DE10347912B4

DE10347912B4 - Verbesserter Leiterrahmen für elektronische Schaltungen im Automobilbereich

Info

Publication number: DE10347912B4
Application number: DE10347912A
Authority: DE
Inventors: Leon Troy Bogdanov; Ralph J. Wixom Ross; Richard W. Canton Caron; Edward P. Whitmore Lake McLeskey; Eric C. Howell Myers
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2023-10-11
Also published as: US20040069060A1; JP2004132351A; DE10347912A1; US6845661B2; GB2394057A

Abstract

Vorrichtung (10) zur Erkennung einer Menge eines strömenden Fluids, die Vorrichtung umfasst:
– ein Gehäuse (12) mit einem Strömungsaufnahmebereich (36) und einem Schaltkreishohlraumbereich (34), wobei der Strömungsaufnahmebereich (36) innerhalb einer ein Fluid führenden Leitung (304) positionierbar ist und eine Strömungspassage (40) umfasst;
– eine Düse (39), die in Strömungsverbindung mit der Strömungspassage (40) steht, wobei die Düse (39) einen Düsenausgang (41) aufweist;
– ein erstes elektrisches Element (44), das in der Strömungspassage (40) am Düsenausgang (41) angeordnet ist; und
– ein mit dem ersten elektrischen Element (44) verbundenes Schaltkreismodul (32), das in dem Schaltkreishohlraumbereich (34) zur Erkennung einer Veränderung einer elektrischen Eigenschaft des ersten elektrischen Elements (44) angeordnet ist, wobei die erkann te Veränderung in der elektrischen Eigenschaft verwendet wird, um die Menge eines strömenden Fluids zu bestimmen; und
– einen homogenen Leiterrahmen (600) mit einem Verbindungsanschlussbereich (606) und einem elektrischen Befestigungsbereich (604) um elektrische Leiterbahnen...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektronische Komponenten mit leitfähigen Leiterrahmen zur Übertragung von elektrischen Signalen zu und von elektronischen Komponenten, beispielsweise integrierte Schaltkreise und Widerstandelemente.
Konventionelle Leiterrahmen, die elektrische Signale von verschiedenen elektronischen Komponenten tragen, sind aus zwei verschiedenen leitfähigen Materialien hergestellt. Beispielsweise wird in Bereichen des Leiterrahmens, die korrosiver Luftströmungsumgebung ausgesetzt sind, ein rostfreies Stahlmaterial verwendet, während die Anschlussbereiche des Leiterrahmens aus Kupfer hergestellt sind.
Jedoch treten bei diesen Leiterrahmen aus diesen Materialien signifikante Probleme auf. Zum Beispiel lassen sich die aus Kupfer hergestellten Anschlüsse sehr leicht verbiegen. Außerdem ist der Herstellungsprozess von Leiterrahmen aus zwei verschiedenen Materialien kostspielig.

Leiterrahmen werden beispielsweise bevorzugt in Massenströmungssensoren oder Luftströmungsmessgeräten eingesetzt. Beispielsweise beschreiben die Druckschriften EP 0 735 349 B1 , EP 0 323 694 B1 , EP 0 323 694 B1 und EP 0 313 089 B1 derartige Strömungssensoren oder Messgeräte, die einen Leiterrahmen beinhalten. Auch die US 2002/0078744 A1, die US 6,240,775 B1 , die US 6,185,998 B1 und die GB 2 316 750 A offenbaren Strömungsmessgeräte mit entsprechenden Leiterrahmen. Die in diesen Druckschriften beschriebenen Vorrichtungen zur Erkennung einer Menge eines strömenden Fluids und die darin enthaltenen Leiterrahmen sind unterschiedlich konstruiert und jeweils für bestimmte Anwendungsfälle ausgelegt. Die Genauigkeit der Luftmengenmessung ist jedoch nicht immer zufrieden stellend. Auch weisen die Vorrichtungen nur ein mäßiges aerodynamisches Design auf, wodurch ein relativ hoher Systemdruckabfall bewirkt wird.

Vor diesem Hintergrund ergibt sich Aufgabe, einen Leiterrahmen anzugeben, der korrosionsbeständig ist und eine verbesserte Strukturstabilität aufweist. Darüber hinaus sollte der neue und verbesserte Leiterrahmen jedoch weniger kostspielig als konventionelle Leiterrahmen sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Massenströmungssensor zur Bestimmung einer Luftmenge, die einer Brennkraftmaschine zugeführte wird, gemäß der vorliegenden Erfindung angegeben. Der Massenströmungssensor der vorliegenden Erfindung umfasst ein externes Einlasslufttemperaturelement, das die Genauigkeit der Luftmengenmessung verbessert. Außerdem ist ein externes Kaltleiterelement angeordnet, um die Reaktionszeit zu verbessern. Der Massenströmungssensor der vorliegenden Erfindung weist ein verbessertes aerodynamisches Design auf, wodurch ein niedriger Systemdruckabfall ermöglicht wird. Eine gegossene, einstückig, isolierte Strahldüse mit einem darin angeordneten Heißleiterelement wird in einer röhrenförmigen Strömungspassage des Aufnahmebereiches des Gehäuses angeordnet. Konsequenterweise wird ein verbesserter niedrigerer in nerer Strömungspassagendruckabfall erzielt. Zusätzlich erhält man ein verbessertes Signal zu Rauschverhältnis, als auch einen größeren dynamischen Bereich als vorteilhafte Konsequenz der vorliegenden Erfindung. Außerdem wird ein homogener Leiterrahmen zur Übertragung von Signalen zu und von elektronischen Komponenten, beispielsweise integrierten Schaltkreisen und Widerstandselementen angegeben.

In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein homogener Leiterrahmen aus rostfreiem Stahl angegeben.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft eine Steuerelektronik, die in einem sich länglich erstreckenden Bereich des Massenströmungssensorgehäuses oberhalb des Strömungsaufnahmebereichs angeordnet ist. Somit werden mit der vorliegenden Erfindung ein integrierter Schaltkreishohlraum und ein Strömungsaufnahmebereichs in einem Gehäuse ermöglicht.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine U-förmig geformte Strömungspassage mit einem konstanten Radius r zur Aufnahme einer Luftmenge von angesaugter Luft angegeben.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Auslass der U-förmigen Strömungspassage angegeben, der es dem Fluid ermöglicht, aus dem Bodenbereich der Strömungspassage als auch an den Seiten des Gehäuses herauszuströmen.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Messelement innerhalb der Strömungspassage am Ausgang oder Auslass der Strahldüse gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Messelement in der Mitte am Ausgang der zusammenlaufenden Düse angeordnet.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Steuerelektronik angrenzend zur Strömungspassage innerhalb des Schaltkreishohlraums angeordnet.

Weitere Aufgaben, Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden bei der Betrachtung der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche deutlich, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden.

1 ist eine Explosionsansicht eines Massenströmungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Massenströmungssensorgehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine perspektivische einer Massenströmungsgehäuseabdeckung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4a ist eine perspektivische Innenansicht einer Massenströmungsgehäuseabdeckung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4b ist eine perspektivische Außenansicht des Gehäuses mit der darauf installierten Gehäuseabdeckung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4c ist eine perspektivische Ansicht des Gehäuses mit der darauf installierten Gehäuseabdeckung gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine perspektivische Innenansicht der Elektronikabdeckung für einen Massenströmungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine Außenansicht der Elektronikabdeckung eines Massenströmungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
7a ist eine perspektivische Ansicht eines vollständig zusammengesetzten Massenströmungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
7b ist eine Schnittdarstellung durch einen Massenströmungssensor gemäß 7a gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine Schnittdarstellung durch einen Fluideinlassverteiler eines Kraftfahrzeugs mit der beispielhaften Anordnung des Massenströmungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
9a–d sind perspektivische Ansichten und Schnittdarstellungen durch eine alternative Ausgestaltung des Massenströmungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
9e ist ein berechnetes Strömungsdynamikdiagramm, das die Strömungsrichtung und Geschwindigkeit durch den Massenströmungssensor darstellt;
10 ist eine perspektivische Ansicht des Leiterrahmens gemäß der vorliegenden Erfindung; und
11 ist eine Schnittdarstellung des Massenströmungssensors mit einem darin angeordneten homogenen Leiterrahmen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Im Folgenden wird auf die 1 und 2 Bezug genommen, die eine Explosionsansicht und eine perspektivische Ansicht eines Massenströmungssensors 10 zur Berechnung der Menge eines in einer Rohrleitung strömenden Fluides gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen. Eine Anwendung oder Verwendung für einen Sensor 10 ist die Messung der zugeführten Luftmenge in eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine. Die vorliegende Erfindung umfasst jedoch auch andere Verwendungen und Anwendungen für Sensoren 10. Zum Beispiel kann der Sensor 10 zur Berechnung der Menge eines Fluides (anders als Luft), welches durch ein Rohr fließt (anders als das Luftansaugleitung einer Brennkraftmaschine) verwendet werden. Massenströmungssensoren 10 umfassen ein Gehäuse 12, eine Gehäuseab deckung 14 und eine zweite Gehäuseabdeckung 16, eine Elektronikabdeckung 18 und eine Dichtung 20.
Das Gehäuse 12 umfasst einen integrierten Steckverbinder 30, der elektrisch mit einem Schaltkreismodul 32 verbunden ist, das innerhalb eines zentralen Gehäusebereichs 34 angeordnet ist, wobei der Steckverbinder 30 Verbindungsanschlüsse (nicht gezeigt) zur elektrischen Verbindung mit einer außerhalb des Massenströmungssensor 10 angeordneten Motorsteuerung aufweist. Das Gehäuse 12 weist einen zentralen Gehäusebereich 34 auf, der auch als Schaltkreishohlraum bezeichnet wird. Angrenzende zum zentralen Gehäusebereich 34 weist das Gehäuse 12 einen einstückig befestigten Strömungsaufnahmebereich 36 auf. Der Strömungsaufnahmebereich 36 umfasst einen Einlass 38, der zu einer Düse 39 geöffnet ist. Die Düse 39 steht mit einer im Wesentlichen U-förmig geformten Strömungspassage 40 in Verbindung. Am Ende der U-förmigen Strömungspassage 40 befindet sich ein Auslass 42.
Die Düse 39 weist im Wesentlichen eine Strahldüsenkonfiguration oder -form auf. Wie später beschrieben und dargestellt werden wird, wird die Düse 39 im Wesentlichen von einer kreisförmigen Öffnung oder Einlass 38 gebildet, die auf länglich zusammenlaufende elliptische Seitenoberflächen 74 (wie in 7b gezeigt) trifft. Die länglich zusammenlaufenden elliptischen Seitenoberflächen 74 der Düse 39 erzeugen am Düsenausgang 41 einen relativ hohen Druck. Außerdem erzeugt die Strahldüsenkonfiguration der Düse 39 einen am Ausgang 41 angeordneten kritischen Bereich bei dem das Fluid eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit über den kritischen Bereich 43 aufweist. Dieser von der Düse 39 erzeugte kritische Bereich 4a verbessert die Strömungsdetektion und -messung, wie nachfolgend beschrieben wird. Um die Strömung des Fluides durch die Strömungspassage 40 weiter zu verbessern, ist an einem Ende des Gehäuses 12 ein keilförmiger Deflektor 45 in Richtung des Auslasses 42 angeordnet. Der keilförmige Deflektor 45 weist eine geneigte Oberfläche auf, die vorteilhafterweise einen Niedrigdruckbereich angrenzend zum Auslass 42 erzeugt. Wenn der Winkel der Oberfläche des Deflektors 45 (durch den Buchstaben α in 7b) in Bezug auf die Richtung der Strömung zu klein ist, wird ein unzureichender Druckabfall am Auslass 42 erzeugt. Umgekehrt wird auch ein unzureichender Druckabfall am Auslass 42 erzeugt, wenn der Winkel der Oberfläche des Deflektors 45 in Bezug auf die Richtung der Strömung zu groß ist. Vorzugsweise liegt der Winkel α der Oberfläche des Deflektors 45 zwischen 47° und 60° in Bezug auf eine horizontale Linie.
Wie in 2 dargestellt, sind mehrere Widerstandselemente 44, 46, 48 angeordnet und am Gehäuse 12 befestigt, die elektrisch mit einem Schaltkreismodul 32 über elektrische Leiter verbunden sind, beispielsweise integrierte eingegossene Leiterbahnen oder Anschlüsse. Die Widerstandselemente 44, 46, 48 umfassen ein Heißleiterelement 44 und ein Kaltleiterelement 46 und ein internes Strömungstemperaturelement 48 (IAT). Dabei verändern diese Widerstandselemente im Wesentlichen ihren Widerstand als Funktion der Temperatur, wobei das Heißleiterelement 44 einen positiven Temperaturkoeffizienten und das Kaltleiterelement 46 einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.
Das Schaltkreismodul 32 nimmt die Strömung eines Fluides, beispielsweise eine Luftströmung, durch eine Strömungspassage 40 durch das Überwachen der von diesen Widerstandselementen verbrauchten Leistung auf. Das Schaltkreismodul 32 kann als einzelner integrierter Schaltkreis oder als ein Substrat mit diskreten als auch darauf befestigten integrierten Schaltkreisen ausgebildet sein. Die aufgenommene Widerstandsänderung der Widerstandselemente wird in ein Ausgangssignal umgewandelt, das einem elektronischen Motorsteuerungssystemen (nicht dargestellt) zugeführt wird. Typischerweise regelt das elektronische Motorsteuerungssystem die Menge des dem Motor zugeführten Kraftstoffs durch Steuerung des Kraft stoff/Luftverhältnisses.
Das IAT oder Widerstandselement 48 ist im Wesentlichen ein Thermistor oder ein ähnliches Gerät. Das Widerstandselement 48 ist am Gehäuse 12 angeordnet, um eine genaue Aufnahme der Temperatur der Luftladung während eines Ladezyklusses der Brennkraftmaschine sicherzustellen. Wie in 2 gezeigt, ist das Widerstandselement 48 vorzugsweise außerhalb der Strömungspassage 40 angeordnet, um die Fluidheizeffekte, die durch die Wärmeabführung des Heißleiterelements 44 bewirkt werden, zu minimieren.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Massenströmungssensor 10 mit den Widerstandselementen 44 und 46 angegeben, wobei die Widerstände aus gewickeltem Platindraht hergestellt sind. Im Wesentlichen haben diese Elemente einen positiven Temperaturkoeffizienten. Dadurch entsprechen alle Widerstandsänderungen in den Elementen einer Temperaturveränderung in die gleiche Richtung. Das heißt, wenn die Temperatur steigt, erhöht sich der Widerstand, und wenn die Temperatur sinkt, verringert sich der Widerstand. Vorzugsweise ist das Heißleiterelement 44 an dem Ausgang 41 der Düse 39 innerhalb des kritischen Bereiches 43 angeordnet. Die Anordnung des Heißleiterelements 44 innerhalb des kritischen Bereichs 4a stellt sicher, dass das Fluid mit einem gleichmäßigen Geschwindigkeitsprofil über das Heißleiterelement 44 strömt und bewirkt, dass Wärme von der ganzen Oberfläche des Heißleiterelements 44 abgeführt wird. Somit verbessert die vorliegende Erfindung die Strömungserkennung eines Fluides.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Heißleiterelement 44 beispielsweise einen Widerstand von 20 Ω bei 21,1°C auf. Somit wird sich bei einer Temperaturerhöhung um 17,2°C der Widerstand des Heißleiterelements 44 um ungefähr 0,025 Ω erhöhen. Das Heißleiterelement 44 wird vorzugsweise verwendet, um die Geschwindigkeit des strömenden Fluides durch die Strömungspassage 40 zu erkennen, von dem die Menge der Fluidströmung durch die Strömungspassage 40 ermittelt werden kann.
Das Kaltleiterelement 46 kann beispielsweise einen nominalen Widerstand von 500 Ω bei 21,1°C aufweisen. Wenn sich die Temperatur des Kaltleiterelements 46 um 17,2°C erhöht, wird sich der Widerstand des Kaltleiterelements 46 um ungefähr 0,5 Ω erhöhen. Der primäre Zweck des Kaltleiterelements 46 ist die Bereitstellung einer Temperaturkorrektion.
Während des Betriebes wird das Heißleiterelement 44 bei ungefähr 200°C über der Umgebungstemperatur gehalten. Dies wird durch das Anordnen des Heißleiterelements 44 in eine Spannungsteilerschaltung 100 erreicht. In 3 wird eine exemplarische Spannungsteilerschaltung 100 zur Einstellung des Heißleiterelements 44 auf einen gewünschten konstanten Widerstand und Temperatur gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Spannungsteilerschaltung 100 im integrierten Schaltkreismodul 32 neben anderen Steuerschaltkreisen angeordnet. Die beispielhafte Spannungsteilerschaltung 100 umfasst zwei Spannungsteilernetzwerke 102 und 104, die mit einem Operationsverstärker 106 verbunden sind. Das Spannungsteilernetzwerk 102 hat im Wesentlichen zwei 100 Ω Widerstände 108 und 110, die ein 50-%-Spannungsteilernetzwerk bilden und den nicht invertierenden Anschluss 112 des Operationsverstärkers 106 auf die Hälfte der Ausgangsspannung der Leitung 118 ziehen. Das andere Spannungsteilernetzwerk 104 umfasst im Wesentlichen einen 25 Ω Widerstand 114, der in Reihe mit dem Heißleiterelement 44 geschaltet ist. Der invertierende Anschluss 116 des Operationsverstärkers 106 ist zwischen den Widerstand 114 und das Heizelement 44 geschaltet. Somit beginnt das Verhältnis dieses Netzwerkes 104 mit einem Verhältnis von 20 Ω zu 45 Ω, sodass der invertierende Anschluss 116 auf 20/45tel der Ausgangsspannung von Leitung 118 gezogen wird. Beispielsweise wird sich die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers an der Ausgangsleitung 118 erhöhen, wenn die Spannung am nicht invertierenden Anschluss 112 größer ist als die Spannung am invertierenden Anschluss 116. Ähnlich wird sich die Ausgangsspannung auf Leitung 118 verringern, wenn die Spannung an dem nicht invertierenden Anschluss 112 geringer ist als die Spannung am invertierenden Anschluss 116. Entsprechend wird sich die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers auf Leitung 118 um eine Spannungsmenge erhöhen oder verringern, die notwendig ist, die Spannung am nicht invertierenden Anschluss 112 auf eine Spannung zu ziehen, die der Spannung des invertierenden Anschluss 116 gleich ist.
Da das Spannungsteilernetzwerk 102 eine größere Spannung am nicht invertierenden Anschluss 112 bereitstellt, d. h. 50% der Ausgangsspannung, verglichen mit 44% am invertierenden Anschluss 116, wird der Operationsverstärker 106 die Ausgangsspannung auf Leitung 118 erhöhen. Wenn sich die Ausgangsspannung erhöht, wird die Verlustleistung des Heißleiterelements 44 bewirken, dass sich der Widerstand des Heißleiterelements 44 erhöht. Dies benötigt etwa 1/4 W Leistung in ruhiger Luft, um die Temperatur des Heißleiterelements 44 um 93,3°C zu erhöhen. Eine Temperaturerhöhung um 93,3°C erhöht den Widerstand des Heißleiterelements 44 um 5 Ω. Das Verhältnis des Heißleiterelements 44 bei der erhöhten Temperatur zum Gesamtwiderstand des Widerstandsnetzwerkes 104 bildet ein 50% Spannungsteilernetzwerk. Somit liegen der nicht invertierende Anschluss 112 und der invertierende Anschluss 116 des Operationsverstärkers 106 auf derselben Spannung, da sowohl das Spannungsteilernetzwerk 102 als auch das Spannungsteilernetzwerk 104 ein 50% Spannungsteilernetzwerk bilden. Somit wird die Temperatur des Heizelements 44 auf etwa 132,2°C gebracht.
Die Spannungsteilerschaltung 100 stellt ein Ausgangssignal auf Leitung 118 für eine elektronische Motorsteuerung (nicht gezeigt) bereit, die das richtige Kraftstoffluftverhältnis zum optimalen Motorbetrieb bestimmt, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Da es etwa, wie oben beschrieben, ¼ W be darf, um die Spannungen am nicht invertierenden Anschluss 112 und am invertierenden Anschluss 116 auszugleichen, kann die Spannung über dem Heißleiterelement 44 und dem Widerstand 115 mit der Gleichung berechnet werden: P = (V2)/R, umgestellt auf die Spannung V = (P·R)1/2 oder (0,25 × 25)1/2
Da die Spannung über den Widerständen in Reihe plus dem nominalen Ausgang des Schaltkreises 5 Volt für keine Luftströmung beträgt. Offensichtlich wird mehr Schaltungsaufwand benötigt, um den Level der Spannung zu verschieben und den Ausgang der Schaltung 100 zu verstärken.
Wenn Luft über das Heißleiterelement 44 strömt, wird Leistung in Form Wärme von dem Heißleiterelement 44 auf die Luft übertragen. Die Wärme, die von dem Heißleiterelement 44 abgeführt wird, bewirkt eine Verringerung des Widerstandes des Heißleiterelementes 44. Eine Verringerung des Widerstandes bewirkt eine Verringerung der an dem invertierenden Anschluss 116 anliegenden Spannung. Entsprechend wird sich die Ausgangsspannung auf Leitung 118 erhöhen, was eine höhere von dem Heißleiterelement 44 verbrauchte Leistung bewirkt. Dadurch, dass die verbrauchte Leistung des Heißleiterelementes 44 steigt, wird bewirkt, dass sich die Temperatur des Heißleiterelementes 44 erhöht und auf 132,2°C zurückkehrt. Wenn diese Temperatur erreicht ist, sind die Spannungen an den Anschlüssen 512 und 516 des Operationsverstärkers 506 auf gleichem Niveau.
Da die Schaltung den Widerstand des Heißleiterelements 44 regelt, ist der Ausgang der Schaltung 500 auf Leitung 518 proportional zur Quadratwurzel der verbrauchten Leistung von dem Heißleiterelement 44 multipliziert mit 2 minus 5 Volt, zum Beispiel. Die nominale Verlustleistung des Heißleiterelements 44 beträgt ¼ Watt. Das ist die Menge an Leistung, die erforderlich ist, um das Heißleiterelement 44 bei 132,2°C zu halten. Jegliche Hitze, die von dem Heißleiterelement 44 entfernt wird, wird durch die Anwendung von mehr Leistung auf das Heißleiterelement 44 ersetzt. Der Widerstand des Heißleiterelements 44 wird auf 25 Ω eingestellt, somit kann der Widerstand als konstant betrachtet werden. Die abgeführte Leistung ist gleich der Leistung, die aufgewendet wird, minus der erforderlichen Menge, um das Heißleiterelement 44 bei 132,2°C zu halten. Umgestellt nach der Spannung erhält man: V = (P × R)1/2
Jede Erhöhung der Leistung, die auf das Heißleiterelement 44 angewendet wird, wird auch auf den 25 Ω Widerstand 514 angewendet. Somit wird die Spannung, die notwendig ist, um die von dem Heißleiterelement 44 abgeführte Leistung zu kompensieren, verdoppelt.
Für einen richtigen Betrieb des Sensors 10 ist es erforderlich, die Temperatur des Heißleiterelements 44 bei 200°C über der Umgebungstemperatur zu halten. Wenn die Umgebungstemperatur konstant ist, besteht keine Notwendigkeit für eine Temperaturkorrektur. Das heißt, eine konstante Temperaturdifferenz garantiert, dass dieselbe Menge an Leistung von dem Heißleiterelement 44 für eine gegebene Luftströmung abgeführt wird. Bei einem in ein Fahrzeug eingebauten Massenströmungssensor 10 (Siehe 8) ist die Umgebungsluft jedoch nicht konstant. Typischerweise ist der Massenströmungssensor 10 Temperaturen im Frostbereich und über dem Siedepunkt ausgesetzt. Somit werden Luftströmungstemperaturen, die niedriger als erwartet sind, eine größere als die gewünschte Ausgangsspannung bewirken und Luftströmungstemperaturen, die höher sind als erwartet, werden eine niedrigere als die gewünschte Ausgangsspannung bewirken.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Temperaturkorrektur, um die in ei nem Fahrzeug vorherrschende variable Umgebungstemperaturbedingung zu kompensieren. Die Temperaturkorrektur wird durch die Verwendung eines Kaltleiterelements 46 erreicht. Das Kaltleiterelement 46 wird in das Spannungsteilernetzwerk 102 anstelle des Widerstandes 110 gesetzt, wie in 3 dargestellt. Die Schaltung 100 verwendet das Kaltleiterelement 46 zur Temperaturkompensation. Das Kaltleiterelement 46 wird von dem Gehäuse 12 abgestützt und ist in dem Luftstrom außerhalb der Strömungspassage 40 angeordnet. Durch das Platzieren des Kaltleiterelements 46 im Luftstrom wird es ermöglicht, dass die Schaltung schnell auf Veränderungen der Umgebungstemperatur reagiert. Die Temperatur des Kaltleiterelements 46 folgt den Temperaturänderungen der einströmenden Luft. Da der Widerstand des Kaltleiterelements (500 Ω) relativ groß ist, verglichen zum Spannungsabfall über dem Kaltleiterelement, ist die Verlustleistung sehr klein. Beispielsweise liegt der Widerstand des Kaltleiterelements 46 bei 21,1°C bei 500 Ω mit einem Spannungsabfall von 2,5 Volt. Jedoch beträgt die Verlustleistung am Kaltleiterelement 46 0,0125 Watt, was dazu führt, dass die Temperatur sich um 12,2°C erhöht.
Der Widerstand des Kaltleiterelements 46 wird entsprechend um 5 Ω erhöht und das Widerstandsverhältnis des Spannungsteilernetzwerkes 102 wird verändert. Zum Beispiel würde die Spannung, die am nicht invertierenden Anschluss 112 anliegt, V₅₁₂ = 505/1005 oder 50,25% der Ausgangsspannung auf der Leitung 518 sein. Umgekehrt wird das Widerstandsnetzwerk 504 auch ein Verhältnis von 50,25% der Ausgangsspannung bilden. Somit müsste, um dasselbe Widerstandsverhältnis zu bilden, der Widerstand des Heißleiterelements 44 auf 25,5 Ohm gehalten werden, um dasselbe Widerstandsverhältnis von 50,25% zu erhalten, somit wird das Heißleiterelement 44 auf 200°C über dem Kaltleiterelement 46 oder 137,7°C gehalten, wenn die Umgebungstemperatur bei 21,1°C liegt. Das Kaltleiterelement 46 liegt bei 12,2°C über der Umgebungstemperatur von 21,1°C. Somit wird die Temperaturdifferenz, die notwendig ist, um Extremwerte der Umgebungs tmperatur zu handhaben, beibehalten. Der nominale Ausgang dieser Schaltung 100 ist immer noch 5 Volt. Es wird ein ¼ Watt an Leistung benötigt, um die Temperatur des Heißleiterelements 44 um 93,3°C zu erhöhen. Durch das Auflösen der Leistungsgleichung für den Strom ergibt sich I = (P/R1/2).
Somit beträgt der Strom durch das Heißleiternetzwerk 0,099503A ((0,25/25)^1/2). Die Ausgangsspannung ist dann (0,099503·50,25), was in etwa 5 Volt entspricht. Die Schaltung in 3 kann dynamisch an die Umgebungslufttemperaturveränderungen angepasst werden, da die Veränderung in dem Kaltleiternetzwerk direkt proportional zu den Eigenschaften des Heißleiternetzwerkes ist.
Die Werte der Widerstände und die Widerstandsänderungen dienen nur der exemplarischen Erklärung, wobei ohne weiteres andere Werte verwendet werden können.
Im Folgenden wird auf die 4a und 4b Bezug genommen, die eine perspektivische Ansicht der Gehäuseabdeckung 14 zeigen, gemäß der vorliegenden Erfindung. 4a zeigt eine Innenansicht der Gehäuseabdeckung 14 und 4b zeigt eine Außenansicht der Gehäuseabdeckung 14. Die Gehäuseabdeckung 14 ist fest mit dem Gehäuse 12 (wie in 4c gezeigt) entlang eines hervorstehenden Randes 60 und 62 verbunden. Der Rand 62 steht von der inneren Oberfläche 64 der Gehäuseabdeckung 14 hervor und greift abdichtend in den Kanal 44, der auf der Oberfläche 52 um den Umfang der Strömungspassage 40 herum angeordnet ist, ein und bildet somit eine abgeschlossene und abgedichtete Strömungspassage 40. Die Gehäuseabdeckung 14 umfasst weiter eine Fensteröffnung 66 zur Bereitstellung eines Zugangs zu dem integrierten Schaltkreis 32 (wie in 4c gezeigt) während der Herstellung. Zum Beispiel ermöglicht die Fensteröffnung 66 einen Zu gang zum integrierten Schaltkreis 32 während der Kalibration im Herstellungsprozess. Weiter ist der integrierte Schaltkreis 32, wie in 4c gezeigt, mit verschiedenen Anschlüssen und/oder Bondpads, die in dem Gehäuse 12 angeordnet sind, über Bonddrähte 79 verbunden.
In 4b wird ein Kanal 68 um den Umfang der Fensteröffnung 66 herum gezeigt, um die zweite Gehäuseabdeckung 16 mit der Gehäuseabdeckung 14 eingreifend abzudichten. Weiter wird es der Luft über die Seitenöffnungen 70 ermöglicht, aus der Strömungspassage 40 auf beiden Seitenoberflächen 72 und der Gehäuseabdeckung 14 herauszuströmen. Ein schräger Bereich 75 ist in der Oberfläche 72 angeordnet, um die passierende Luft über einen Trichter über die Oberfläche in Richtung Kaltleiterelement 46 zu richten.
Eine perspektivische Innenansicht der zweiten Gehäuseabdeckung 16 ist in 5 dargestellt. Die Abdeckung 16 umfasst einen umlaufenden hervorstehenden Rand 80, der mit der Gehäuseabdeckung 14 entlang des Umfangs der Fensteröffnung 46 und innerhalb des Kanals 68 eingreifend abdichtet ist. Die zweite Gehäuseabdeckung 60 ist im Wesentlichen flach ausgebildet und kann aus einem Wärme leitenden Material ausgebildet sein, beispielsweise aus einem Metall zur Abführung der vom integrierten Schaltkreismodul 32 erzeugten Wärme. Wie in 1 gezeigt, weist die zweite Gehäuseabdeckung 16 eine im Wesentlichen ebene Außenoberfläche 84 auf. Nachdem die zweite Gehäuseabdeckung 16 auf der Gehäuseabdeckung 14 positioniert ist, bilden sowohl die Gehäuseabdeckung 14 und die zweite Gehäuseabdeckung 16 eine sich länglich ausgedehnte und im Wesentlichen ebene Oberfläche, um den Luftstrom um den Sensor herum nur minimal zu stören.
Eine perspektivische Ansicht der Elektronikabdeckung 18 ist in 6 dargestellt. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der integrierte Schaltkreis 32 mit der Abdeckung 18 verbunden, wobei der resultierende Schaltkreis und die Abdeckungsbaugruppe in das Gehäuse 12 ab dichtend eingesetzt werden. Die Elektronikabdeckung 18 hat einen hervorstehenden Rand 83, der sich von der Oberfläche 45 der Elektronikabdeckung 18 absteht. Der vorstehende Rand 83 greift abdichtend in einen korrespondierenden (nicht dargestellten) Kanal ein, der in dem Gehäuse 12 angeordnet ist, um ein wetterresistentes Sensorgehäuse bereitzustellen. Vorzugsweise dient die Elektronikabdeckung 18 als Kühlkörper, um die vom Schaltkreis 32 erzeugte Wärme abzuführen. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Kühlkörper 18 aus einem metallischen Material oder aus einem Material mit ähnlichen Wärmeleiteigenschaften hergestellt.
Eine perspektivische Ansicht eines vollständig montierten Massenströmungssensors 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 7a dargestellt. Am Gehäuse 12 ist ein einstückig ausgebildeter Flansch 19 angeordnet, der eine Vielzahl von Befestigungsöffnungen 92 und 94 umfasst. Die Befestigungsöffnungen 92 und 94 nehmen nicht dargestellte Verschlüsse, wie Schrauben, zur Sicherung des Sensors 10 an einer Befestigungsoberfläche auf. Außerdem weist der Flansch 90 eine Verbindungsoberfläche 96 zur passenden Verbindung mit einer Motorluftansaugleitung (304) (gezeigt in 8), wie es weiter unter beschrieben werden wird. Eine Dichtung 20 ist vorgesehen, um in eine Flanschleiste oder Kante 98 einzugreifen. Die Dichtung 20 ist zwischen dem Motoransaugleitung 304 und dem Flansch 90 angeordnet, um eine luftdichte Abdichtung zwischen dem Massenströmungssensor 10 und der Luftansaugleitung 304 bereitzustellen.
Wie in 7a dargestellt, strömt Luft in den Einlass 38 eines Massenströmungssensors 10 in eine Richtung, wie durch den Pfeil i angedeutet, und aus dem Auslass 42 heraus, in eine Richtung, wie durch die Pfeile o angedeutet. Der Einlass 38 ist im Wesentlichen kreisförmig und weist, wie in 7b dargestellt, einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt 74 auf.
7b zeigt die elliptischen Oberflächen 74, die den Umfang des Einlasses 38 und der Düse 39 definieren. Jedoch laufen die elliptischen Oberflächen 74 entlang der Längsachse 202 zusammen und bilden einen Einlass 38 und eine Düse 39 mit einer länglich zusammenlaufenden elliptischen Oberfläche. Diese Einlass- 38 und Düsenkonfiguration 39 ist als Strahldüse bekannt. Weiter ist es bekannt, dass diese Strahldüsenkonfiguration einen kritischen Bereich 43 am Ausgang 41 der Düse 39 mit einer gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit des Fluides bildet. Wie bereits oben beschrieben, weist die vorliegende Erfindung eine verbesserte Genauigkeit auf, verglichen mit dem Stand der Technik, da z. B. das Heißleiterelement 44 in dem kritischen Bereich 43 angeordnet ist und gleichmäßig von der einströmenden Luft gekühlt wird.
In 8 wird ein Massenströmungssensor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, der beispielsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Typischerweise weist ein Kraftfahrzeug einen Luftansaugverteiler 300 zur Zufuhr von Frischluft zum Fahrzeugmotor (nicht dargestellt) auf. Im Wesentlichen umfasst der Luftansaugverteiler 300 einen Filter 302 zur Filterung der angesaugten Luft und zur Entfernung von Verschmutzungen.
Der Luftansaugverteiler 300 ist typischerweise an einer Luftleitung 304 oder Luftrohr 304 befestigt, um die saubere Luft dem Fahrzeugmotor zuzuführen. Der Massenströmungssensor 10 ist in der Luftleitung 304 angeordnet und durch eine Öffnung 306 in der Luftleitung 304 positioniert und sicher befestigt. Außenluft wird in Richtung der Pfeile A in den Luftansaugverteiler 300 angesaugt und strömt durch den Luftansaugverteiler 300, wie durch die Pfeile a' und a'' angedeutet. Wenn diese angesaugte Luft die Luftleitung 304 erreicht, strömt ein Teil der angesaugten Luft in den Massenströmungssensor 10, wie durch den Pfeil i angedeutet und aus dem Massenströmungssensor 10 heraus, wie durch den Pfeil o angezeigt. Die gesamte angesaugte Luft verlässt die Luftleitung 304 und wird dem Fahrzeugmotor zugeführt, wie durch den Pfeil e angedeutet. Aus den Messungen und Berechnungen des integrierten Schaltkreismoduls 32 erhält man elektrische Steuersignale mit Informationen über die Luftmenge, die durch die Luftleitung 304 strömt, die den elektronischen Steuerungssystemen des Fahrzeuges über den Steckverbinder 308 und den Kabelbaum 310 zugeführt werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Baugruppe und ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Massenströmungssensors 10. In einem ersten Schritt werden die Widerstandselemente elektrisch mit dem Gehäuse durch Benutzung von Lötmaterial oder andersartigem Material oder einem anderen Bondprozess (z. B. Widerstandsschweißen) verbunden. Im nächsten Schritt werden die Elektronikabdeckung 18 und der integrierte Schaltkreis 32 in dem Gehäuse 12 durch Benutzung von Klebstoff oder andersartigem Material befestigt. Im nächsten Schritt wird die Gehäuseabdeckung 14 mit dem Gehäuse 12 verbunden und mit diesem durch die Verwendung von Klebstoff oder andersartigem Material verbunden. Im nächsten Schritt wird diese Baugruppe in einen Ofen oder in eine andere Umgebung platziert, die geeignet ist, um den Klebstoff auszuhärten. In einem nächsten Schritt wird das integrierte Schaltkreismodul 32 mit den Anschlüssen und/oder Bondpads am Gehäuse 12 verbondet. Im nächsten Schritt wird das integrierte Schaltkreismodul 32 kalibriert und/oder angepasst und/oder Widerstände innerhalb des Schaltkreismoduls 32 eingestellt. Im nächsten Schritt wird die zweite Gehäuseabdeckung 16 mit dem Gehäuse 12 verbunden und damit unter Benutzung eines Klebstoffes oder anders gearteten Materials verbunden. Im letzten Schritt wird der Sensor 10 getestet, um die richtige Funktion unter verschiedenen Betriebszuständen und Umgebungsbedingungen sicherzustellen.
Im Folgenden wird auf die 9a bis 9e Bezug genommen, die ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Gehäuses 412 für einen Luftmassenströmungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen. Wie in den vor herigen Ausführungsbeispielen weist das Gehäuse 412 eine Verbindungsseite 430 mit elektrischen Anschlüssen 415 auf, um elektrische Signale von dem Luftmassenströmungssensor zu externen nicht dargestellten Schaltkreisen zu führen, wie in der perspektivischen Ansicht von 9a und in der Schnittdarstellung von 9b gezeigt. Die Anschlussseite 414 weist außerdem einen Flansch 490 auf, der es ermöglicht, das Gehäuse 412 beispielsweise an einer Luftleitung 304 eines Lufteinlasses eines Motors (siehe 8) zu befestigen.
Zusätzlich weist das Gehäuse 412 einen zentralen Bereich 418 und eine Luftaufnahmeseite 424 auf. Der zentrale Bereich 418 umfasst eine Öffnung 466, um ein Schaltkreismodul 432 aufzunehmen. Auf der Luftaufnahmeseite 424 ist eine Luftaufnahmepassage 426 angeordnet. Die Luftaufnahmepassage 426 umfasst einen Einlass 428, einen Aufnahmekanal 440 und einen Auslass 442. Der Aufnahmekanal 440 ist in die Luftaufnahmeseite 424 eingegossen oder integriert. Insbesondere weist der Aufnahmekanal 440 zwei Bereiche auf, einen Gehäusebereich 440a und einen Gehäuseabdeckungsbereich 440b, wie in den 9a und 9c gezeigt. Der Gehäusebereich 440a ist in das Gehäuse 412 eingegossen oder integriert und der Gehäuseabdeckungsbereich 440b ist in die Gehäuseabdeckung 414 eingegossen oder integriert. Wenn die Gehäuseabdeckung 414 mit dem Gehäuse 412 verbunden wird, verbinden sich die zwei Bereiche, der Gehäusebereich 440a und der Gehäuseabdeckungsbereich 440b, um einen gleichmäßigen röhrenförmigen Aufnahmekanal 440 zu bilden.
Um die Strömung des Fluides durch den Aufnahmekanal 440 weiter zu verbessern, ist ein keilförmiger Deflektor 445 an einer Seite des Gehäuses 412 stromaufwärts zum Auslass 442 angeordnet. Der keilförmige Deflektor 445 weist eine Oberfläche auf, die derart geneigt ist (in Bezug auf eine Horizontale), um einen vorteilhaften Niedrigdruckbereich angrenzend zum Auslass 442 zu erzeugen. Wenn der Winkel der Oberfläche des Deflektors (445) in 9b (durch den Buchstaben α angezeigt) zu niedrig in Bezug auf die Richtung der Strömung ist, wird ein unzureichender Druckabfall an den Ausgang 442 erzeugt. Entgegengesetzt wird, wenn der Winkel der Oberfläche des Deflektors 445 zu groß in Bezug zur Richtung der Strömung (und der horizontalen Linie h) ist, auch ein unzureichender Druckabfall an dem Auslass 442 erzeugt. Vorzugsweise liegt der Winkel der Oberfläche vom Deflektor 445 zwischen 47° und 60° in Bezug auf die horizontale Linie h.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der Aufnahmekanal 440 einen Ausdehnungsröhrenbereich 431, einen Richtungsumkehrbereich 433 und einen Kanalausgangsbereich 435. Der Ausdehnungsröhrenbereich 431 weist eine Länge l_e (siehe 9e) auf und erstreckt sich von dem Düsenausgang zu dem Anfang des Richtungsumkehrbereiches 433. Der Richtungsumkehrbereich 433 ist halbkreisförmig geformt und erstreckt sich von dem Ausdehnungsröhrenbereich 431 zum Kanalausgangsbereich 435. Außerdem weist der Richtungsumkehrbereich 433 eine innere Wand mit einem konstanten inneren Radius R_i und eine Außenwand mit einem konstanten Außenradius R_o (siehe 9e) auf. Somit ermöglicht der erfindungsgemäße Aufnahmekanal 430 einen Fluss oder eine Strömung eines Fluides mit reduzierten Trbulenzen.
In der Luftaufnahmepassage 426 ist ein Wärmesensor 444 angeordnet. Der Wärmesensor 444 ist mit dem Schaltkreismodul 432 zur Detektion und zur Signalverarbeitung von elektrischen Signalen verbunden, die eine Änderung der Verlustleistung des Wärmesensors 444 anzeigen. Verarbeitete und/oder angepasste Signale werden dann über elektrische Leiterbahnen zu den Anschlüssen 415 geführt, um externen Schaltkreisen zugeführt zu werden.
Der Einlass 428 der Luftaufnahmepassage 426 ist derart konfiguriert, dass er eine elliptisch zusammenlaufende innere Oberfläche 474 aufweist, die eine Strahlendüse 439, wie in 9b gezeigt, bildet. Der Wärmesensor 444 ist an einem Ausgang 438 der Strahldüse 439 angeordnet. Der Aufnahmekanal 440 der Luftaufnahmepassage 426 ist vorzugsweise wieder röhrenförmig ausgebildet. Außerdem weist der Strahldüsenausgang 438 einen Durchmesser e auf, der geringer ist als der Durchmesser t des röhrenförmigen Aufnahmekanals 440, wie in der teilweise vergrößerten Ansicht der Aufnahmeseite 424 der 9d gezeigt. Die verschiedenen Durchmesser des Strahlendüsenausgangs 438 und des röhrenförmigen Kanals 440 erzeugen einen Übergangsbereich 460 an einem Interface des Düsenausgangs 438 und des Aufnahmekanals 440. In diesem Übergangsbereich 460 wird ein vollständig ringförmiger Wirbel erzeugt. Derartig gesteuerte vollständig ringförmige Wirbel drehen sich innerhalb des Übergangsbereichs 460 und erzeugen ein Flüssigkeitslager 502, das sich umfänglich um den Düsenausgang 438 (siehe 9e) ausdehnt. Das Flüssigkeitslager 502 erzeugt einen im Wesentlichen reibungslosen Bereich in dem Übergangsbereich 460, der die Strömung oder den Fluidfluss durch den Aufnahmekanal 440 verbessert oder fördert.
Mit speziellem Bezug auf 9e wird ein berechnetes Strömungsdynamikdiagramm dargestellt, das die Richtung und die Geschwindigkeit der Strömung anzeigt, die durch den Aufnahmekanal 440 fließt. Wie dargestellt strömt das Fluid in den Einlass 428 und die Geschwindigkeit und der Druck des Fluides erhöhen sich, wenn das Fluid durch den Düsenausgang 438 strömt. An dem Übergang von dem Düsenausgang 438 zur Aufnahmekanalöffnung 440 fallen der Druck und die Geschwindigkeit des Fluides dramatisch aufgrund des Kanaldurchmessers t, der größer ist als der Durchmesser e des Düsenausgangs 438 (gezeigt in 9d), ab. Wie zuvor festgestellt, umfasst der Aufnahmekanal 440 einen Ausdehnungsröhrenbereich 431 mit einer Ausdehnungsröhrenlänge l_e. Der Ausdehnungsröhrenbereich 431 weist im Wesentlichen gerade Wände und Verläufe zwischen dem Düsenausgang 438 und dem Eingang 514 des Richtungsumkehrbereiches 433 des Aufnahmekanals 440 auf. Die Länge des Ausdehnungsröhrenbereichs 431 ist vor herbestimmt, sodass bei maximaler Strömungsgeschwindigkeit das Fluid die Wand 510 des Ausdehnungsröhrenbereichs 431 berührt oder kontaktiert, bevor das Ende 512 des Ausdehnungsröhrenbereichs 431 erreicht wird. Das Flüssigkeitslager 502 erzeugt einen niedrigen Druck an dem Düsenausgang 438. Dadurch wird das Fluid durch die Düse und in den Aufnahmekanal 440 an die Wand 510 des Aufnahmekanals 430 gezogen und somit verhindert, dass das Fluid erneut zurück in den Aufnahmekanal 430 zirkuliert. Somit weist die vorliegende Erfindung viele Vorteile in Bezug auf den Stand der Technik auf. Zum Beispiel weist die vorliegende Erfindung einen verbesserten dynamischen Bereich auf, so dass die Massenströmung bei sehr niedrigen Fluidansauggeschwindigkeiten als auch bei sehr hohen Fluidansauggeschwindigkeiten bestimmt werden kann.
10 zeigt einen Leiterrahmen 600 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Übertragung von elektrischen Signalen zu und von den elektronischen Komponenten, die innerhalb des Massenströmungssensors 10 befestigt sind und zu elektronischen Komponenten die außerhalb des Sensors 10 befestigt sind. Der Leiterrahmen 600 umfasst einen Verbindungsanschlussbereich 602 und einen elektrischen Gerätebefestigungsbereich 604. Die Verbindungsanschlüsse 602 arbeiten mit dem Gehäuseverbindungsendbereich 605 zusammen und bilden einen elektrischen Steckverbinder. Der Gehäuseverbindungsendbereich 605 des Steckverbinders wird in eine Steckdose eines Steckdosenendbereichs eingeführt, wobei die Verbindungsanschlüssen 606 auf bekannte Art und Weise in diesen nicht dargestellten Steckdosenendbereich eingeführt werden.
Der Gerätebefestigungsbereich 604 umfasst elektrische Kontaktpads 608 zur Verbindung des Leiterrahmens 600 mit elektrischen Geräten, beispielsweise integrierten Schaltkreisen oder Widerständen. Der Leiterrahmen 600 wird vor der Montage in das Sensorgehäuse 12 vorzugsweise von einem Leiterrahmenstabilisierungsträger 610 zusammengehalten. Während der Herstel lung des Sensors 10 wird der Leiterrahmen 600 in eine Sensorgehäuseform (nicht dargestellt) eingesetzt, wobei ein Einsatzgießprozess durchgeführt wird. Nachdem das Gehäuse ausgehärtet ist, bilden die Stabilisierungsträger 610 unterschiedliche elektrischen Leiterbahnen.
11 zeigt eine Schnittdarstellung eines Sensorgehäuses 650 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem darin eingegossenen Leiterrahmen 600. Die im Steckerbereich 652 angeordneten Verbindungsanschlüsse 606 bilden die elektrische Verbindung zu einem Steckdosenbereich (nicht dargestellt) in bekannter Art. Das problematische Verbiegen oder Beschädigen der Verbindungsanschlüsse 606 während des Einsteckens des Steckerbereichs 605 in den Steckdosenendbereich wird von der vorliegenden Erfindung überwundenes. Der Leiterrahmen 606 der vorliegenden Erfindung ist aus einem homogenen Material mit sehr guten strukturellen und korrosionsbeständigen Eigenschaften hergestellt, beispielsweise ist der Leiterrahmen 600 aus rostfreiem Stahl oder ähnlichem Material hergestellt. Durch den rostfreien Stahl erhalten die Verbindungsanschlüsse 606 eine verbesserte Strukturstabilität. Darüber hinaus wird durch den rostfreien Stahlleiterrahmen 606 die Korrosion des Leiterrahmens 600, insbesondere in den elektrischen Befestigungsbereichen 608, die einer korrosiven Umgebung ausgesetzt sind, verhindert.
Darüber hinaus ist der Leiterrahmen 600 der vorliegenden Erfindung so ausgebildet, dass er eine verbesserte Gesamtgehäusestrukturstabilität aufweist. Beispielsweise umfasst ein Bereich des Leiterrahmens 600 die Leiterbahnen 612 und 614, die sich entlang der Längsrichtung des Gehäuses 650 erstrecken. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine verbesserte Strukturstabilität entlang der Längsachse des Gehäuses 650. Das erfindungsgemäße Gehäuse 650 kann insbesondere rauen Umgebungen widerstehen, da es hohen Beschleunigungen oder Vibrationsfeldern ausgesetzt ist.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auch auf andere Verwendungen und Anwendungen für Leiterahmen 600. Zum Beispiel kann der Leiterrahmen 600 in andersartigen Sensoren oder elektrischen Modulen verwendet werden. Der Leiterrahmen 600 der vorliegenden Erfindung ist insbesondere in Sensoren oder elektrischen Modulen einsetzbar, die rauen und korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind, beispielsweise im Automobilbereich, in dem die Sensoren oder elektronischen Module außerhalb des Fahrzeugs oder innerhalb des Fahrzeugmotorbereichs angeordnet sind.
Die vorliegende Diskussion offenbart und beschreibt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Fachmann wird jedoch leicht aus der Diskussion und den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen erkennen, dass Veränderungen und Modifikationen an der Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem Bereich der Erfindung, der in den folgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

Vorrichtung (10) zur Erkennung einer Menge eines strömenden Fluids, die Vorrichtung umfasst: – ein Gehäuse (12) mit einem Strömungsaufnahmebereich (36) und einem Schaltkreishohlraumbereich (34), wobei der Strömungsaufnahmebereich (36) innerhalb einer ein Fluid führenden Leitung (304) positionierbar ist und eine Strömungspassage (40) umfasst; – eine Düse (39), die in Strömungsverbindung mit der Strömungspassage (40) steht, wobei die Düse (39) einen Düsenausgang (41) aufweist; – ein erstes elektrisches Element (44), das in der Strömungspassage (40) am Düsenausgang (41) angeordnet ist; und – ein mit dem ersten elektrischen Element (44) verbundenes Schaltkreismodul (32), das in dem Schaltkreishohlraumbereich (34) zur Erkennung einer Veränderung einer elektrischen Eigenschaft des ersten elektrischen Elements (44) angeordnet ist, wobei die erkann te Veränderung in der elektrischen Eigenschaft verwendet wird, um die Menge eines strömenden Fluids zu bestimmen; und – einen homogenen Leiterrahmen (600) mit einem Verbindungsanschlussbereich (606) und einem elektrischen Befestigungsbereich (604) um elektrische Leiterbahnen von elektrischen Elementen (44, 46, 48) und einem Schaltkreismodul (32) zu dem Verbindungsanschlussbereich (606) bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das elektrische Element (44) am Düsenausgang (41) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter enthaltend ein zweites elektrisches Element (46, 48), das außerhalb der Strömungspassage (40) am Gehäuse (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der homogene Leiterrahmen (600) aus rostfreiem Stahl besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Düsenausgang (41) einen Durchmesser e aufweist, der kleiner als ein Durchmesser t der Strömungspassage (40) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Flüssigkeitslager (502) am Übergang vom Düsenausgang (41) zur Strömungspassage (40) erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strömungspassage (40) einen Umkehrrichtungsbereich zum Umkehren der Strömung aufweist, der Umkehrströmungsbereich weist eine halbkreisförmige Form auf.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Strömungspassage (40) einen Ausdehnungsröhrenbereich (431) aufweist, der Ausdehnungsröhrenbereich (431) hat eine Ausdehnungsröhrenlänge 1e, so dass bei maximaler Strömungsgeschwindigkeit das Fluid die innere Wand (510) des Ausdehnungsröhrenbereichs (431) berührt, bevor es den Richtungsumkehrbereich (433) erreicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter enthaltend eine Gehäuseabdeckung (14), die am Gehäuse (12) fixierbar ist, um den Strömungsaufnahmebereich (36) und den Schaltkreishohlraumbereich (34) zu verschließen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter enthaltend einen Kühlkörper (18), der der thermisch mit dem Schaltkreismodul (32) gekoppelt ist, um die vom Schaltkreismodul (32) erzeugte Hitze oder Wärme abzuführen.