DE29505777U1 - Meßvorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums - Google Patents

Description

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28.03.95 Sc/Ge

ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart 10

Meßvorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums
15

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Meßvorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums nach der Gattung des Anspruchs 1. Es ist schon eine Meßvorrichtung bekannt (DE-OS 38 44 354), die ein Substrat aus Keramik besitzt, das mit seinem festen Ende in einer Trennebene zwischen einer ersten Gehäusehälfte und einer zweiten Gehäusehälfte untergebracht ist. Das Substrat wird dabei von einem an der ersten Gehäusehälfte vorgesehenen, zungenförmigen Stützelement teilweise an seiner ünterfläche gehalten, wodurch sich eine höhere Bruchsicherheit des Substrats ergibt.

Zur Messung der Masse des strömenden Mediums besitzt das Substrat einen temperaturabhängigen Sensorbereich, der sich aus einzelnen, auf dem Substrat aufgebrachten Widerstandsschichten zusammensetzt, die wenigstens einen Heizwiderstand und wenigstens einen temperaturabhängigen Meßwiderstand umfassen. Zur Messung wird der Meßwiderstand in bekannter Weise mittels des Heizwiderstandes auf eine weit oberhalb der Temperatur des strömenden Mediums liegende

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Übertemperatur aufgeheizt und vom Heizwiderstand auf dieser gehalten, so daß der Meßwiderstand im wesentlichen aufgrund von Konvektion, abhängig von der vorbeiströmenden Masse des Mediums, eine bestimmte Wärmemenge an das strömende Medium abgibt. Der Heizwiderstand ist auf dem Substrat in gutem Wärmekontakt zum Meßwiderstand angeordnet, um dessen Übertemperatur möglichst konstant zu halten. Der Meßwiderstand hat einen von der Temperatur abhängigen Widerstandswert, so daß eine Änderung der Übertemperatur eine Änderung seines Widerstandswertes bewirkt, wobei eine mit dem Meßwiderstand und dem Heizwiderstand verbundene Regelschaltung verstimmt wird. Bei einer Verstimmung der Regelschaltung durch den Meßwiderstand ändert diese den Heizstrom oder die Heizspannung des Heizwiderstandes, um so die Übertemperatur des Meßwiderstandes konstant zu halten, wobei der zur Aufrechterhaltung der Übertemperatur des Meßwiderstandes erforderliche Heizstrom oder die Heizspannung des Heizwiderstandes ein Maß für die Masse des strömenden Mediums ist.

Im eingangs erwähnten Stand der Technik ist das Substrat mittels einer Klebschicht direkt an die erste Gehäusehälfte beziehungsweise an das Stützelement angeklebt. Die erste Gehäusehälfte und das Stützelement sind einteilig aus Metall ausgebildet und verfugen daher über eine im Vergleich zu den Widerständen des Substrats große Wärmekapazität, so daß sich im beheizten Zustand des Substrats neben dem an das strömende Medium konvektiv abgegebenen Wärmestrom auch ein vom Substrat über das metallene Stützelement abfließender 0 Wärmestrom einstellt. Dieser hängt jedoch nicht von der Masse des strömenden Mediums ab und verfälscht daher das Meßergebnis. Weithin bewirkt der vom Substrat über das Stützelement abfließende Wärmestrom, daß eine längere Zeit notwendig ist, um durch Aufheizen mittels des Heizwiderstandes die erforderliche Übertemperatur am

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Meßwiderstand einzustellen, wodurch sich beim Betrieb auch die Ansprechzeit auf Änderungen der Masse des strömenden Mediums verlängert.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß ein vom Substrat zum Stützelement fließender Wärmestrom nahezu vollständig reduziert wird, so daß sich ein präzises Meßergebnis einstellt. Die Reduzierung des Wärmestroms bewirkt zusätzlich eine kürzere Aufheizzeit zum Erreichen der erforderlichen Übertemperatur am Meßwiderstand, wofür gegenüber dem Stand der Technik eine geringere Heizleistung notwendig ist. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch auch eine kürzere Ansprechzeit der Meßvorrichtung, um auf Änderungen der Masse des strömenden Mediums entsprechend zu reagieren. Besonders vorteilhaft ist, daß sich bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung erforderliche Klebprozesse erheblich vereinfachen, so daß eine kostengünstige Herstellungsweise insbesondere in Massenherstellung möglich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Meßvorrichtung möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung, Figur 2 eine erste

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Gehäusehälfte der in Figur 1 dargestellten erfindungsgemäßen Meßvorrichtung, Figur 3 eine Draufsicht auf ein Bauteil der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung, Figur 4 eine Rückansicht des in Figur 3 dargestellten Bauteils.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Figur 1 gezeigte Meßvorrichtung 1 dient zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, insbesondere zur Messung der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen. Die Meßvorrichtung 1 besitzt einen Meßkörper, der außer anderen, hier nicht näher bezeichneten Teilen eine erste Gehäusehälfte 3 und eine zweite Gehäusehälfte 4 hat. Die erste Gehäusehälfte 3 und die zweite Gehäusehälfte 4 sind bogenförmig ausgebildet und umschließen einen Strömungsdurchbruch 6, der etwa rechteckförmigen Querschnitt hat. Die Wandungen des Strömungsdurchbruches 6 verlaufen im wesentlichen parallel, jedoch in Richtung des strömenden Mediums konisch aufeinander zulaufend. Das Medium strömt in Figur 1 senkrecht zur Zeichenebene der Figur 1 in Zeichenebene der Figur 1 hinein. In den Figuren 2 und 3 ist die Strömungsrichtung durch entsprechende Pfeile 7 gekennzeichnet. Weiterer Bestandteil der Meßvorrichtung 1 ist ein plattenförmiges Substrat 8, das beispielsweise aus Keramik hergestellt ist und das mit seinem festen Ende 9 an einem in Figur 1 links dargestellten Stützelement 15 beispielsweise durch Klebung befestigt ist. Das zwischen den beiden Gehäusehälften 3, 4 an einer Trennebene 12 vorgesehene Stützelement 15 ragt dabei mit seinem freien Ende 10 in den Strömungsdurchbruch 6 der Gehäusehälften 3, 4 hinein und ist mit seiner größten Oberfläche 11 in etwa parallel zum strömenden Medium ausgerichtet.

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Das Substrat 8 hat einen nicht näher dargestellten temperaturabhängigen Sensorbereich, der beispielsweise aus mehreren Widerstandsschichten aufgebaut ist, die wenigstens einen temperaturabhängigen Meßwiderstand und beispielsweise wenigstens einen Heizwiderstand aufweisen. Ein derartiger Aufbau ist zum Beispiel der DE-OS 36 38 138 entnehmbar. Es ist aber auch möglich, die Widerstandsschichten durch Ausätzen eines Halbleiterkörpers, beispielsweise eines Siliziumwafers, in mikromechanischer Bauweise herzustellen.

Ein derartiger Aufbau ist in der DE-OS 42 19 454 gezeigt.

Mit dem Sensorbereich des Substrats 8 ist eine elektronische Regelschaltung verbunden, die in der ersten Gehäusehälfte 3 untergebracht ist. Die Regelschaltung dient bekanntermaßen zur Versorgung der Widerstandsschichten des Substrats 8 und zur Auswertung der von den Widerstandsschichten gelieferten elektrischen Signale. Um eine verbesserte Wärmeabfuhr der wärmeerzeugenden Elemente der elektronischen Regelschaltung zu erhalten, ist die erste Gehäusehälfte 3 aus Metall insbesondere Aluminium in Druckgußtechnik hergestellt. Die Wärme der Regelschaltung wird an das strömende Medium abgegeben, insbesondere an der ersten Gehäusehälfte 3 und im Bereich des Strömungsdurchbruchs 6. Außerdem können noch Kühlrippen 17 an der ersten Gehäusehälfte 3 vorgesehen sein, welche die Wärmeabfuhr an das strömende Medium weiter erhöhen.

Wie in der Figur 1 dargestellt ist, setzt sich das Stützelement 15 einteilig aus einem Rastteil 24 und einem zungenförmigen Stützteil 25 zusammen. Das Stützteil 2 5 des 0 Stützelements 15 ist plattenförmig ausgebildet und steht dem strömenden Medium nur mit einer relativ schmalen Seitenfläche entgegen, um eine das Meßergebnis störende Beeinflussung der Strömung weitestgehend zu vermeiden. Die quer zur Strömungsrichtung 7 und quer zur Oberfläche 11 des Substrats 8 gemessene Dicke des Stützteils 25 entspricht

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beispielsweise in etwa der doppelten Dicke des Substrats 8. Erfindungsgemäß ist das Stützelement 15 als separates Teil ausgebildet und aus Kunststoff beispielsweise in Spritzgußtechnik hergestellt. Zur Halterung des Stützelements 15 wird dieses mit dem Rastteil 24 in eine in der ersten Gehäusehälfte 3 vorgesehenen Ausnehmung 20 eingebracht, die über einen Durchbruch 22 in der ersten Gehäusehälfte 3 mit dem Strömungsdurchbruch 6 in Verbindung steht. Das Rastteil 24 entspricht in seiner umlaufenden Kontur etwa der Ausnehmung 20, und das Stützteil 25 ragt im montierten Zustand durch den Durchbruch 22 in den Strömungsdurchbruch 6.

Wie in der Figur 2, einer Darstellung der ersten Gehäusehälfte 3 ohne Stützelement 15 und ohne Substrat 8, gezeigt ist, besitzt die Ausnehmung 20 beispielsweise die Form einer rechteckförmig umlaufenden Nut, die eine entsprechend rechteckförmige Erhebung 21 ausspart. Wie in der Figur 3, einer Draufsicht auf das erfindungsgemäße Stützelement 15, dargestellt ist, hat das Stützelement 15 beispielsweise eine von Rastteil 24 und Stützteil 25 gebildete T-Form, so daß im eingebauten Zustand des Stützelements 15 das Rastteil 24 breiter ist, also sich weiter in Strömungsrichtung 7 erstreckt, als das Stützteil

25. Das in Figur 3 gestrichelt dargestellte Substrat 8 ist an einer von Rastteil 24 und Stützteil 25 gebildeten T-förmigen Oberfläche 26 mit seinem festen Ende 9 angeklebt, wobei die in Strömungsrichtung 7 gemessene Breite des Stützteils 25 nur etwas über die Breite des Substrats 8 hinausgeht. Die Oberfläche 26 des Rastteils 24 und des Stützteils 25 ist im montierten Zustand des Stützelements der zweiten Gehäusehälfte 4 zugewandt.

Zur Verbindung des Stützelements 15 mit der ersten 5 Gehäusehälfte 3 besitzt dieses eine Klebausnehmung 3 0 und

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zum Beispiel vier Noppen 28, 34. Die Klebausnehmung 30 ist an einer Unterfläche 27 des Stützteils 25 vorgesehen. Die Unterfläche 27 des Stützteils 25 ist im montierten Zustand des Stützelements 15 der ersten Gehäusehälfte 3 zugewandt. Das Stützelement 15 wird zur Montage mit der Klebausnehmung 30 in die Ausnehmung 20 der ersten Gehäusehälfte 3 eingeführt. Wie in der Figur 4, einer Rückansicht des in Figur 3 gezeigten Stützelements 15, dargestellt ist, hat die Klebausnehmung 30 einen entsprechend der Ausnehmung 20 ausgebildeten rechteckförmigen Querschnitt, wobei in der Klebausnehmung 3 0 ein erhabener Steg 32 vorgesehen ist, der beispielsweise nahe einer dem Stützteil 25 abgewandten Seitenfläche 33 des Rastteils 24 liegt. Beim Einsetzen des Stützelements 15 in die Ausnehmung 20 liegt der Steg 32 an der Erhebung 21 an und bildet einen Anschlag für das Stützelement 15. Zur Zentrierung und Verklemmung des Stützelements 15 in der Ausnehmung 20 sind am Rastteil 24 des Stützelements 15 mehrere Noppen 28, 34 vorgesehen. Beispielsweise sind an der Seitenfläche 33 des Rastteils zwei Noppen 28 und an einer gegenüberliegenden Seitenfläche 3 5 des Rastteils 24, von der das Stützteil 25 ausgeht, ebenfalls zwei Noppen 34 vorgesehen, die von der Seitenfläche 33 beziehungsweise der Seitenfläche 35 etwas abstehen. Der Querschnitt der Ausnehmung 20 ist nur etwas größer als der Querschnitt des Rastteils 24 ohne die Noppen 28, 34, so daß beim Einführen des Rastteils 24 in die Ausnehmung 20 die Noppen 28, 34 zusammengedrückt werden. Dabei verformen sich die Noppen 28, 34 elastisch und teilweise plastisch, wodurch sich eine einer Verrastung 0 nahekommende Verklemmung und Zentrierung des Stützelements 15 in der Ausnehmung 20 ergibt.

Zur Verbindung des Stützelements 15 mit der ersten Gehäusehälfte 3 kann noch ein Klebmittel in die Ausnehmung 20 eingebracht werden, wonach das Stützelement 15 eingesetzt

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und mittels den Noppen 28, 34 in der Ausnehmung 20 verklemmt wird. Dabei verteilt sich das Klebmittel in der Ausnehmung 20 der ersten Gehäusehälfte 3 und der Klebausnehmung 30 des Rastteils 24. Auf die Oberfläche 26 des Stützteils 25 kann ebenfalls Klebmittel aufgebracht werden, um das Substrat 8 an die Oberfläche 26 des Stützelements 15 zukleben, das beispielsweise in angepreßtem Zustand zwischen den Gehäusehälften 3, 4 aushärtet. Die Verklemmung des Stützelements 15 in der Ausnehmung 20 mittels den Noppen 28, 34 stellt dabei sicher, daß beim Aushärten des Klebmittels in der Ausnehmung 20 und an der Oberfläche 26 des Stützteils 25 eine präzise Ausrichtung des Stützelements 15 und des Substrats 8 vorhanden bleibt. Insbesondere wird beim Einsetzen des Stützelements 15 in die von Klebmittel ausgefüllte Ausnehmung 20 ein Abheben des Stützelements 15 und des Substrats 8 in Richtung der ersten Gehäusehälfte 4 zuverlässig verhindert. Weiterhin sind im Rastteil 25 in der Klebausnehmung 3 0 Öffnungen 31 vorgesehen, die zur Oberfläche 26 des Rastteils 24 führen, so daß im Klebmittel der Klebausnehmung 3 0 eingeschlossene Luftblasen nach außen entweichen können. Die Öffnungen 31 durchstoßen beispielsweise Führungsstege 36, welche an der Oberfläche 26 des Rastteils 24 vorgesehen sind, die mit parallelen Führungsflächen 3 7 das Substrats 8 seitlich führen, um eine präzise Positionierung des an die Oberfläche 26 des Rastteils 24 und Stützteils 25 angeklebten Substrats 8 zu erhalten.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Stützelements 15 als 0 separates Kunststoffteil bewirkt außerdem eine gute Wärmeisolation zwischen dem Substrat 8 und der ersten Gehäusehälfte 3, wodurch ein ansonsten im beheizten Zustand vom Substrat 8 zur ersten Gehäusehälfte 3 abfließender Wärmestrom zuverlässig verhindert oder zumindest stark reduziert wird. Dies erlaubt eine nahezu vollständige

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Übertragung der Wärme des Substrats 8 an das strömende Medium, wodurch sich ein präzises Meßergebnis einstellt.

Claims (7)

R. 27750 28.03.95 Sc/Ge ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart Ansprüche

1. Meßvorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, insbesondere zur Messung der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen, mit einem sich quer zur Strömung erstreckenden Meßkörper, aus dem ein Substrat mit seinem wenigstens eine temperaturabhängige Widerstandsschicht aufweisenden freien Ende ragt, dessen festes Ende in einer Trennebene zwischen einer ersten Gehäusehälfte und einer zweiten Gehäusehälfte des Meßkörpers verläuft, wobei das feste Ende des Substrats an ein sich teilweise unter das Substrat erstreckendes Stützelement mittels eines Klebemittels angeklebt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (15, 24, 25) als separates Kunststoffteil ausgebildet und in eine in der ersten Gehäusehälfte (3) vorgesehene Ausnehmung (20) eingesetzt ist.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (15) wenigstens einen von einer Seitenfläche (33; 35) abstehenden Noppen (28; 34) zur Befestigung in der Ausnehmung (20) hat.

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3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (15) in die Ausnehmung (20) der ersten Gehäusehälfte (3) einklebbar ist.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (20) des ersten Gehäuseteils (3) die Form einer umlaufenden Nut hat, die eine rechteckformige Erhebung (21) ausspart.

5. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (15) eine ein Klebmittel aufnehmende Klebausnehmung (30) hat.

6. Meßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Klebausnehmung (30) ein Steg (32) ausgebildet ist.

7. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (15) einen in die Ausnehmung (20) eingesetzten Rastteil (24) und einen in die Strömung ragenden Stützteil (25) hat.