Außenwand 217 des Stutzens 210 als Rippenstruktur 218 dargestellt, wobei die Rippen durch schlitzförmige Wandöffnungen 219 voneinander getrennt sind.
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Das auf dem Trägersubstrat 300 angeordnete Drucksensorelement 320 ist von einem ringartigen Rähmchen 322 umgeben, welches mit einem als Passivierungsschicht 350 wirkenden Gel gefüllt ist. Das Gel bedeckt dabei das Drucksensorelement 320 vollständig.
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2a zeigt ein Trägersubstrat 300, welches in einem in 2b dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer zweiten Ausführungsform der Erfindung befestigt ist. Das Trägersubstrat 300 weist eine integrierte elektronischen Schaltung 310 und ein Drucksensorelement 320 auf. Der Temperatursensor 330 ist in der dargestellten Ausführungsform als bedrahteter Temperatursensor 330 ausgeführt. Der Temperatursensor 330 weist dabei elektrische Zuführungsdrähte 331 und ein mit den Zuführungsdrähte 331 verbundenes Temperatursensorelement 332 auf. Der Temperatursensor 330 ist mittels der dem Temperatursensorelement 332 abgewandten Seite der Zuführungsdrähte 331 elektrisch und mechanisch mit dem ersten Trägersubstratende 302 verbunden. Durch die Anbindung des Temperatursensorelements 332 über die Zuführungsdrähte 331 an das Trägersubstrat 300 ist das Temperatursensorelement 332 besonders gut von dem Trägersubstrat 300 thermisch entkoppelt. Um eine Schwingungsanregung des Temperatursensors 300 in Folge von am Temperatursensor 330 entlang strömenden fluiden Mediums zu unterdrücken ist das Temperatursensorelement 332 des Temperatursensors 330 bevorzugt höchstens 1 cm vom ersten Trägersubstratende 302 des Trägersubstrats beabstandet.
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Das Trägersubstrat 300 weist an seinem zweiten Trägersubstratende 304 Anschlusselement 360 auf, welche für eine Rastverbindung und/oder Klemmverbindung und/oder Schneid-Klemmverbindung geeignet sind. Dazu sind die Anschlusselemente 360 als Aussparungen gestaltet, die je nach Form der darin zur Anlage kommenden ersten Steckkontaktenden 224 beispielsweise ein u-förmiges bzw. rechteckiges Profil 361 oder ein v förmiges Profil 362 oder ein trapezförmiges Profil 363 aufweisen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind verschiedene Profilformen der Anschlusselemente 360 an demselben Trägersubstrat 300 dargestellt. Die als Anschlusselemente 360 fungierenden Aussparungen sind für einen optimierten elektrischen Kontakt mit einer Metallschicht 365 versehen, besonders bevorzugt besteht die Metallschicht 365 aus Kupfer, Silber oder Gold.
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2b zeigt das erste Ausführungsbeispiel der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung 100. Das Trägersubstrat 300 ist im Innenraum 214 des Stutzens 210 befestigt. Das erste Trägersubstratende 302 liegt vollständig im Innenraum 214 und ragt nicht durch die Öffnung 216 des Innenraums 214 hindurch. Dadurch wird das Drucksensorelement 320 vor mit dem strömenden Medium transportierten Verunreinigungen geschützt. Der Temperatursensor 330 ragt vom ersten Trägersubstratende 302 durch die Öffnung 216 des Innenraums 214 in den Temperaturerfassungsabschnitt 215 derart hinein, dass das Temperatursensorelement 332 vom fluiden Medium umströmbar ist.
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Das Trägersubstrat 300 ragt mit seinem zweiten Trägersubstratende 304 in das Steckerteil 220 hinein. Die Anschlussenden 360 des Trägersubstrats 300 sind im Steckerteil 220 jeweils mit einem ersten Steckkontaktende 224 jeweils eines Steckkontakts 222 mechanisch und elektrisch kontaktiert, beispielsweise durch Einpressen. Die Steckkontakte 222 sind an Ihrem zweiten Steckkontaktende 226 mit einem auf das Steckerteil 220 aufsetzbaren Gegenstecker elektrisch kontaktierbar.
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In 2b ist der Gegenstecker 500 mit seiner Anschlussleitung 502 dargestellt. Der Gegenstecker 500 ist geeignet, auf das zweite Steckkontaktende 226 aufgesteckt zu werden und dieses elektrisch zu kontaktieren.
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2c zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der zweiten Ausführungsform der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist auf dem Trägersubstrat 300 nur ein Drucksensorelement 320 angeordnet. Das Drucksensorelement 320 ist von einem ringförmigen Rähmchen 322 umgeben, welches mit einem als Passivierungsschicht 350 wirkenden Gel derart gefüllt ist, dass das Drucksensorelement 320 vollkommen bedeckt ist.
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Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Vorrichtung 100 lässt sich das Gehäuse 200 modular aufbauen und nach Funktionen trennen: in einen Mechanikbereich und in einen Sensorikbereich. Dabei ist das zweite Trägersubstratende 304 im Mechanikbereich angeordnet, in dem die elektrische Kontaktierung zwischen den Steckkontakten 222 und den Anschlusselementen 360 realisiert wird. Der Innenraum 214 und der Temperaturerfassungsabschnitt 215 bilden den Sensorikbereich. Der Mechanikbereich und der Sensorikbereich sind durch das Dichtschwert 234 und den Dichtschwertbereich 352 des Trägersubstrats 300 voneinander abgedichtet und voneinander getrennt. Durch die Erfindung lassen sich bei bedrahteten Temperatursensoren 330 die Zuführungsdrähte 331 erheblich kürzen gegenüber dem Stand der Technik, was zu einer deutlichen Resonanzfrequenzerhöhung der Zuführungsdrähte 331 führt. In einer der ersten Ausführungsform der Erfindung entsprechenden Vorrichtung 100 (1a bis 1c) wird sogar ganz auf ein bedrahteten Temperatursensor 330 verzichtet. Durch die Erfindung kann der Stutzen 210 als Standard Bauteil ausgeführt werden, in dessen Innenraum 214 die Druckzuführung erfolgt. Die geometrische und konstruktive Auslegung des Trägersubstrats 300 wird je nach Anwendungszweck an die Maße des als Standardbauteils ausgeführten Stutzens 210 angepasst, wodurch sich erheblich Fertigungskosten einsparen lassen. Die Verbindung des Steckerteil 220 mit dem Stutzen 210 zu einem einheitlichen und dichten Gehäuse 200 kann durch Kleben, Schweißen (beispielsweise Laserschweißen und/oder Ultraschallschweißen) oder durch eine kraftschlüssige oder durch eine formschlüssige Verbindung ausgeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders bevorzugt zur Erfassung eines Drucks (p) und einer Temperatur (T) im Ansaug Rohr einer Brennkraftmaschine oder im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine. Auch eine Verwendung in Strömungskanälen von Klimageräten oder Turbinen ist denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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