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Stand der Technik
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In
verschiedenen Bereichen der Technik kommen Druckmessvorrichtungen
zum Einsatz, welche ausgestaltet sind, um Druck in fluiden Medien
(z. B. Flüssigkeiten
und/oder Gasen) zu messen. Ein wichtiges Einsatzgebiet ist dabei
die Motor- und Kraftfahrzeugtechnik, bei welcher in verschiedenen Anwendungen
Druckmessvorrichtungen unterschiedlicher Ausgestaltung zum Einsatz
kommen. Derartige Druckmessvorrichtungen sind beispielsweise in Robert
Bosch GmbH (Herausgeber): „Sensoren
im Kraftfahrzeug",
2001, Seiten 78-85, beschrieben. Die nachfolgend dargestellte
Druckmessvorrichtung ist jedoch prinzipiell auch in anderen Bereichen
der Naturwissenschaft und Technik einsetzbar.
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In
der Kraftfahrzeugtechnik werden derartige Druckmessvorrichtungen
insbesondere im Saugrohr einer Brennkraftmaschine eingesetzt, um
einen optimalen Ansaugdruck messen zu können. So beschreiben beispielsweise
EP 0 923 717 B1 Ausführungsbeispiele
derartiger Druckmessvorrichtungen, bei welchen neben einer Druckmesszelle
ein Temperaturfühler
in ein Gehäuse
integriert ist. Derartige Druckmesszellen können, wie beispielsweise in
der oben beschriebenen Veröffentlichung „Sensoren
im Kraftfahrzeug" dargestellt
ist, auf unterschiedlichen Messprinzipien beruhen. Beispielsweise
kann dabei die Verformung einer Sensormembran in der Druckmesszelle
durch den Druck des fluiden Mediums gemessen werden. Auch andere
Messprinzipien sind jedoch einsetzbar.
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Die
aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise
EP 0 923 717 B1 , bekannten
Vorrichtungen sind optimiert für
die Messung vergleichsweise unkritischer Gase (wie z. B. Ansaugluft)
oder brennbarer Flüssigkeiten,
wie beispielsweise Kraftstoff. Dementsprechend spielt die Problematik
einer Abdichtung der Druckmessvorrichtungen, welche in das fluide
Medium eingebracht werden (z. B. in Form von Steckfühlern) gegenüber dem
Außenraum
eine vergleichsweise geringe Rolle. Bei Anwendungen zur Messung
des Drucks flüssigen
Kraftstoffs wird dabei insbesondere ausgenutzt, dass die flüssigen Kraftstoffe
vorhandene Dichtelemente, wie beispielsweise O-Ringe, quellen lassen,
was die Abdichtwirkung zusätzlich
verstärkt.
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Neben
den beschriebenen Anwendungen erlebt jedoch auch der Markt für Druckgasbetriebene Fahrzeuge,
insbesondere für
Erdgas-betriebene Fahrzeuge (compressed natural gas, CNG), derzeit eine
zunehmende Belebung. Insbesondere bei CNG-Anwendungen zeigt es sich
jedoch, dass die Abdichtung von Druckmessvorrichtungen, welche beispielsweise
in einen Druckspeicher (z. B. ein Erdgas-Rail) eingebracht werden,
eine besondere Rolle spielt. Dabei werden typischerweise Abrbeitsdrücke von
ca. 10 bar eingesetzt. Da Erdgas eine erhebliche Gefahrenquelle
darstellt, werden an derartige Abdichtungen besondere Anforderungen
gestellt, welche sich insbesondere in Voraussetzungen für entsprechende
Zertifizierungen bemerkbar machen.
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Dabei
spielt es zum einen eine Rolle, dass vorhandene Dichtelemente nun
nicht mehr dem oben beschriebenen Quellvorgang durch den Kontakt
mit flüssigen
Brennstoffen ausgesetzt sind, welcher die Dichtung zusätzlich fördern würde. Ein
weiteres Problem im Gasbetrieb, insbesondere im CNG-Betrieb, besteht
in der häufig
erforderlichen Gasdekompression, welche häufig zu einer starken Temperaturerniedrigung
auch im Bereich der Druckmessvorrichtung und deren Dichtungen führt. Während übliche Kraftstoffdrucksensoren
und Drucksensoren im Ansaugrohr üblicherweise
lediglich Temperaturen bis ca. –30°C standhalten
müssen,
bewirkt diese Gas-bedingte Temperaturerniedrigung einen Anwendungsbereich
bis hinunter zu –40°C. Dementsprechend müssen geeignete
Druckmessvorrichtungen für
derartige Anwendungen, welche auch für „cold countries" geeignet sein sollen,
bis hinunter zu –40°C eine ausreichende
Lebensdauer, Dichtheit, Funktionalität und Belastbarkeit unter Beweis
stellen. Die üblichen, bekannten
Druckmessvorrichtungen und deren Dichtungen genügen diesen Anforderungen bislang
nur unzureichend.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
wird daher eine Druckmessvorrichtung zur Erfassung des Druckes eines
fluiden Mediums vorgeschlagen, welche die Nachteile der oben beschriebenen
Druckmessvorrichtungen vermeidet. Die vorgeschlagene Druckmessvorrichtung
ist insbesondere für
die Verwendung zur Messung eines Gasdrucks eines explosiven und/oder
brennbaren Gases in einem Kraftfahrzeug konzipiert, wie beispielsweise zur
Messung eines Erdgasdruckes in CNG-Kraftfahrzeugen. Auch andere Anwendungen
sind jedoch denkbar.
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Die
vorgeschlagene Druckmessvorrichtung ist modular aufgebaut und weist
eine Sensorbaugruppe mit einer darin aufgenommenen Druckmesszelle
mit einem Innenrohr zur Aufnahme des Drucks des fluiden Mediums
auf, sowie eine Sondenbaugruppe mit einem in das fluide Medium einbringbaren Außenrohr.
Beispielsweise kann für
den Aufbau der Druckmesszelle auf den oben beschriebenen Stand der
Technik verwiesen werden. Auch andere Arten von Druckmesszellen
sind jedoch einsetzbar. Beispielsweise kann die Druckmessvorrichtung
als Steckfühler
ausgestaltet sein, wobei die Sondenbaugruppe als Steckerteil in
das fluide Medium, beispielsweise ein Erdgasrail, einsteckbar ist.
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Neben
der Abdichtung dieses in das fluide Medium eingebrachten Außenrohrs
gegenüber
einer Wandung eines das fluide Medium aufnehmenden Behälters (welche
unten weiter beschrieben wird) spielt insbesondere die Abdichtung
der Sondenbaugruppe gegenüber
der Sensorbaugruppe eine entscheidende Rolle. Ein Grundgedanke der
vorliegenden Erfindung besteht darin, diese „innere" Abdichtung zu optimieren. Zu diesem
Zweck wurden zahlreiche Simulationen und Tests durchgeführt, um
die Dimensionierung der Abdichtung und der Montage und die Materialauswahl
zu verbessern.
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Dementsprechend
wird die Druckmessvorrichtung derart ausgestaltet, dass das Innenrohr
der Druckmesszelle in einen mit dem fluiden Medium in Verbindung
bringbaren Messkanal des Außenrohres hineinragt.
Dieses Hineinragen kann auf ein Minimum beschränkt werden, beispielsweise
auf wenige Zehntel mm. Alternativ ist jedoch auch ein Hineinragen über eine
längere
Strecke denkbar.
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Dabei
ist zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr mindestens ein Dichtring
vorgesehen, beispielsweise ein O-Ring, beispielsweise ein O-Ring mit
kreisförmigem
Querschnitt, welcher die Sondenbaugruppe gegenüber der Sensorbaugruppe abdichtet.
Insofern entspricht die Druckmessvorrichtung weitgehend den aus
dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen, wie beispielsweise
der aus
EP 0 923 717
B1 bekannten Druckmessvorrichtung. Wie oben beschrieben,
weisen diese bekannten Druckmessvorrichtungen lediglich ungenügende Abdichteigenschaften
für den
Einsatz in Druckgasen, insbesondere CNG, auf. So zeigt es sich,
dass die üblichen,
bei derartigen Druckmessvorrichtungen verwendeten Dichtringe, welche
typischerweise aus Fluor-Polymer-Kautschuk (FKM, Viton) hergestellt
werden, den für
CNG üblichen
Tests bei Temperaturen bis hinunter zu –40°C nicht standhalten. Bei derartigen
Belastungen zeigen die verwendeten Materialien Schrumpfungseffekte,
Versprödung
und andere Alterungseffekte.
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Erstaunlicherweise
hat es sich jedoch gezeigt, dass Fluorsilikonkautschuk als Material
für den mindestens
einen Dichtring allen Anforderungen der Automobilindustrie gerecht
wird, auch bei Temperaturen bis hinunter zu –40°C. Es wurden Lebensdauertests,
Zyklentests und Lagerungstests unter erhöhten Temperaturen durchgeführt, welche
die Eignung dieses Materials nachgewiesen haben. Fluorsilikonkautschuk
ist insbesondere unter der Bezeichnung „FVMQ" erhältlich.
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Diese
Testergebnisse sind umso erstaunlicher, da Fluorsilikonkautschuke üblicherweise
für derartige
Anwendungen nicht in Betracht gezogen werden. Dies liegt insbesondere
daran, dass Fluorsilikonkautschuke als sehr weiche Materialien bekannt sind,
welche zu einem Zerfließen
und einer leichten Verformbarkeit neigen und denen daher üblicherweise
nicht zugetraut wird, dass diese den beschriebenen mechanischen
Belastungen und Temperaturbelastungen standhalten.
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Um
die Abdichtung der Sondenbaugruppe gegenüber der Sensorbaugruppe unter
Verwendung von Fluorsilikonkautschuken weiter zu verbessern, wurde
eine an diese Materialien optimal angepasste Geometrie und mechanische
Ausgestaltung der Druckmessvorrichtung gewählt. So hat es sich insbesondere
als vorteilhaft erwiesen, wenn der mindestens eine Dichtring in
einem Quellraum aufgenommen ist. Dabei ist der Druckmesskanal im
Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet mit einer zur Sensorbaugruppe
hin weisenden Aufweitung, insbesondere einer im Wesentlichen zylindrischen
Aufweitung. Das Innenrohr ist ebenfalls im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet
und ist in den Druckmesskanal eingepasst oder weist einen geringfügig (insbesondere nicht
mehr als 1/10 mm) geringeren Durchmesser auf als der Druckmesskanal.
Der Quellraum zur Aufnahme des mindestens einen Dichtrings wird
vorteilhafterweise begrenzt durch die Aufweitung des Druckmesskanals,
die Außenwand
des Innenrohrs und einen auf das Innenrohr aufgeschobenen, im Wesentlichen
zylindrischen Distanzring. Unter „im Wesentlichen" können dabei
leichte Abweichungen von der Zylinderform verstanden werden, beispielsweise leicht
(vorzugsweise nicht mehr als 5°)
konische Verläufe
und/oder Abschrägungen
an den Kanten. Der Distanzring kann beispielsweise derart ausgestaltet sein,
dass sich diese an ihrem dem Außenrohr
abgewandten Ende an einem Bauteil der Sensorbaugruppe, beispielsweise
einer Elektronikplatine, abstützt.
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Um
zu vermeiden, dass das weiche Dichtringmaterial unter Druckbelastung
mechanisch beschädigt
wird, wurde in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Quellraum in
seiner Geometrie optimiert. So hat es sich insbesondere gezeigt,
wenn, bei der oben beschriebenen zylindrischen Ausgestaltung von
Innenrohr, Druckmesskanal, Aufweitung und Distanzring, die Durchmesserdifferenzen
von aneinander anliegenden Bauteilen in einem Bereich zwischen 0,05 mm
und 0,2 mm, vorzugsweise bei ca. 0,1 mm, gewählt werden. Diese Ausgestaltung
der Durchmesserdifferenzen, also eine Optimierung der Wahl der maximal
auftre tenden Spalte im Bereich des Quellraums, bewirkt, dass einerseits
eine größtmögliche Auflagefläche vorhanden
ist, um Druck auf den Dichtring auszuüben und diesen somit für optimale
und gleichmäßige Abdichtung
zu verformen. Andererseits sind die Spalte klein genug gewählt, dass
der Fluorsilikonkautschuk nicht in diese eindringen kann, was auf
Dauer zu einer Beschädigung
des Dichtringes führen
würde.
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Weiterhin
hat es sich gezeigt, dass auch eine Optimierung der Höhe des mindestens
einen Quellraums, also der Erstreckung entlang der Längserstreckung
des Innenrohres, für
die Verwendung von Fluorsilikonkautschuk erfolgen kann. Dabei hat
es sich gezeigt, dass eine Höhe
des Quellraums in einem Bereich zwischen dem 1,1-fachen und dem 1,5-fachen
des Schnurdurchmessers des Dichtrings, vorzugsweise eine Höhe von ca.
dem 1,25-fachen des Schnurdurchmessers, eine optimale Abdichtung bewirkt.
Diese Optimierung gilt insbesondere, wenn eine Querkompression des
mindestens einen Dichtrings (bedingt durch die Dicke des Quellraums
senkrecht zur Längserstreckung
des Innenrohres) auf 70 % bis 90 %, idealerweise 80 %, erfolgt.
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Diese
Ausgestaltungen haben sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen,
wenn sehr „kleine" Dichtringe verwendet
werden. Unter „klein" ist dabei eine Dimensionierung
des mindestens einen Dichtrings zu verstehen, bei der das Verhältnis zwischen Innendurchmesser
des Dichtrings und Schnurdurchmesser zwischen 0,7 und 1,1, vorzugsweise
bei 0,9, liegt. Derartige Dichtringe bereiten aufgrund ihrer besonderen
Geometrie in der Praxis besondere Probleme, da diese sich üblicherweise
nur schwer komprimieren lassen und ungünstige Verformungseigenschaften
aufweisen. Die oben beschriebene Verwendung von Fluorsilikonkautschuk,
vorteilhafterweise in Kombination mit einer der beschriebenen Quellraumgeometrien,
führt hingegen
auch bei derartigen „kleinen" Dichtringen zu einer
optimalen, auch bei niedrigen Temperaturen bis –40°C, zuverlässigen und stabilen Abdichtung.
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Neben
dem beschriebenen mindestens einen Dichtring, welcher zur Abdichtung
zwischen der Sondenbaugruppe und der Sensorbaugruppe dient, kann,
wie oben beschrieben, noch mindestens ein zusätzlicher Dichtring zur Abdichtung
des Außenrohres
(beispielsweise gegenüber
einem Gehäuse
eines Erdgasrails) vorgesehen sein. Auch dieser Dichtring, welcher
im Folgenden als Außendichtring
bezeichnet wird, kann als Material vorzugsweise einen Fluorsilikonkautschuk,
insbesondere FVMQ, aufweisen. Zwar ist das Dichtverhalten dieses
mindestens einen Außendichtrings
aufgrund des oben beschriebenen, größeren Verhältnisses zwischen Innendurchmesser und
Schnurdurchmesser nicht in gleicher Weise kritisch wie beim mindestens
einen Dichtring zwischen Sondenbaugruppe und Sensorbaugruppe. Die
oben beschriebenen Vorteile der Verwendung des Fluorsilikonkautschuks,
insbesondere seine hervorragenden Dicht- und Tieftemperatureigenschaften,
also die Tat sache, dass dieses Material auch bei –40°C noch weich
und verformbar bleibt, lassen seine Anwendung auch für den mindestens
einen Außendichtring vorteilhaft
zu.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Druckmessvorrichtung
ganz oder teilweise aus Kunststoff gefertigt. Beispielsweise lassen
sich dafür in
der Automobilindustrie übliche
thermoplastische Kunststoffe, wie beispielsweise Polyamide (z. B. PA-66),
mit oder ohne Füllung
(z. B. Glasfaserfüllungen)
einsetzen.
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Dabei
ist der mindestens eine Dichtring, sowie optional der mindestens
eine Außendichtring, vorzugsweise
in einem Bereich angeordnet, in welchem sich keine Trennnaht des
Kunststoffs befindet. Dies lässt
sich durch Optimierung der Werkzeuggeometrie beim Spritzguss erreichen.
Die Trennnaht könnte
die Dichteigenschaften des mindestens einen Dichtrings beziehungsweise
des mindestens einen Außendichtrings
negativ beeinflussen. Dies macht sich bei der oben beschriebenen
Verwendung des weichen Fluorsilikonkautschuks besonders bemerkbar,
wobei der Fluorsilikonkautschuk durch die Trennnaht sogar unter
Umständen
beschädigt
werden könnte.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Sensorbaugruppe
und die Sondenbaugruppe nicht, wie beispielsweise aus
EP 0 923 917 B1 bekannt,
miteinander verklebt, sondern sind durch eine Dicht- und Halteklebung
miteinander verbunden. Dies erleichtert die Montage der Druckmessvorrichtung
erheblich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1A eine
Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Druckmessvorrichtung;
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1B eine
vergrößerte Detaildarstellung des
Dichtbereichs A der Druckmessvorrichtung gemäß 1A;
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2A eine
perspektivische Explosionsdarstellung der Komponenten der Druckmessvorrichtung
gemäß 1A;
und
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2B eine
perspektivische Darstellung der Druckmessvorrichtung gemäß 1A im
zusammengebauten Zustand.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1A ist
ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Druckmessvorrichtung 110 in Schnittdarstellung
gezeigt. Die Druckmessvorrichtung 110 kann beispielsweise
teilweise in Mehrkomponenten-Spritzgusstechnik ausgestaltet sein
und ist für
den Einsatz in CNG-Anwendungen
konzipiert. Dementsprechend weist die Druckmessvorrichtung 110 eine
außerhalb
eines Erdgas-Rails anzuordnende Sensorbaugruppe 112 und
eine Sondenbaugruppe 114 auf, welche teilweise in Form
eines Steckfühlers
in das Erdgasrail 116, welches in 1A angedeutet
ist, einsteckbar ist. Die Sondenbaugruppe weist ein Außenrohr 118 auf,
welches in das Erdgas 120 hineinragt.
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In
der Sensorbaugruppe 112 ist eine Druckmesszelle 122 aufgenommen,
welche beispielsweise nach Art der im obigen Stand der Technik beschriebenen
Druckmesszellen aufgebaut ist. Die Druckmesszelle 122,
welche in ein Sensorgehäuse 124 eingepasst
ist, verfügt über elektrische
Anschlüsse 126,
mit welchen die Druckmesszelle 122 auf eine Leiterplatte 128 aufgesteckt
ist. Auf der Leiterplatte 128 sind (in 1A nicht
dargestellte) Leiterbahnen und Kontakte angeordnet, mit welchen
die Druckmesszelle 122 elektrisch kontaktiert wird. Über elektrische
Anschlüsse 130 in
Form von Flachsteckern ist die Leiterplatte 128 mit einem
Stecker 132 verbunden, so dass eine Stromversorgung und
Auslesung der Messsignale möglich
ist.
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Weiterhin
verfügt
die Druckmesszelle 122 über
ein Innenrohr 134, welches durch eine Bohrung in der Leiterplatte 128 hindurchgeführt wird,
welches in seinem Außen-
und Innendurchmesser zylindrisch ausgeführt ist und welches in einen,
ebenfalls zylindrisch ausgestalteten, Druckmesskanal 136 im
Außenrohr 118 eingesteckt
ist. Auf diese Weise steht die Druckmesszelle 122 mit dem
Erdgas 120 in Verbindung und kann mit Druck beaufschlagt
werden.
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Wie
weiterhin zu erkennen ist, weist das Außenrohr 118 neben
dem Druckmesskanal 136 noch eine Temperatursensoraufnahme 138 auf,
in welche ein Temperatursensor 140 eingebracht ist. Beispielsweise
kann es sich bei diesem Temperatursensor 140 um ein Halbleiter-Sensorelement handeln,
beispielsweise einen NTC-Widerstand. Der Temperatursensor 140 ist über eine
Fixierklebung 142 in der Temperatursensoraufnahme 138 fixiert. Über elektri sche
Anschlüsse 144 ist
der Temperatursensor mit dem Stecker 134 und/oder der Leiterplatte 128 verbunden
und kann mit Energie versorgt und/oder ausgelesen werden.
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Die
Sondenbaugruppe 114 ist mittels einer Dicht- und Halteklebung 146,
dessen Funktion unten weiter erläutert
wird, mit der Sensorbaugruppe 112 verbunden. Weiterhin
ist das Außenrohr 118,
am stufenartigen Übergang
zwischen Temperatursensoraufnahme 138 und Einlassöffnung des
Druckmesskanals 136, umlaufend mit einer Einführschräge 148 ausgestattet.
Diese Einführschräge 148 ermöglicht ein
einfaches Einstecken des Außenrohrs 118 in
das Erdgasrail 116. Zur Abdichtung zwischen Außenrohr 118 und
Erdgasrail 116 weist das Außenrohr eine Ringnut 150 auf,
welche ebenfalls mit abgerundeten Kanten ausgestattet ist, und in
welche einen Außendichtring 152 eingebracht
ist. Wie oben beschrieben, wird als Material für diesen Außendichtring 152 ebenfalls
vorzugsweise Fluorsilikonkautschuk (FVMQ) verwendet. Die Ringnut 150 ist
spritzgusstechnisch so ausgestaltet, dass diese keine scharfkantige Trennnaht
aufweist, welche den Außendichtring 152 beschädigen könnte.
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Eine
besondere Rolle bei der erfindungsgemäßen Druckmessvorrichtung 110 gemäß 1A spielt
der Dichtbereich zwischen Sensorbaugruppe 112 und Sondenbaugruppe 114,
welcher in 1A mit dem Buchstaben A bezeichnet
ist und welcher im Detail in 1B dargestellt
ist. So ist in der Detaildarstellung in 1B zu
erkennen, dass das Außenrohr 118 in
seinem oberen, in die Sensorbaugruppe 112 hineinragenden
Ende einen Stutzen 154 aufweist. In diesem Bereich des
Stutzens 154 ist das Außenrohr 118 umfangsseitig
mit einer Verengung 156 versehen, welche mit einer abgerundeten
Schulter 158 endet. Im Inneren dieses Stutzens ist das
Außenrohr 118,
welches im Bereich seines Messkanals 136 einen Durchmesser
DM aufweist, mit einer Aufweitung 160 versehen,
welche ebenfalls zylinderförmig
ist und welche einen Durchmesser DA aufweist, der größer ist
als der Durchmesser DM. Am Übergang
zwischen Messkanal 136 und Aufweitung 160 ist
eine Einführschräge 162 vorgesehen,
welche ein Einschieben des Innenrohres 134 in den Messkanal 136 ermöglicht.
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Das
Innenrohr ist dabei ebenfalls zylindrisch ausgestaltet und weist
einen Außendurchmesser
DI auf, welcher vorzugsweise ca. 1/10 mm
kleiner ist als der Innendurchmesser DM des
Messkanals 136. Zwischen Innenrohr 134 und Außenrohr 118 bildet
sich im Bereich der Aufweitung 160 ein Quellraum 164,
in welchen ein Dichtring 166 aus Silikonkautschuk eingebracht
ist. Der Dichtring 166 weist einen Schnurdurchmesser DS auf, welcher ungefähr dem Innendurchmesser DD des Dichtrings 166 entspricht.
Dieser Innendurchmesser DD ist dabei geringfügig kleiner
bemessen als der Außendurchmesser
DI des Innenrohres 134, so dass
der Dichtring 166 beim Aufschieben auf das Innenrohr 134 gedehnt
wird.
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Weiterhin
ist der Dichtring 166 in seinem Schnurdurchmesser DS größer bemessen
als die Dicke DQ des Quellraums 164,
welche sich aus der halben Differenz zwischen dem Außendurchmesser
DI des Innenrohrs 134 und dem Durchmesser
DA der Aufweitung 160 berechnet. Für die Dickenverhältnisse
sei dabei auf die obige Beschreibung verwiesen.
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Die
Aufweitung 160 weist an ihrer unteren Schulter einen Radius 168 auf.
Dieser Radius 168 soll verhindern, dass Material des Dichtrings 166 in eine
Ecke eindringt, was gegebenenfalls zu einer Beschädigung des
weichen Dichtrings 166 führen könnte.
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An
seinem oberen Ende wird der Quellraum 164 beschränkt durch
einen im Wesentlichen zylindrischen Distanzring 170, welcher
einen Innendurchmesser DR aufweist, der
wiederum ungefähr
1/10 mm größer ist
als der Außendurchmesser
DI des Innenrohres 134. Der Distanzring 170 ist
an seinen inneren Kanten symmetrisch (für eine einfachere Montage) mit
Einführschrägen 172 ausgestattet,
welche ein leichteres Aufschieben auf das Innenrohr 134 ermöglichen.
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Das
Innenrohr 134 ist durch eine Bohrung 174 der Leiterplatte 128 gesteckt.
Nach Aufschieben des Distanzrings 170 auf das Innenrohr 134 stützt sich
der Distanzring 170 an seinem oberen Ende an der Leiterplatte 128 ab.
Wird nachfolgend der Dichtring 166 auf das Innenrohr 134 aufgeschoben,
so wird, aufgrund des geringeren Durchmessers DD des Dichtrings 166 gegenüber dem
Innenrohrdurchmesser DI, der Distanzring 170 fixiert.
Anschließend
wird von unten das Außenrohr 118 mit
seinem Stutzen 154 auf den Dichtring 166 aufgeschoben,
wobei dieser komprimiert wird und den Quellraum 164 ganz oder
teilweise ausfüllt.
Dabei ist üblicherweise
der Quellraum 164 derart bemessen, dass ein gewisses Spiel
für die
Bewegung des Außenrohres 118 verbleibt,
um Druckstöße auffangen
zu können.
Spätestens
nach einigen Druckstößen wird
das Außenrohr 118 jedoch
in seine weitestmöglich
obere Position geschoben sein, und es wird eine größtmögliche Verformung
des Dichtrings 166 auftreten. Für eine Erleichterung des Aufschiebens
des Stutzens 154 auf den Dichtring 166 ist der
Stutzen 154 innen, d. h. im Bereich der Aufweitung 160,
an seinem oberen umlaufenden Rand mit einer Einführschräge 176 ausgestattet.
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Die
dargestellte Anordnung, welche den Dichtring 166 aus Fluorsilikonkautschuk
verwendet und die oben beschriebene optimale Dimensionierung des
Quellraums 164, hat sich in der Praxis als zuverlässig bis
hinunter in den Bereich von –40°C erwiesen,
um eine Abdichtung zwischen der Sondenbaugruppe 114 und
der Sensorbaugruppe 112 zu ermöglichen. Auf diese Weise wird
verhindert, dass Erdgas durch den Messkanal 136, entlang
der Außenwand
des Innenrohrs 134, durch den Quellraum 164 in
den Bereich der Leiterplatte 128 und von dort aus weiter
in den Bereich außerhalb
der Druckmessvorrichtung 110 gelangen kann.
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In
den 2A und 2B sind
perspektivische Darstellungen der Druckmessvorrichtung 110 dargestellt,
wobei 2A eine Explosionsdarstellung
vor dem Zusammenbau und 2B einen
zusammengebauten Zustand zeigt.
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So
ist bei der Explosionsdarstellung in 2A, welche
gleichzeitig auch den Zusammenbau zeigt, zu erkennen, dass die Sensorbaugruppe 112 als
monolithisches Zweikomponenten-Spritzgussbauteil ausgestaltet ist,
mit zwei Bohrungen 178, über die die Druckmessvorrichtung 110 mit
dem Erdgasrail 116 verbunden werden kann (beispielsweise durch
Verschrauben). Weiterhin weist die Sensorbaugruppe 112 den
bereits oben beschriebenen Stecker 132 auf.
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In
die Sensorbaugruppe 112 ist die Druckmesszelle 122 mit
ihren elektrischen Anschlüssen 126 eingebracht,
welche auf die Leiterplatte 128 aufgesteckt wird. Dabei
wird zwischen Druckmesszelle 122 und Sensorgehäuse 124 ein
zusätzlicher
Fixierkleber 180 eingebracht.
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Das
Innenrohr 134 der Druckmesszelle 122 wird durch
die Bohrung 174 in der Leiterplatte 128 geschoben.
Anschließend
wird der Distanzring 170 aufgeschoben, gefolgt von dem
Dichtring 166. Auch die elektrischen Anschlüsse 144 des
Temperatursensors 140 werden mit den entsprechenden Anschlüssen des
Steckers 132 in der Sensorbaugruppe 112 verlötet. Anschließend wird
der Temperatursensor 140 aufgesetzt, und es wird Klebstoff
hinzugegeben.
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Nun
wird die Sondenbaugruppe 114 mit der derart vorbereiteten
Sensorbaugruppe 112 verbunden. Zu diesem Zweck werden,
wie oben beschrieben, das Innenrohr 134 in den Druckmesskanal 136 eingeschoben,
wodurch die in 1B beschriebene Dichtung hergestellt
wird. Weiterhin wird der Temperatursensor 140 in die Temperatursensoraufnahme 138 eingeschoben
und dort mittels der Fixierklebung 142 gehalten. Typischerweise
kann die Temperatursensoraufnahme 138, wiederum mittels
eines Zweikomponenten-Spritzgusses,
aus besonders wärmeleitfähigem Kunststoff,
beispielsweise Metall- und/oder Graphit-gefülltem Kunststoff, beispielsweise
wieder Polyamid, hergestellt werden. Wie in 2A zu
erkennen, weist die Sondenbaugruppe 114 eine Grundplatte 182 auf,
welche an der Sensorbaugruppe 112 anliegt. Anschließend wird
diese Grundplatte 182 mittels der Dicht- und Halteklebung 146 mit
dem Gehäuse
der Sensorbaugruppe 112 verbunden. Schließlich wird
der Außendichtring 152 in die
Ringnut 150 des Außenrohrs 118 geschoben. Nach
dieser Montage ist die Druckmessvorrichtung 110 einsatzbereit.
Es sei darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Montageschritte
auch in anderer Reihenfolge als der dargestellten Reihenfolge, oder
beispielsweise auch in teilweise paralleler Durchführung der
Verfahrensschritte, durchgeführt werden
kann.
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In 2B ist
die Druckmessvorrichtung 110 nochmals in zusammengebauter
Darstellung gezeigt. Dabei ist nochmals deutlich zu erkennen, dass das
Außenrohr 118 als
Steckfühler
wirkt, wie bereits in 1A beschrieben wurde, und dass
die Sensorbaugruppe 112 mittels der Bohrungen 178 an
dem Erdgasrail 116 (vergleiche 1A) befestigt
werden kann. Der Stecker 132 ist dabei in spitzem Winkel
zur Horizontalen ausgeführt,
um ein leichteres Kontaktieren der Druckmessvorrichtung 110 bei
im Erdgasrail 116 montierter Druckmessvorrichtung 110 zu
ermöglichen.