-
Die
Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Messung des Zustands
einer Flüssigkeit, insbesondere von Öl in einem
Kraftfahrzeugmotor, mit einem Sensor, wobei die Sensoranordnung
einen Kontaktbereich aufweist, der dazu vorgesehen ist, in ein von
der zu messenden Flüssigkeit durchströmtes Bauteil
hineinzuragen, und wobei eine Verbindung zwischen dem Kontaktbereich
und dem Sensor vorgesehen ist.
-
Derartige
Sensoranordnungen sind beispielsweise aus der
DE 10 2004 013 582 A1 und
der
DE 10 2005
013 818 A1 bekannt. In diesen Vorrichtungen wird eine Sensoranordnung
beschrieben, die einen Drucksensor und einen Temperatursensor aufweist,
wobei die Sensoranordnung einen Kontaktbereich aufweist und in diesem
vorderen Kontaktbereich auch der Temperatursensor angeordnet ist
und über einen Druckeinleitkanal eine Verbindung zwischen
dem Kontaktbereich und dem Drucksensor gegeben ist. Öldruck
und Öltemperatur werden dabei durch den Einsatz von zwei
unterschiedlichen Sensoren detektiert. Für den Öldruck
wird ein piezoresistiver Drucksensor und für die Temperaturmessung
in der Regel ein Widerstand, der sich direkt im Ölkanal befindet,
verwendet.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Sensoranordnung zur
Messung des Zustands einer Flüssigkeit, insbesondere von Öl
in einem Kraftfahrzeugmotor, zu schaffen, mit der auf besonders zuverlässige
Weise und mit genauem Ergebnis der Zustand der Flüssigkeit,
insbesondere Temperatur und Druck, insbesondere von Motoröl
gemessen werden kann.
-
Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Sensoranordnung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Bei
einer Sensoranordnung zur Messung des Zustands einer Flüssigkeit,
insbesondere von Öl in einem Kraftfahrzeugmotor, mit einem
Sensor, wobei die Sensoranordnung einen Kontaktbereich aufweist,
der dazu vorgesehen ist, in ein von der zu messenden Flüssigkeit
durchströmtes Bauteil hineinzuragen, und wobei eine Verbindung
zwischen dem Kontaktbereich und dem Sensor vorgesehen ist, ist erfindungswesentlich
vorgesehen, daß die Sensoranordnung mindestens zwei Verbindungskanäle
für die Flüssigkeit zwischen dem Kontaktbereich
und dem Sensor aufweist. Die Kanäle sind dabei so ausgestaltet,
daß ein Teil der Flüssigkeit, die durch das Bauteil strömt
zu dem außerhalb des durchströmten Bauteils positionierten
Sensor innerhalb der Sensoranordnung geführt wird. Bevorzugt
bilden die Verbindungskanäle einen Bypaß aus,
durch den die zu messende Flüssigkeit in die Sensoranordnung
hinein, zu dem Sensor und wieder aus der Sensoranordnung hinaus in
das von der zu messenden Flüssigkeit durchströmte
Bauteil geführt wird. Der Kontaktbereich reicht einige
Millimeter in das flüssigkeitsdurchströmte Bauteil,
insbesondere in einen Ölkanal einer Ölgalerie,
hinein, wodurch ein Strömungswiderstand erzeugt wird. Durch
diesen Strömungswiderstand wird eine Druckdifferenz vor
und hinter dem Kontaktbereich erzeugt. Durch diese Druckdifferenz
entsteht ein Unterdruck im Inneren der Sensoranordnung, in der sich auch
der Sensor befindet. Der Sensor wird aus diesem Grund kontinuierlich
mit Flüssigkeit, insbesondere mit Motoröl umspült.
In diesem Aufbau ist es möglich, Temperatur und Druck,
insbesondere Öltemperatur und Öldruck kontinuierlich
und unmittelbar zu messen.
-
In
bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung weist die Sensoranordnung
drei und besonders bevorzugt vier Verbindungskanäle auf.
Die Verbindungskanäle sind dabei bevorzugt symmetrisch
zueinander angeordnet, so daß die Sensoranordnung unter
beliebigem Winkel in dem von der Flüssigkeit durchströmten
Bauteil montierbar ist. Bei der Verwendung von drei, vier oder mehr
Verbindungskanälen wird immer mindestens ein Kanal oder
in einzelnen Fällen auch zwei Kanäle von der durchströmten Flüssigkeit
derart angeströmt, daß der Kanal die Flüssigkeit
aufnimmt und in die Sensoranordnung und den dort positionierten
Sensor leitet, so daß ein Bypaß gebildet ist.
-
Da
für die Temperaturmessung eine Umspülung des Sensors,
insbesondere des Multichipmoduls, unbedingt notwendig ist, entsteht
jedoch auf Grund des konstruktiven Aufbaus ein zusätzlicher
dynamischer Druck auf den Sensor, der durch das in die Sensorkammer
einfließende Öl erzeugt wird. Damit der Absolutdruck
unabhängig von dem dynamischen Öldruck gemessen
wird, weist der Drucksensor bevorzugt eine Drucksensoröffnung
auf, die von den Kanälen für die Flüssigkeit
abgewandt ist, insbesondere in Relation zu den Kanälen
rückseitig am Drucksensor angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
und eine Aussparung hinter dem Sensor ist eine Umspülung
des Sensors gegeben. Die Aussparung muß dabei derart groß sein,
daß ein ausreichend beruhigtes Ölvolumen oder
Flüssigkeitsvolumen unterhalb des Sensors vorhanden ist,
welches dennoch durch die Durchströmung kontinuierlich ausgetauscht
wird. Dadurch wird sichergestellt, daß sich die rückseitige Öffnung
im Sensormodul und damit der Zugang zur Druckmembran nicht zusetzt. Durch
die geometrische Anordnung der Drucksensoröffnung wird
der Absolutdruck unabhängig von dem dynamischen Druck gemessen.
Die Drucksensoröffnung ist daher entgegengesetzt zur Strömungsrichtung
ausgerichtet. Der dynamische Flüssigkeitsdruck, der zusätzlich
von der Flüssigkeitsgeschwindigkeit und der Flüssigkeitstemperatur
abhängig ist, kann davon unabhängig auch noch
gemessen werden.
-
Bevorzugt
weist die Sensoranordnung mehrere Sensoren, insbesondere einen Drucksensor
und einen Temperatursensor auf. Dabei sind die Sensoren bevorzugt
benachbart zueinander in der Sensoranordnung außerhalb
des Kontaktbereichs der Sensoranordnung angeordnet. In einer bevorzugten
Ausgestaltung weist die Sensoranordnung ein Multichipmodul auf,
in dem mehrere Sensoren angeordnet oder ausgebildet sind, insbesondere
ein Drucksensor und ein Temperatursensor. Die Sensoren sind in der Sensoranordnung
bevorzugt mit Abstand von dem mit der Flüssigkeit durchströmten
Bauteil angeordnet.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines
Kraftfahrzeugs mit der oben beschriebenen Sensoranordnung.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten
Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen
zeigen die schematischen Darstellungen in:
-
1:
eine erfindungsgemäße Sensoranordnung in Explosionsdarstellung;
-
2:
eine Querschnittsansicht durch einen Teil der erfindungsgemäßen
Sensoranordnung;
-
3:
einen Teil der erfindungsgemäßen Sensoranordnung,
der in das von der Flüssigkeit durchströmte Bauteil
ragt;
-
4:
eine Draufsicht auf den geschnittenen oberen Teil der erfindungsgemäßen
Sensoranordnung;
-
5:
eine perspektivische Ansicht gemäß des oberen
Teils der erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
-
6:
ein Leadframe der erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
-
7:
eine perspektivische Anordnung einer erfindungsgemäßen
Sensoranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsvariante;
-
8:
eine perspektivische Ansicht eines Teils der erfindungsgemäßen
Sensoranordnung gemäß einer dritten Ausführungsvariante.
-
In 1 ist
die erfindungsgemäße Sensoranordnung in einer
Explosionsdarstellung gezeigt. Ganz links ist eine Ringdichtung 2 dargestellt,
gefolgt von einem Flanschkörper 6, dessen vorderer
Teil 3 als Kontaktbereich oder Durchströmungsteil
bezeichnet wird, und einem hinteren Anschlußkörper 7.
Der hintere Anschlußkörper 7 weist einen
vorderen topfförmigen Bereich 15 und einen hinteren
Anschlußbereich 16 auf, durch den die elektrischen
Anschlüsse herausgeführt sind. In dem vorderen
topfförmigen Bereich 15 ist ein Sensor, der hier
als integriertes Sensormodul 8 ausgebildet ist, das auch
als Multichipmodul bezeichnet wird, angeordnet. Das Sensormodul 8 ist
auf Beinchen oder Stützen 14 erhöht montiert,
so daß ein Ölfluß unterhalb des Chipmoduls 8 möglich
ist. Innerhalb des Chipmoduls 8 ist ein Drucksensormodul 18 vorgesehen.
Auf den Anschlußkörper 7 ist im vorderen
Bereich der Flanschkörper 6 mit Hilfe eines Kunststoffkörpers
gefügt. Im äußeren vorderen Bereich des
Flanschkörpers 6 befindet sich eine Aufnahmenut 19,
in die die Ringdichtung 2 eingelegt werden kann. Damit
kann der vordere Bereich des Flanschkörpers 6,
der den Kontaktbereich 3 ausbildet, gegen ein von der zu
messenden Flüssigkeit durchströmtes Bauteil dichtend
angeschraubt werden. Das Einschrauben erfolgt mit einem Gewinde 25.
Die vordere Spitze des Kontaktbereiches 3 wird von einer
Platte 4 und den unterhalb der Platte offen liegenden Enden
der Kanäle 5 gebildet.
-
Ein
Querschnitt durch den Flanschkörper 6 mit dem
Kontaktbereich 3 ist in 2 dargestellt.
In diesem Querschnitt ist die obere Platte 4 zu erkennen,
die an einen zentralen Träger 26 und mit etwas Abstand
zu den nach oben offenen Kanälen 5 angeordnet
ist. In dieser Querschnittsansicht sind zwei Kanäle 5 zu
erkennen. Insgesamt sind bei dieser Ausführungsform vier
Kanäle 5 vorgesehen, die jeweils unter 90 Grad
zueinander angeordnet und nach oben offen sind und deren Öffnungen
somit senkrecht zum Fluß oder zur Fließrichtung
in dem von der Flüssigkeit durchströmten Bauteils
angeordnet sind. Die Platte 4 schirmt die Öffnungen
der Kanäle 5 gegen einen direkten Eintritt der
Flüssigkeit unter Druck ab. Dadurch soll der Aufbau und
die dadurch erfolgende Messung eines dynamischen Drucks weitestgehend
vermieden werden.
-
In 3 ist
ein Teil der Sensoranordnung 1 im Einbauzustand in das
von der Flüssigkeit durchströmte Bauteil 10,
hier eine Rohrleitung, dargestellt. Durch die symmetrische Ausgestaltung
der oberen Platte 4 und der vier darunter angeordneten
Kanäle 5 ist die Einbauposition von untergeordneter
Bedeutung. Unabhängig davon, wie weit die Sensoranordnung 1 in
das Bauteil 10 eingeschraubt wird, sind immer ein oder
zwei der Kanäle 5 in Fließrichtung ausgerichtet,
so daß durch ein oder zwei Kanäle 5 Flüssigkeit,
insbesondere Öl, in die Sensoranordnung hineinströmen
und aus den übrigen zwei oder drei Kanälen wieder
herausströmen und in das von der Flüssigkeit durchströmte
Bauteil 10 zurückströmen kann.
-
In 4 ist
eine Draufsicht auf einen Schnitt durch den Kontaktbereich 3 des
Flanschkörpers 6 gezeigt, so daß hier
die vier symmetrisch angeordneten Kanäle 5, durch
die die Flüssigkeit in die Sensoranordnung hinein- und
hinausströmen kann, gut erkennbar sind. Der Kontaktbereich 3 wird
auch als Durchströmungsteil bezeichnet.
-
In 5 ist
eine perspektivische Ansicht des Flanschkörpers 6 dargestellt,
in dem auch die Dichtung 2 eingelegt ist. Der Kontaktbereich 3 weist
außen ein Gewinde 25 auf. Oben auf den vier Kanälen 5 ist
mit etwas Abstand der Deckel 4 angeordnet.
-
In 6 ist
ein Leadframe 11 zur Aufnahme der Elektronik dargestellt.
Auf diesem Leadframe befindet sich das in 1 und in
den folgenden Figuren dargestellte Sensormodul 8. Bemerkenswert
ist hier die kreisförmige Ausnehmung 12, auf der
die Druckzelle 18 zur Druck- und Temperaturmessung plaziert ist.
Diese Druckzelle 18 hat eine rückseitige Meßöffnung,
die genau oberhalb der Ausnehmung 12 liegt und auf diese
Weise zugänglich ist.
-
In 7 ist
eine perspektivische Ansicht des Anschlußkörpers 7 (ohne
Gehäuse) dargestellt, der auch das im Zusammenhang mit 6 beschriebene
Sensormodul 8 mit Druckzelle 18 zeigt. Unterhalb der
Druckzelle 18 ist eine Aussparung 20, wodurch eine
verbesserte Umspülung des Sensormoduls 8 oder
Multichipmoduls erreicht wird, so daß dadurch die Temperaturmessung
optimiert wird. In dieser Ausführungsform ist ergänzend
noch ein PTC-Widerstand 23 zur zusätzlichen Temperaturmessung
benachbart zur Druckzelle 18 angeordnet.
-
In 8 ist
eine leicht abgewandelte Ausführungsform dargestellt, bei
der der PTC-Widerstand, hier mit 22 bezeichnet, im Kontaktbereich 3 angeordnet
ist und dort zur Temperaturmessung dient.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004013582
A1 [0002]
- - DE 102005013818 A1 [0002]