DE102007016536B4

DE102007016536B4 - Vorrichtung zur Messung eines in einem Druckmedium herrschenden Drucks

Info

Publication number: DE102007016536B4
Application number: DE200710016536
Authority: DE
Inventors: Michael Hartmann; Jürgen Harr
Original assignee: Robert Seuffer GmbH and Co KG
Current assignee: AST Advanced Sensor Technologies International GmbH
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2027-04-06
Also published as: DE102007016536A1

Abstract

Vorrichtung zur Messung eines in einem Druckmedium herrschenden Druckes mit einem drucksensitiven Wandler, welcher in einem Gehäuse angeordnet ist, und über einen Kanal mit dem zu messenden Druckmedium in druckübertragender Verbindung steht und mit am Wandler vorgesehenen elektrischen Wandlerkontakten, welche zur Weiterleitung von druckabhängigen elektrischen Signalen mit einer elektrischen oder elektronischen Auswerteeinrichtung verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Kontaktgabe zwischen den Wandlerkontakten (4) und der Auswerteeinrichtung (5) mit der Auswerteeinrichtung (5) elektrisch verbundene oder zu verbindende Federkontakte (6), welche an einem gegenüber den Wandlerkontakten (4) verdrehsicheren Sockel (7) abgestützt sind, mit Kontaktdruck auf die Wandlerkontakte (4) gedrückt sind, wobei zur Erzeugung des Kontaktdruckes das Gehäuse (2) aus zwei Gehäuseteilen (8, 9) besteht, welche beim Zusammenbau die Wandlerkontakte (4) und die Federkontakte (6) aufeinanderzubewegen, und
der Wandler (1) mit den Wandlerkontakten (4) am einen Gehäuseteil (8) und der Sockel (7) mit den Federkontakten (6) am anderen Gehäuseteil...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung eines in einem Druckmedium, z. B. in einer Flüssigkeit herrschenden Drucks nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine derartige Vorrichtung ist aus DE 198 12 296 C1 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung ist in einem Gehäuse ein drucksensitiver Wandler angeordnet, welcher über einen Kanal mit dem zu messenden Druckmedium in druckübertragender Verbindung steht. Vom Wandler in Abhängigkeit vom Druck erzeugte elektrische Signale werden an eine elektrische oder elektronische Auswerteeinrichtung weitergeleitet, die auf einer Leiterplatte im Gehäuse angeordnet ist.
Die Druckschrift DE 10 2004 032 984 A1 offenbart ferner eine bezüglich eines Bauraums optimierte Sensoranbindung, wobei ein Sensorelement zur Erfassung zumindest eines physikalischen Parameters in einem eigenen Gehäuse angeordnet und in ein weiteres Gehäuse zur Bereitstellung einer betriebsfähigen Einheit eingesetzt wird. In dem weiteren Gehäuse sind mittels einer Vergusstechnik Kontaktelemente eingesetzt, die über dieses Gehäuse hinaus stehen und mit einem an diesen Kontaktelementen abgerundeten Ende mit Kontaktflächen auf dem Sensorelement ausgerichtet sind. Nach dem Einsetzen des Sensorelements in das Gehäuse wird eine Kontaktverbindung zwischen den Kontaktelementen des weiteren Gehäuses und dem Sensorelement hergestellt.
Die Druckschrift EP 1 686 363 A1 offenbart einen kombinierten Temperatur- und Drucksensor in einer Funktionseinheit, wobei verschiedene Komponenten zur Erzeugung der Funkti onseinheit in vorbestimmter Weise zusammengesetzt werden. Insbesondere wird ein als Zwischenelement ausgebildeter Kontaktträger in ein Gehäuseteil eingesetzt, so dass an dem Kontaktträger angeordnete Federkontakte mit entsprechenden Kontaktelementen in dem Gehäuseteil kontaktiert werden. In weitere Gehäuseteile wird ein Sensorelement eingesetzt, das mit einem dieser weiteren Gehäuseteile kontaktiert wird. Über zusätzliche Zwischenelemente erfolgt die Zusammensetzung zu einer Funktionseinheit.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass die elektrische Kontaktgabe zwischen Wandler und Auswerteeinrichtung in einfacher Weise erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei der Erfindung werden zur elektrischen Kontaktgabe zwischen mit dem Wandler verbundenen Kontakten und der Auswerteeinrichtung Federkontakte, welche mit der Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden sind oder zu verbinden sind und an einem gegenüber den Wandlerkontakten verdrehsicheren Sockel abgestützt sind, mit Kontaktdruck auf die Wandlerkontakte gedrückt. Zur Erzeugung des hierzu erforderlichen Kontaktdruckes besteht das Gehäuse aus zwei Gehäuseteilen, welche beim Zusammenbau bewirken, dass die Wandlerkontakte und der Sockel aufeinander zu bewegt werden. Hierbei können der Wandler oder die Fassung, an welcher der Wandler gelagert ist, am einen Gehäuseteil und der Sockel am anderen Gehäuseteil abgestützt sein. Beim Zusammenbau werden die beiden Gehäuseteile aufeinander zu bewegt, wobei gleichzeitig die Federkontakte und Wandlerkontakte aufeinander zu bewegt werden und aufeinander gedrückt werden, wobei der Kontakt hergestellt wird.
Vorzugsweise sind die Wandlerkontakte starr mit dem Wandler verbunden und können als Kontaktfläche, welche am Wandler oder an einer den Wandler aufnehmenden Wandlerfassung angeordnet sind, ausgebildet sein. Die Wandlerflächen können als dünne Kontaktplättchen oder als Metallisierungen ausgebildet sein. Vorzugsweise bestehen die Kontaktfläche aus Gold oder sind vergoldet.
Hierzu können die Verbindungsflächen, an denen die beiden Gehäuseteile miteinander verbunden werden, entsprechend ausgebildet sein. Vorzugsweise werden die beiden Gehäuseteile durch Bördeln miteinander verbunden. Es ist jedoch auch möglich, durch Verklipsen oder durch Rastmechanismen bei der Aufeinanderzubewegung der beiden Gehäuseteile diese fest miteinander zu verbinden. Durch die miteinander verbundenen Gehäuseteile ist gewährleistet, dass der Kontaktdruck aufrechterhalten bleibt.
Für eine verdrehsichere Halterung können der Sockel und der Wandler einen gemeinsamen Halter im Gehäuse aufweisen. Hierdurch ist gewährleistet, dass Sockel und Wandler verdrehsicher im Gehäuse gehalten werden. Der Halter kann ebenfalls verdrehsicher im Gehäuseinnern gelagert sein.
Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise möglich, bei einem zur Weiterleitung von Signalen von dem Wandler (zur Messung eines in einem Druckmedium herrschenden Drucks) zu der Auswerteeinrichtung erforderlichen elektrischen Kontakt die Kontaktierung sicher und verlässlich zu gestalten, so dass der verlässliche Kontakt auch nach längerer Betriebszeit aufrecht erhalten werden kann. Insbesondere erfolgt mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Gehäuseteile und der Kontakte eine Kontaktierung, bei der die Kontaktelemente keine Querbewegung beim elastischen Einfedern durchführen, so dass der Oberflächenabrieb der Kontakte erheblich vermindert wird. Die Kontakte haben somit eine längere Lebensdauer im Vergleich zu bekannten Kontaktanordnungen. Im Allgemeinen führt eine Querbewegung der Kontakte beim elastischen Einfedern zu einer Abnutzung der Kontakte (Kontaktflächen) durch einen Abrieb des Oberflächenschutzes der Kontakte, sowie bei einem Einsatz eines Leitklebers bei den Kontakten zu einem unerwünschten Wegschieben des Klebermaterials und damit zu einer Verschlechterung des elektrischen Übergangswiderstands und zu einer verringerten Lebensdauer des Kontakts. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung werden diese Nachteile wirksam vermieden.
Der Kanal, über welchen mit dem zu messenden Druckmedium eine druckübertragende Verbindung hergestellt wird, kann in einem Einsatz vorgesehen sein, welcher druckdicht oder flüssigkeitsdicht an einer Seite des Wandlers angeordnet wird. Die Kanalöffnung ist dabei auf den drucksensitiven Teil des Wandlers gerichtet.
Die vorliegende Druckmessvorrichtung kann zur Messung von hydraulischen oder pneumatischen Drücken verwendet werden.
Anhand der Figuren wird an einem Ausführungsbeispiel die Erfindung noch näher erläutert.
Es zeigt
1 die Bauteile des Ausführungsbeispiels in Explosivdarstellung in der Anordnung ihres Einbaus im zweiteiligen Gehäuse schräg von unten;
2 die in 1 dargestellte Anordnung der Bauteile des Ausführungsbeispiels schräg von oben;
3 eine Ausführungsform für einen Wandler, welcher beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 zum Einsatz kommen kann; und
4 eine Oberflächenseite einer Platte, an welcher Federkontakte, welche beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 zum Einsatz kommen, angeordnet sind.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel einer Druckmesseinrichtung besteht ein Gehäuse 2 aus zwei Gehäuseteilen 8 und 9. Im Gehäuse ist ein drucksensitiver Wandler 1 angeordnet. An einer Trägerplatte, welche beispielsweise als gedruckte Leiterplatte ausgebildet ist, befinden sich Bauelemente einer elektrischen oder elektronischen Auswerteeinrichtung 5.
Der Wandler besteht vorzugsweise aus einem topfförmigen Keramikkörper, dessen Boden als dünne Scheibe, insbesondere Keramikscheibe ausgebildet ist. Diese dünne Scheibe kann durch den zu messenden Druck verformt werden. Auf der Außenseite des Bodens sind nicht näher dargestellte durch Verformung veränderbare Wiederstände als Wandlerelemente angeordnet, die zu einer Messbrückenschaltung miteinander verschaltet sind. Aufgrund der Verformung der dünnen Keramikbodenscheibe des Wandlers 1 ändert sich der Wiederstandswert dieser Wandlerelemente und eine in der Brückendiagonale abgegriffene Spannung wird als Messsignal über Wandlerkontakte 4 und Federkontakte 6, welche, wie im einzelnen noch erläutert wird, durch Druckkontakt miteinander elektrisch verbunden sind, an die Bauelemente der Auswerteeinrichtung 6 weitergegeben. Die Wandlerelemente an der Außenseite des Wandlerbodens sind mit einer Schutzschicht 15 gegen Umwelteinflüsse geschützt und deshalb in den Figuren nicht sichtbar. Die Wandlerkontakte und Federkontakte können aus Gold bestehen oder vergoldet sein.
Die Federkontakte 6, welche mit dem Bauelementen der Auswerteeinrichtung 5 verbunden sind, werden beim Ausführungsbeispiel an einem Sockel 7 abgestützt. Der Sockel 7 kann an der Leiterplatte 13 befestigt sein. Die Leiterplatte 13 und der Sockel 7 mit den Federkontakten 6 sowie der Wandler 1 werden gegeneinander verdrehungssicher an einem Halter 12 befestigt. Hierzu kann die Leiterplatte 13 als Polygon, beispielsweise Achteck ausgebildet sein und in einer entsprechenden Ausnehmung des Halters 12 drehsicher angeordnet werden. Zur positionsgerechten Anordnung kann in der Leiterplatte 13 eine Ausnehmung 16 vorgesehen sein, in welche ein entsprechend geformter Vorsprung 17 in der Ausnehmung des Halters 12, welche die Leiterplatte 13 aufnimmt, beim Zusammenbau ragt. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Federkontakte 6 eine vorbestimmte Position am Halter 12 einnehmen.
An der Umfangsfläche des topfförmigen Wandlers 1 sind axial verlaufende Ausnehmungen 18 vorgesehen, welche in entsprechende Vorsprünge 19 an einem ringförmigen Aufnahmeteil des Halters 12 beim Zusammenbau ragen. Hierdurch wird gewährleistet, dass beim Zusammenbau am Halter 12 die Wandlerkontakte 4 den Federkontakten 6 gegenüberliegen.
In dem einen Gehäuseteil 8 (oberer Gehäuseteil) ist eine Öffnung 20 vorgesehen, in welche ein Einsatz 14 eingesetzt wird. Durch den Einsatz 14 erstreckt sich in axialer Richtung ein Kanal 3. Dieser Kanal 3 wird im Innenraum 21 des topfförmigen Wandlers 1 druckdicht oder flüssigkeitsdicht angeordnet. Hierzu dient ein den Einsatz 3 umfassender Dichtungsring 22. Dieser Dichtungsring 22 umgibt den in das Topfinnere 21 ragenden Teil des Einsatzes 14. Die Kanalöffnung des Kanals 3 ist auf die innenliegende Seite des dünnen Wandlerbodens hin gerichtet. Hydraulisches oder pneumatisches Druckmedium, welches durch den Kanal 3 auf die Innenfläche des Wandlerbodens gerichtet wird, verformt den Wandlerboden, wobei der Grad der Verformung dem einwirkenden Druck proportional ist. In Abhängigkeit von dieser Verformung wird, wie oben schon erläutert, von den Wandlerelementen ein elektrisches Signal erzeugt, das in der Auswerteeinrichtung 5 ausgewertet ist. Der zu messende Druck kann auch von einem Stößel, wie er aus EP 1 098 180 A1 beschrieben ist, auf die dünne Wandlerbodenscheibe übertragen werden. Der Kanal 3 ist dann entsprechend ausgebildet. Ferner kann eine mechanische Sicherung gegen Leckage im Kanal 3 vorgesehen sein, wie sie beispielsweise aus DE 198 12 296 C1 bekannt ist.
Das von der Auswerteeinrichtung 5 aufbereitete elektrische Signal wird über Kontaktstifte, welche am anderen Gehäuseteil 9 (unterer Gehäuseteil) vorgesehen sind, nach außen weitergegeben. Die Kontaktstifte 23 dienen sowohl zur Zuführung der Versorgungsspannung als auch zur Weitergabe des von der Auswerteeinrichtung 5 aufbereiteten Messsignals.
Am Gehäuseteil 8 sind innenliegende Führungsrippen 24 vorgesehen, welche beim Zusammenbau in am Halter 12 vorgesehene Führungsnuten 25 eingreifen. Die Führungsrippen 24 und Führungsnuten 25 erstrecken sich in axialer Montagerichtung, in welcher die beiden Gehäuseteile 8 und 9 mit dem darin anzuordnenden Halter 12, an welchem der Wandler 1 und die Leiterplatte 13 gehalten sind, zusammengefügt werden. Für ein positionsgerechtes Zusammenfügen sind auch im Gehäuseteil 9 Führungsschlitze bzw. Führungsnuten 26 vorgesehen, in welche die Führungsrippen 24 eingreifen.
Im Bereich von Verbindungsflächen 10 und 11 werden die beiden Gehäuseteile 8 und 9 fest miteinander verbunden. Diese Verbindungsflächen 10 und 11 sind so ausgestaltet, dass beim geführten Aufeinanderzubewegen der Gehäuseteile 8 und 9 und bei der abschließenden festen Verbindung im Bereich der Verbindungsflächen 10 und 11 die Wandlerkontakte 4 und die Federkontakte 6 aufeinander zubewegt werden und aufeinander gedrückt werden. Durch den dabei entstehenden Kontaktdruck wird die gewünschte elektrische Verbindung zwischen dem Wandler 1 und den Bauelementen der Auswerteeinrichtung 5 hergestellt. Der Wandler 1 stützt sich dabei gegen eine Bodenfläche 28 am topfförmigen Gehäuseteil 8 ab. Die Leiterplatte 13 wird dabei an einer Auflageschulter 29 im Gehäuseteil 9 abgestützt. Es können auch andere geeignete Abstützelemente an den beiden Gehäuseteilen 8, 9 vorgesehen sein. Durch die feste Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen 8 und 9, beispielsweise durch Bördeln, Verrasten, Verklipsen und dergleichen wird der Kontaktdruck zwischen den Federkontakten 6 und den Wandlerkontakten 4 aufrechterhalten.

1: drucksensitiver Wandler
2: Gehäuse
3: Kanal
4: Wandlerkontakte
5: Auswerteeinrichtung
6: Federkontakte
7: Sockel
8: Gehäuseteil
9: Gehäuseteil
10: Verbindungsflächen
11: Verbindungsflächen
12: Halter
13: Leiterplatte
14: Einsatz
15: Schutzschicht
16: Ausnehmung
17: Vorsprung
18: Ausnehmung
19: Vorsprung
20: Öffnung
21: Innenraum
22: Dichtungsring
23: Kontaktstifte
24: Führungsrippen
25: Führungsnuten
26: Führungsschlitze
27: Auflageschulter
28: Bodenfläche

Claims

Vorrichtung zur Messung eines in einem Druckmedium herrschenden Druckes mit einem drucksensitiven Wandler, welcher in einem Gehäuse angeordnet ist, und über einen Kanal mit dem zu messenden Druckmedium in druckübertragender Verbindung steht und mit am Wandler vorgesehenen elektrischen Wandlerkontakten, welche zur Weiterleitung von druckabhängigen elektrischen Signalen mit einer elektrischen oder elektronischen Auswerteeinrichtung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Kontaktgabe zwischen den Wandlerkontakten (4) und der Auswerteeinrichtung (5) mit der Auswerteeinrichtung (5) elektrisch verbundene oder zu verbindende Federkontakte (6), welche an einem gegenüber den Wandlerkontakten (4) verdrehsicheren Sockel (7) abgestützt sind, mit Kontaktdruck auf die Wandlerkontakte (4) gedrückt sind, wobei zur Erzeugung des Kontaktdruckes das Gehäuse (2) aus zwei Gehäuseteilen (8, 9) besteht, welche beim Zusammenbau die Wandlerkontakte (4) und die Federkontakte (6) aufeinanderzubewegen, und der Wandler (1) mit den Wandlerkontakten (4) am einen Gehäuseteil (8) und der Sockel (7) mit den Federkontakten (6) am anderen Gehäuseteil (9) abgestützt sind und die beiden Gehäuseteile (8, 9) beim Zusammenbau aufeinander zubewegt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungsflächen (10, 11), an denen die beiden Gehäuseteile (8, 9) miteinander verbunden werden, für eine Bewegung der Gehäuseteile (8, 9) aufeinanderzu ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäuseteile (8, 9) durch Bördeln miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für eine verdrehsichere Halterung im Gehäuse (2) ein gemeinsamer Halter (12) für den Sockel (7) und den Wandler (1) im Gehäuseinnern vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (12) verdrehsicher im Gehäuse (2) gehalten ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (5) an einer im Gehäuse (2) angeordneten gedruckten Leiterplatte (13) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockel (7) an der gedruckten Leiterplatte (13) befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (3) an die eine Seite eines durch Druck verformbaren Teils des Wandlers (1) geführt ist und die Kontakte (4) an der anderen Seite des Wandlers (1) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (3) in einem Einsatz (14) vorgesehen ist, welcher druck- oder flüssigkeitsdicht am Wandler angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Gehäuseteilen (8, 9) und dem Halter (12) für einen positionsgerechten Zusammenbau in axialer Richtung verlaufende ineinandergreifende Führungen (24, 25, 26) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch die an den beiden Gehäuseteilen (8, 9) und dem Halter (12) vorgesehenen in axialer Montagerichtung verlaufenden Führungen (24, 25, 26) eine verdrehsichere Positionierung der beiden Gehäuseteile (8, 9) und des Halters (12) vorgesehen wird.