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Diese
Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr.
2006-179563 , die am 29. Juni 2006
eingereicht wurde, und beansprucht deren Priorität, wobei ihr Inhalt durch Bezugnahme darauf
hier enthalten ist.
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Die
gegenwärtige
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Drucksensoren. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf einen Differenzialdrucksensor, in
welchem Sensorchips und Druckeinleitungskanäle symmetrisch vorgesehen sind,
um ungeachtet der Umgebungstemperaturen eine hohe Genauigkeit des
Differenzialdrucksensors sicher zu stellen.
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Herkömmlicherweise
ist ein Typ von Differenzialdrucksensor bekannt, der ein Paar von
Sensorchips und einen Schaltungschip aufweist.
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Jeder
der Sensorchips ist in Betrieb, um als Funktion eines daran angelegten
Drucks ein elektrisches Signal auszugeben. Der Schaltungschip ist
in Betrieb, um auf der Grundlage von den von den Sensorchips ausgegebenen
elektrischen Signalen einen Differenzialdruck zu bestimmen, welcher
die Differenz zwischen den Drücken
ist, die an die Sensorchips angelegt wurden. Der Schaltungschip
ist auch in Betrieb, um ein elektrisches Signal auszugeben, das
für den
bestimmten Differenzialdruck charakteristisch ist. (Einen derartigen
Drucksensor offenbart beispielsweise die erste Veröffentlichung
des japanischen Patents Nr. H
5-248979 .)
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Außerdem ist
eine Anordnung eines derartigen Differenzialdrucksensors bekannt,
wie in den 11 bis 13 dargestellt
ist.
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Es
wird auf 11 Bezug genommen. Ein Differenzialdrucksensor
S8 beinhaltet insbesondere ein Gehäuse 81, ein Paar von
Sensorchips 82 und 83, einen IC-Chip bzw. Integrated-Circuit-Chip 84, Kondensatoren 85 und
ein Keramiksubstrat 86. Alle Sensorchips 82 und 83,
der IC-Chip 84 und die Kondensatoren 85 sind an
dem Substart 86 angebracht und zusammen mit dem Substrat 86 in
dem Gehäuse 81 aufgenommen.
In dem Gehäuse 81 ist
ein Paar von Druckeinleitungskanälen 87 und 88 ausgeformt, durch
welche die Drücke
von der äußeren Umgebung den
Sensorchips 82 und 83 jeweils zugeführt werden.
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Es
wird auf 12 Bezug genommen. In dem Differenzialdrucksensor
S8 sind jedoch die Druckeinleitungskanäle 87 und 88 in
dem Gehäuse 81 asymmetrisch
ausgeformt. Es wird auf 13 Bezug
genommen. Außerdem
sind die Sensorchips 82 und 83, der IC-Chip 84 und
die Kondensatoren 85 an dem Substrat 86 ebenfalls
asymmetrisch angeordnet.
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Folglich
ist es in der Praxis schwierig, eine hohe Genauigkeit des Differenzialdrucksensors
S8 sicherzustellen.
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Insbesondere
haben in dem Differenzialdrucksensor S8 Komponenten, die aus unterschiedlichen
Materialien hergestellt sind, wie zum Beispiel das Gehäuse 81 und
das Substrat 86, unterschiedliche lineare Ausdehnungskoeffizienten
hat. Abhängig von
den Umgebungstemperaturen können
daher Wärmebeanspruchungen
in den Differenzialdrucksensor S8 eingeleitet werden. Aufgrund der
oben erwähnten
Asymmetrien unterscheiden sich die Wärmebeanspruchungen, die über die
Druckeinleitungskanäle 87 und 88 zu
den Sensorchips 82 und 83 übertragen werden, demgemäß voneinander.
Daher heben sich bei der Bestimmung des Differenzialdrucks durch
den IC-Chip 84 die Wärmebeanspruchungen
gegenseitig nicht vollständig
auf, was zu einem Erfassungsfehler führt. Aufgrund des Erfassungsfehlers
kann ferner eine lineare Eigenschaft des Differenzialdrucksensors
S8 nicht garantiert werden.
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Es
ist Aufgabe der gegenwärtigen
Erfindung einen Differenzialdrucksensor mit einer verbesserten Struktur
herzustellen, die ungeachtet der Umgebungstemperaturen eine hohe
Genauigkeit des Differenzialdrucksensors sicherstellt.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale von Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist ein
Differenzialdrucksensor vorgesehen, der ein Gehäuse, ein erstes und ein zweites
Druckerfassungselement, einen ersten und einen zweiten Druckeinleitungskanal
und ein Differenzialdruckbestimmungselement aufweist.
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Die
ersten und zweiten Druckerfassungselemente sind in dem Gehäuse angeordnet.
Das erste Druckerfassungselement arbeitet, um einen ersten Druck
zu erfassen und um ein erstes elektrisches Signal auszugeben, das
für den
erfassten ersten Druck charakteristisch ist. Das zweite Druckerfassungselement
arbeitet, um einen zweiten Druck zu erfassen und um ein zweites
elektrisches Signal auszugeben, das für den erfassten zweiten Druck
charakteristisch ist.
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Die
ersten und zweiten Druckeinleitungskanäle sind in dem Gehäuse vorgesehen,
um den ersten und zweiten Druckerfassungselementen jeweils die ersten
und zweiten Drücke
zuzuführen.
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Das
Differenzialdruckbestimmungselement arbeitet, um auf der Grundlage
der ersten und zweiten elektrischen Signale, die von den ersten
und zweiten Druckerfassungselementen ausgegeben wurden, einen Differenzialdruck
zu bestimmen, welcher die Differenz zwischen den ersten und zweiten Drücken ist.
Das Differenzialdruckbestimmungselement arbeitet auch, um ein elektrisches
Signal auszugeben, das für
den bestimmten Differenzialdruck charakteristisch ist.
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In
den obigen Differenzialdrucksensor haben außerdem die ersten und zweiten
Druckerfassungselemente die gleiche Form und Größe, und sie sind hinsichtlich
eines Bezugs in dem Gehäuse
symmetrisch angeordnet. Die ersten und zweiten Druckeinleitungskanäle haben
auch die gleiche Form und Größe, und
sie sind hinsichtlich des Bezugs in dem Gehäuse symmetrisch positioniert.
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Mit
einem solchen Aufbau ist das Positionsverhältnis zwischen dem ersten Druckerfassungselement
und dem ersten Druckeinleitungskanal das gleiche wie das zwischen
dem zweiten Druckerfassungselement und dem zweiten Druckeinleitungskanal.
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Während des
Betriebs des Differenzialdrucksensors wird folglich die Wärmebeanspruchung,
die in das Gehäuse
eingeleitet wird und durch den ersten Druckeinleitungskanal zu dem
ersten Druckerfassungselement übertragen
wird, gleich der Wärmebeanspruchung,
die in das Gehäuse
eingeleitet wird und über
den zweiten Druckeinleitungskanal zu dem zweiten Druckerfassungselement übertragen
wird. Daher heben sich bei der Bestimmung des Differenzialdrucks
durch das Differenzialdruckbestimmungselement die Wärmebeanspruchungen
gegenseitig auf, wodurch der bestimmte Differenzialdruck mit dem
Unterschied zwischen den ersten und zweiten Drücken in Übereinstimmung gebracht wird.
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Demgemäß kann der
erfindungsgemäß Differenzialdrucksensor
ungeachtet der Umgebungstemperaturen den Differenzialdruck genau
bestimmen.
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Darüber hinaus
kann in dem erfindungsgemäßen Differenzialdrucksensor
in dem Gehäuse
eine Trennwandung vorgesehen sein, um die ersten und zweiten Druckeinleitungskanäle zu trennen;
der Bezug, hinsichtlich dem die ersten und zweiten Druckerfassungselemente
symmetrisch angeordnet und die ersten und zweiten Druckeinleitungskanäle symmetrisch
positioniert sind, kann von der Trennwandung gebildet werden.
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In
diesem Fall ist es bevorzugt, dass wenigstens ein Teil der Trennwandung
aus einem Material hergestellt ist, dessen Wärmeleitfähigkeit höher ist als die des Gehäuses.
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Andererseits
kann in dem erfindungsgemäßen Differenzialdrucksensor
der Bezug von einer hypothetischen Mittellinie des Gehäuses gebildet
werden, so dass dann, wenn die Betrachtung entlang der Mittellinie
erfolgt, die ersten und zweiten Druckerfassungselemente und die
ersten und zweiten Druckeinleitungskanäle jeweils in Bezug auf die
Mittellinie punktsymmetrisch sind.
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In
dem erfindungsgemäßen Differenzialdrucksensor
weist jeder der ersten und zweiten Druckeinleitungskanäle vorzugsweise
einen Abschnitt mit kreisförmigem
Querschnitt auf; die Abschnitte mit kreisförmigem Querschnitt der ersten und
zweiten Druckeinleitungskanäle
haben vorzugsweise die gleiche Form und Größe, und sie sind hinsichtlich
des Bezugs symmetrisch positioniert; und die ersten und zweiten
Druckerfassungselemente sind mit den Abschnitten mit kreisförmigem Querschnitt
der ersten und zweiten Druckeinleitungskanäle vorzugsweise koaxial angeordnet.
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In
dem erfindungsgemäßen Differenzialdrucksensor
kann das Differenzialdruckbestimmungselement in dem Gehäuse angeordnet
sein. In dieser Situation ist es bevorzugt, dass das Differenzialdruckbestimmungselement
in dem Gehäuse
hinsichtlich des Bezugs symmetrisch angeordnet ist.
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In
dem erfindungsgemäßen Differenzialdrucksensor
kann das Gehäuse
aus einem Harz und einem Zusatzstoff hergestellt sein. In diesem
Fall ist es bevorzugt, dass der Zusatzstoff in dem Gehäuse hinsichtlich
des Bezugs im Wesentlichen symmetrisch verteilt ist.
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Der
erfindungsgemäße Differenzialdrucksensor
weist ferner ein erstes und ein zweites Druckübertragungsmedium auf, das
in die ersten und zweiten Druckeinleitungskanäle gefüllt ist, um die ersten und
zweiten Drücke
zu den ersten und zweiten Druckerfassungselementen zu übertragen.
In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die ersten und zweiten Druckübertragungsmedien
so ausgeformt sind, dass sie eine symmetrische Form und Größe haben
und hinsichtlich des Bezugs symmetrisch sind. Des Weiteren ist es
auch bevorzugt, dass die ersten und zweiten Druckübertragungsmedien
aus demselben gelähnlichen
Material hergestellt sind.
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Der
erfindungsgemäße Differenzialdrucksensor
weist ferner einen dritten und einen vierten Druckeinleitungskanal
auf, die in dem Gehäuse
vorgesehen sind, um jeweils den ersten und zweiten Druckerfassungselementen
einen Bezugsdruck zuzuführen.
Das Gehäuse
kann eine erste und eine zweite Endfläche aufweisen, die zueinander
gegenüberliegend
angeordnet sind; die ersten und zweiten Druckeinleitungskanäle können durch
die erste Endfläche
des Gehäuses
ausgeformt sein, und die dritten und vierten Druckeinleitungskanäle können durch
die zweite Endfläche
des Gehäuses
ausgeformt sein; das erste Druckerfassungselement kann derart ausgestaltet
sein, dass es den ersten Druck als einen ersten Relativdruck zu
dem Bezugsdruck erfasst, und das zweite Druckerfassungselement kann
derart ausgestaltet sein, dass es den zweiten Druck als einen zweiten
Relativdruck zu dem Bezugsdruck erfasst; und das Differenzialdruckbestimmungselement kann
derart ausgestaltet sein, dass es den Differenzialdruck als die
Differenz zwischen den ersten und zweiten Relativdrücken bestimmt.
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In
diesem Fall kann außerdem
der Differenzialdrucksensor ein drittes und ein viertes Druckübertragungsmedium
aufweisen, das in die dritten und vierten Druckeinleitungskanäle gefüllt ist,
um zu den ersten und zweiten Druckerfassungselementen den Bezugsdruck
zu übertragen
und um von den ersten und zweiten Druckeinleitungskanälen Wärme zu absorbieren;
das dritte Druckübertragungsmedium kann
vorzugsweise mit einem größeren Betrag
an einem gelähnlichen
Material ausgeformt sein, als das vierte Druckübertragungsmedium.
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Andererseits
kann der Differenzialdrucksensor außerdem ein Druckübertragungsmedium
aufweisen, das nur in den dritten der dritten und vierten Druckeinleitungskanäle gefüllt ist,
um zu dem ersten Druckerfassungselement den Bezugsdruck zu übertragen
und um von dem ersten Druckeinleitungskanal Wärme zu absorbieren.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf einen Differenzialdrucksensor gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung, worin ein Abdeckungsabschnitt eines Gehäuses von
dem Differenzialdrucksensor weggelassen ist;
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2 eine
Seitenansicht im Querschnitt des Differenzialdrucksensors;
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3 eine
schematische Draufsicht, die eine symmetrische Anordnung von Sensorchips
in dem Differenzialdrucksensor zeigt;
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4 eine
schematische Draufsicht, welche eine symmetrische Verteilung eines
Zusatzstoffs in dem Gehäuse
des Differenzialdruckerfassungselements zeigt;
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5 eine
schematische äquivalente
Schaltung des Differenzialdrucksensors;
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6 eine
schematische Draufsicht auf einen Differenzialdrucksensor gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung, worin ein Abdeckungsabschnitt eines Gehäuses des
Differenzialdrucksensors weggelassen ist;
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7 eine
Seitenansicht im Querschnitt eines Differenzialdrucksensors gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung;
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8 eine
Seitenansicht im Querschnitt eines Differenzialdrucksensors gemäß der vierten
Ausführungsform
der Erfindung;
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9 eine
Seitenansicht im Querschnitt eines Differenzialdrucksensors gemäß der fünften Ausführungsform
der Erfindung;
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10 eine
Seitenansicht im Querschnitt eines Differenzialdrucksensors gemäß der sechsten Ausführungsform
der Erfindung;
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11 eine
Seitenansicht im Querschnitt eines Differenzialdrucksensors aus
dem Stand der Technik;
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12 eine
Draufsicht von dem Differenzialdrucksensor aus dem Stand der Technik;
und
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13 eine
Unteransicht von dem Differenzialdrucksensor aus dem Stand der Technik.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 bis 10 werden
im Folgenden die bevorzugten Ausführungsformen der gegenwärtigen Erfindung
beschrieben.
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{Erste Ausführungsform}
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Die 1 bis 2 zeigen
einen Differenzialdrucksensor S1 gemäß der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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Der
Differenzialdrucksensor S1 ist so ausgestaltet, dass er den Druckverlust
erfasst, der durch einen Dieselpartikelfilter (DPF) erzeugt wird,
welcher in dem Auslassrohr eines Dieselmotors für ein Kraftfahrzeug angeordnet
ist. Insbesondere ist in dieser Ausführungsform der Differenzialdrucksensor
S1 derart ausgestaltet, dass er die Druckdifferenz zwischen Abgasen
auf der stromaufwärtigen
und auf der stromabwärtigen
Seite des DPF erfasst.
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Wie
in 2 dargestellt ist weist der Differenzialdrucksensor
S1 ein Gehäuse 10,
einen ersten Sensorchip 20, einen zweiten Sensorchip 30,
eine erste Druckeinlassöffnung 40,
eine zweite Druckeinlassöffnung 50 und
einen Halbleiterschaltungschip 60 auf.
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Das
Gehäuse 10 ist
derart vorgesehen, dass darin die ersten und zweiten Sensorchips 20 bis 30 und
der Schaltungschip 60 untergebracht sind. Das Gehäuse 10 ist
aus einem Harz, wie zum Beispiel PBT (Polybutylen-Terephthalat)
oder PPS (Polyphenylsulfid), und einem Zusatzstoff, wie zum Beispiel
einem Glasfüllstoff,
hergestellt. Die Gesamtform des Gehäuses 10 ist flach.
Das Gehäuse 10 weist
einen Körperabschnitt 11 und
einen Abdeckungsabschnitt 12 auf.
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Wie
in 2 gezeigt ist weist der Körperabschnitt 11 eine
obere Fläche 11a und
eine untere Fläche 11b auf,
die zueinander im Wesentlichen parallel sind. Außerdem sind in dem Körperabschnitt 11 die ersten
und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 ausgeformt,
die an der oberen Fläche 11a des
Körperabschnitts 11 offen
sind und entlang der Längsachse
C1-C1 des Körperabschnitts 11 ausgerichtet sind,
wie es in 1 dargestellt ist. Anderseits
ist an der unteren Fläche 11b des
Körperabschnitts 11 eine Aussparung 13 ausgeformt,
in welcher die ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 und
der Schaltungschip 60 aufgenommen sind. Außerdem stehen
die ersten und zweiten Druckeinleitungsöffnungen 40 und 50 mit
der Aussparung 13 in Verbindung, wodurch sie den Körperabschnitt 11 in
der Dickenrichtung des Körperabschnitts 11 durchdringen.
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Der
Abdeckungsabschnitt 12 deckt die ersten und zweiten Druckeinleitungsöffnungen 40 und 50 ab,
wobei zwischen dem Körper-
und Abdeckungsabschnitten 11 und 12 eine erste Öffnung 12a und
eine zweite Öffnung 12b ausformt
sind. Die ersten und zweiten Öffnungen 12a und 12b stehen
jeweils mit den und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 in
Verbindung.
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Jeder
der ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 ist
derart ausgestaltet, dass er als Funktion eines daran angelegten
Drucks ein elektrisches Signal ausgibt. In der gegenwärtigen Ausführungsform
ist jeder der ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 mit
einem Halbleitersensorchip ausgeformt, der ein Halbleitersubstrat,
das beispielsweise aus Silizium hergestellt ist, und eine in dem
Substrat ausgeformte Membran aufweist. Es wird auf die 1 und 2 Bezug
genommen. Insbesondere weist der erste Sensorchip 20 eine
rechteckige ebene Fläche 20a, welche
der Öffnung
der Aussparung 13 zugewandt ist, und eine rechteckige ausgesparte
Fläche 20b, welche
der ersten Druckeinlassöffnung 40 zugewandt
ist, auf. Die ebene und die ausgesparte Fläche 20a und 20b bilden
gemeinsam in dem ersten Chip 20 eine Membran 21.
Auf ähnliche
Weise weist der Sensorchip 30 eine rechteckige ebene Fläche 30a, welche
der Öffnung
der Aussparung 13 zugewandt ist, und eine rechteckige ausgesparte
Fläche 30b, welche
der zweiten Druckeinleitungsöffnung 50 zugewandt
ist, auf. Die ebene und die ausgesparte Fläche 30a und 30b bilden
gemeinsam in dem zweiten Sensorchip 30 eine Membran 31.
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Es
sollte hervorgehoben werden, dass in der gegenwärtigen Ausführungsform die ersten und zweiten
Sensorchips 20 und 30 derart ausgeformt sind,
dass sie die gleiche Form und Größe haben.
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Es
wird auf 3 Bezug genommen. Die Membran 21 weist
vier darin ausgeformt Piezowiderstände 21a bis 21d auf,
welche zusammen eine Brückenschaltung
herstellen. Wenn an die ebenen und ausgesparten Flächen 20a und 20b des
ersten Sensorchips 20 jeweils ein erster Druck A und ein
Bezugsdruck C angelegt werden, wird die Membran 21 durchgebogen,
wodurch durch die darin ausgeformte Brückenschaltung das elektrische
Signal erzeugt wird, das für
die Differenz zwischen den Drücken
A und C charakteristisch ist. Auf ähnliche Weise sind in der Membran 31 vier
Piezowiderstände 31a bis 31d ausgeformt,
welche zusammen eine Brückenschaltung
bilden. Wenn an die ebenen und ausgesparten Flächen 30a und 30b des
zweiten Sensorchips 30 jeweils ein zweiter Druck B und
ein Bezugsdruck C angelegt werden, wird die Membran 31 durchgebogen, wodurch
durch die darin ausgeformte Brückenschaltung
das elektrische Signal erzeugt wird, das für die Differenz zwischen den
Drücken
B und C charakteristisch ist.
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Wie
in 2 gezeigt ist sind ferner die ersten und zweiten
Sensorchips 20 und 30 in der Aussparung 13 des
Körperabschnitts 11 von
dem Gehäuse 10 angeordnet
und durch Auflager 22 bzw. 32 an der unteren Fläche der
Aussparung 13 angebracht. Die Auflager 22 und 32 sind
beispielsweise aus Glas hergestellt, und sie weisen jeweilige darin
ausgeformte Durchgangsausnehmungen 22a und 32a auf,
die mit den ersten und zweiten Druckeinleitungsöffnungen 40 bzw. 50 in
Verbindung stehen. In der gegenwärtigen
Ausführungsform
haben außerdem
die Auflager 22 und 32 die gleiche Form und Größe.
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Darüber hinaus
sind die ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 jeweils
beispielsweise durch Anodenverbinden mit den Auflagern 22 und 32 verbunden.
Andererseits sind die Auflager 22 und 32 mit dem
Körperabschnitt 11 des
Gehäuses 10 durch
auf Silikon basierende Klebstoffe 23 bzw. 33 verbunden. Somit
sind die ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 in
dem Gehäuse 10 stabil
befestigt.
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Die
ersten und zweiten Druckeinleitungsöffnungen 40 und 50 sind
vorgesehen, um die Drücke von
Abgas auf den stromaufwärtigen
und stromabwärtigen
Seiten des DPF den ersten und zweiten Sensorchips 20 bzw. 30 zuzuführen. Im
Folgenden werden die Drücke
des Abgases auf den stromaufwärtigen
und stromabwärtigen
Seiten des DPF jeweils als erster Druck A und zweiter Druck B bezeichnet.
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Die
ersten und zweiten Druckeinleitungsöffnungen 40 und 50 sind
durch eine Trennwandung 14 getrennt, die in dem Körperabschnitt 11 des
Gehäuses 10 mit
einer gleichförmigen
Wandungsdicke ausgeformt ist. Die ersten und zweiten Druckeinleitungsöffnungen 40 und 50 sind
so ausgeformt, dass sie die gleiche Form und Größe haben. Es ist anzumerken, dass
beabsichtigt ist, dass hier die Bedeutung von Form alle Arten von
Formen abdeckt, welche Querschnittsformen und ebene Formen enthalten.
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Die
erste Druckeinleitungsöffnung 40 weist auf
der Seite der Aussparung 13 einen Abschnitt 41 mit
kreisförmigem
Querschnitt und auf der Seite der oberen Fläche 11a einen Abschnitt 42 mit
rechteckigem Querschnitt auf. Der Durchmesser des kreisförmigen Abschnitts 41 ist
geringer als sowohl die Länge
als auch die Breite des rechteckigen Abschnittes 42. Auf ähnliche
Weise weist die zweite Druckeinlassöffnung 50 auf der
Seite der Aussparung 13 einen Abschnitt 51 mit
kreisförmigem
Querschnitt und auf der Seite der oberen Fläche 11a einen Abschnitt 52 mit
rechteckigem Querschnitt auf. Der Durchmesser des kreisförmigen Abschnitts 51 ist
geringer als sowohl die Länge
als auch die Breite des rechteckigen Abschnitts 52.
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Außerdem sind
die ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 mit
ersten und zweiten Druckübertragungsmedien 71 bzw. 72 gefüllt. Das
erste Druckübertragungsmedium 71 füllt auch
die Durchgangsausnehmung 22a des Auflagers 22,
so dass es die ausgesparte Fläche 20b des
ersten Sensorchips 20 besetzt. Auf ähnliche Weise ist das zweite
Druckübertragungsmedium 72 auch
in die Durchgangsausnehmung 32a des Auflagers 32 gefüllt, so
dass es die ausgesparte Fläche 30b des zweiten
Sensorchips 30 besetzt. Außerdem sind in der gegenwärtigen Ausführungsform
die ersten und zweiten Druckübertragungsmedien 71 und 72 mit
der gleichen Menge eines gelähnlichen
Materials ausgeformt, so dass sie die gleiche Form und Größe haben.
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Die
ersten und zweiten Druckübertragungsmedien 71 und 72 dienen
dazu, die ersten und zweiten Drücke
A und B von den ersten und zweiten Öffnungen 12a und 12b zu
den ausgesparten Flächen 20a und 30a der
ersten und zweiten Sensorchips 20 bzw. 30 zu übertragen;
sie dienen auch dazu, die ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 und
die ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 vor
Feuchtigkeit und den Abgasen zu schützen, die im Allgemeinen korrodierend
sind.
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Der
Halbleiterschaltungschip 60 ist so ausgestaltet, dass er
die elektrischen Signale eingibt, die von dem ersten und zweiten
Sensorchip 20 und 30 ausgegeben werden, dass er
auf der Grundlage der eingegebenen elektrischen Signale einen Differenzialdruck
bestimmt, welcher die Differenz zwischen den Druckdifferenzen ist,
die durch die Sensorchips 20 und 30 erfasst werden,
und dass er ein elektrisches Signal ausgibt, das für den bestimmten
Differenzialdruck charakteristisch ist.
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Der
Schaltungschip 60 ist in der Aussparung 13 des
Körperabschnitts 11 von
dem Gehäuse 10 zwischen
den ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 angeordnet
und an der unteren Fläche
der Aussparung 13 durch einen Klebstoff 61 befestigt. Wie
in den 1 bis 3 dargestellt ist, ist außerdem der
Schaltungschip 60 über
Verbindungsdrähte 62,
die aus Gold, Aluminium oder dergleichen hergestellt sind, mit den
ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 elektrisch
verbunden.
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Obwohl
grafisch nicht dargestellt ist außerdem in dem Körperabschnitt 11 des
Gehäuses 10 eine
Verbindungseinrichtung vorgesehen, um zwischen dem Schaltungschip 60 und
externen Vorrichtungen oder Schaltungen eine elektrische Verbindung
herzustellen. Insbesondere weist die Verbindungseinrichtung Anschlüsse auf,
die mit dem Schaltungschip 60 elektrisch verbunden sind,
und über
die der Sensorchip 60 Signale von und zu beispielsweise einer
Brennkraftmaschine-ECU des Kraftfahrzeugs ein- und ausgeben kann.
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Die
Aussparung 13 des Körperabschnitts 11 von
dem Gehäuse 10 ist
andererseits mit einem dritten Druckübertragungsmedium 73 gefüllt, das
aus einem gelähnlichen
Material hergestellt ist. Das dritte Druckübertragungsmedium 73 dichtet
alle Elemente, die in der Aussparung 13 angeordnet sind,
einschließlich
der ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30,
des Schaltungschips 60 und der Verbindungsdrähte 62 vollständig ab,
wodurch sie vor Fremdmaterialien geschützt sind. Ferner ist das dritte Druckübertragungsmedium 73 der
Atmosphäre
ausgesetzt, so dass es den Atmosphärendruck zu den ebenen Flächen 20a und 30a der
ersten und zweiten Sen sorchips 20 bzw. 30 übertragen
kann. Im Folgenden wird der Atmosphärendruck als Bezugsdruck C bezeichnet.
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Außerdem können die
Druckübertragungsmedien 71, 72 und 73 beispielsweise
aus einem Fluorgel, aus einem Silikongel oder aus einem Fluorsilikongel
hergestellt sein. Insbesondere wenn der Differenzialdrucksensor
S1 dafür
verwendet wird, die Druckdifferenz von Abgasen zu erfassen, wie
in der gegenwärtigen
Ausführungsform,
ist es bevorzugt, Fluorgel zu verwenden, das ausgezeichnete Säurewiderstandsfähigkeiten
aufweist.
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In
der gegenwärtigen
Ausführungsform
haben die ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 und
die ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 ein
symmetrisches, planares Layout. Das planare Layout bezeichnet hier
das Layout von den Elementen in dem Differenzialdrucksensor S1,
wenn eine Betrachtung entlang der Dickenrichtung des Körperabschnitts 11 des
Gehäuses 10 erfolgt.
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Es
wird wieder auf 1 Bezug genommen. Insbesondere
haben die ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 die
gleiche Form und Größe, wie
vorher beschrieben, und sie sind in Bezug auf die Trennwandung 14 des
Gehäuses 10 symmetrisch
positioniert. Mit anderen Worten: In der gegenwärtigen Ausführungsform bildet die Trennwandung 14 des
Gehäuses 10 einen
Bezug für
die Symmetrie der ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50.
Ferner haben die ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 die
gleiche Form und Größe, wie oben
beschrieben, und sie sind mit den Abschnitten 41 und 51 mit
kreisförmigem
Querschnitt der ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 bzw. 50 koaxial
angeordnet. Demgemäß sind die
ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 hinsichtlich
der Trennwandung 14 des Gehäuses 10 auch symmetrisch
positioniert.
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Außerdem hat
in der gegenwärtigen
Ausführungsform
der Halbleiterschaltungschip 60 die Form einer rechteckigen
Platte, und er ist in dem Gehäuse 10 derart
angeordnet, dass sich eine Diagonale von ihm an der Trennwandung 14 befindet.
Demgemäß ist der
Schaltungschip 60 in Bezug auf die Trennwandung 14 auch
symmetrisch positioniert. Darüber
hinaus sind auch die Auflager 22 und 32, auf denen
die ersten beiden Sensorchips 20 und 30 jeweils
aufliegen, hinsichtlich der Trennwandung 14 symmetrisch angeordnet.
Es wird auf 4 Bezug genommen. In der gegenwärtigen Ausführungsform
weist der Zusatzstoff 15, der in dem Gehäuse 10 enthalten
ist, eine faserige Form auf, und er ist in dem Gehäuse 10 in
Bezug auf die Trennwandung 14 symmetrisch verteilt. Außerdem kann
eine solche symmetrische Verteilung des Zusatzstoffes 15 dadurch
erzielt werden, dass das Gehäuse 10 durch
Harzeinspritzgießen hergestellt
wird, dass der Einlauf zum Einspritzgießen auf die Trennwandung 14 ausgerichtet
positioniert ist, und dass der Einlauf so ausgerichtet ist, wie es
durch einen Pfeil in 4 angezeigt ist. Dies ist aufgrund
dessen, dass mit diesem Positionieren und Ausrichten des Einlaufs
das Harz in Bezug auf die Trennwandung 14 symmetrisch strömt und daher
der Zusatzstoff 15, der dem Harzfluss folgt, symmetrisch verteilt
wird.
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Nachdem
die Gesamtausgestaltung des Differenzialdrucksensors S1 beschrieben
wurde, wird nun im Folgenden sein Betrieb beschrieben.
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Wie
in 2 gezeigt ist, wird als Erstes über die
erste Öffnung 12a der
erste Druck A der ersten Druckeinlassöffnung 40 zugeführt; der
zweite Druck B wird durch die zweite Öffnung 12b der zweiten Druckeinlassöffnung 50 zugeführt.
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Folglich
nimmt der erste Sensorchip 20 auf seiner ausgesparten Fläche 20b den
ersten Druck A durch das erste Druckübertragungsmedium 71 auf; er
nimmt auch auf seiner ebenen Fläche 20a den
Bezugsdruck C durch das dritte Druckübertragungsmedium 73 auf.
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Somit
erfasst im theoretischen Sinn der erste Sensorchip 20 die
Differenz zwischen dem ersten Druck A und dem Bezugsdruck C, und
das elektrische Signal, das von dem Schaltungschip 60 ausgegeben
wird, repräsentiert
die Differenz (A – C).
In der Praxis sind jedoch die Temperaturen des Abgases gewöhnlich sehr
hoch, und es wird daher dem Differenzialdrucksensor S1 aufgrund
der Unterschiede bei den linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den
Komponenten des Sensors S1 Wärmebeanspruchungen
zugeführt.
Folglich nimmt der erste Sensorchip 20 auch auf seiner
ausgesparten Fläche 20b eine
Wärmebeanspruchung
H, die durch das Auflager 22 des Gehäuses 10 übertragen
wird, und eine Wärmebeanspruchung
G1, die durch das erste Druckübertragungsmedium 71 darauf übertragen wird,
auf. Daher erfasst der Sensorchip 20 tatsächlich eine
Druckdifferenz X, die gleich (A + H1 + G1 – C) ist, und das elektrische
Signal, das von ihm zu dem Schaltungschip 60 ausgegeben
wird, repräsentiert demgemäß die Druckdifferenz
X.
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Auf ähnliche
Weise nimmt der zweite Sensorchip 30 auf seiner ausgesparten
Fläche 30b den zweiten
Druck B durch das zweite Druckübertragungsmedium 72 auf;
er nimmt auch auf seiner ebenen Fläche 30a den Bezugsdruck
C durch das dritte Druckübertragungsmedium 73 auf.
Ferner nimmt in der Praxis der zweite Sensorchip 30 auch
auf seiner ausgesparten Fläche 30b eine
Wärmebeanspruchung
H2, die daran durch das Auflager 32 des Gehäuses 10 übertragen
wird, und eine Wärmebeanspruchung
G2, die daran durch das zweite Druckübertragungsmedium 72 übertragen
wird, auf. Daher erfasst der zweite Sensorchip 30 tatsächlich eine Druckdifferenz
Y, die gleich (B + H2 + G2 – C)
ist, und das elektrische Signal, das von ihm zu dem Schaltungschip 60 ausgegeben
wird, repräsentiert
demgemäß die Druckdifferenz
Y.
-
Es
wird auf 5 Bezug genommen. Anschließend bestimmt
der Schaltungschip 60 auf der Grundlage der elektrischen
Signale, die von den ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 empfangen werden,
den Differenzialdruck Z, und er gibt zu der Brennkraftmaschinen-ECU
das elektrische Signal aus, das für den bestimmten Differenzialdruck
Z charakteristisch ist.
-
Der
Differenzialdruck Z ist gleich (X – Y), das heißt gleich
((A + H1 + G1 – C1) – (B + H2
+ G2 – C)). Aufgrund
der identischen Gestaltungen und symmetrischen Anordnungen der Komponenten
des Differenzialdrucksensors S1, wie oben beschrieben, werden die
Wärmebeanspruchungen
H1 und H2 jedoch gegenseitig aufgehoben, und die Wärmebeanspruchungen
G1 und G2 werden gegenseitig aufgehoben. Folglich wird der Differenzialdruck
Z schließlich gleich
(A – B).
-
Der
Differenzialdrucksensor S1 der gegenwärtigen Ausführungsform weist die folgenden
Vorteile auf.
-
In
dem Differenzialdrucksensor S1, wie oben beschrieben, haben die
ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50,
die in dem Körper 11 des Gehäuses 10 ausgeformt
sind, die gleiche Form und Größe, und
sie sind hinsichtlich der Trennwandung 14 des Gehäuses 10 symmetrisch
positioniert. Ferner haben die ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 die
gleiche Form und Größe, und
sie sind in Bezug auf die Trennwandung 14 symmetrisch angeordnet.
Darüber
hinaus haben die ersten und zweiten Druckübertragungsmedien 71 und 72 die
gleiche Form und Größe, und
sie sind hinsichtlich der Trennwandung 14 symmetrisch angeordnet.
Außerdem haben
auch die ersten und zweiten Auflager 22 und 32 die
gleiche Form und Größe, und
sie sind hinsichtlich der Trennwandung 14 symmetrisch angeordnet.
-
Demgemäß ist das
Positionsverhältnis
zwischen dem ersten Sensorchip 20 und der ersten Druckeinlassöffnung 40 das
gleiche wie das zwischen dem zweiten Sensorchip 30 und
der zweiten Druckeinlassöffnung 50.
-
Folglich
werden während
des Betriebs des Differenzialdrucksensors S1 die Wärmebeanspruchungen
H1 und G1, die durch das erste Druckübertragungsmedium 71 und
das Auflager 22 zu dem ersten Sensorchip 20 übertragen
werden, jeweils gleich den Wärmebeanspruchungen
H2 und G2, die durch das zweite Übertragungsmedium 72 und
durch das zweite Auflager 32 zu dem zweiten Sensorchip 30 übertragen
werden. Als Ergebnis wird der Differenzialdruck Z, der durch den
Schaltungschip 60 bestimmt wird, gleich (A – B).
-
Demgemäß kann der
Differenzialdrucksensor S1 ungeachtet der Temperatur des Abgases,
das ihm von den stromaufwärtigen
und stromabwärtigen Seiten
des DPF zugeführt
wird, die Druckdifferenz (A – B)
genau bestimmt.
-
Darüber hinaus
ist in dem Differenzialdrucksensor S1 der Halbleiterschaltungschip 60 in
dem Gehäuse 10 hinsichtlich
der Trennwandung 14 symmetrisch angeordnet. Der Zusatzstoff 15 ist
in dem Gehäuse 10 hinsichtlich
der Trennwandung 14 symmetrisch verteilt. Diese symmetrische
Anordnung und Verteilung verbessert die Genauigkeit des Differenzialdrucksensors
S1 weiter.
-
Außerdem sind
in dem Differenzialdrucksensor S1 die ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 so
ausgestaltet, dass sie Abschnitte 41 bzw. 51 mit
kreisförmigem
Querschnitt haben.
-
Mit
dieser Ausgestaltung können
bei der Herstellung des Differenzialdrucksensors S1 die ersten und
zweiten Sensorchips 20 und 30 in dem Gehäuse 10 hinsichtlich
der Trennwandung 14 dadurch leicht symmetrisch angeordnet
werden, dass ihre Achsen jeweils auf die Achsen der Abschnitte 41 und 51 mit kreisförmigem Querschnitt
ausgerichtet sind.
-
{Zweite Ausführungsform}
-
6 zeigt
einen Differenzialdrucksensor S2 gemäß der zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
-
In
dem Differenzialdrucksensor S2 haben die ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 die
gleiche Form und Größe, und
die ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 haben
die gleiche Form und Größe wie bei
dem Differenzialdrucksensor S1 gemäß der ersten Ausführungsform.
-
Anders
als bei dem Differenzialdrucksensor S1 ist jedoch die Trennwandung 14 des
Gehäuses 10 in
dem Differenzialdrucksensor S2 nicht flach. Wie in 6 gezeigt
ist, weist insbesondere in der gegenwärtigen Ausführungsform die Trennwandung 14 einen
mittigen Abschnitt 14b und an entgegengesetzten Seiten
des mittigen Abschnitts 14b ein Paar von seitlichen Abschnitten 14c und 14d auf.
Die seitlichen Abschnitte 14c und 14d haben die
gleiche Form und Größe und sind
zueinander parallel. Der mittigen Abschnitt 14b verbindet
die seitlichen Abschnitte 14c und 14d zwar, aber
er ist zu ihnen nicht parallel. Wenn eine Betrachtung von einer
hypothetischen Mittellinie 14a des Gehäuses 10 erfolgt, die
sich in der Dickenrichtung des Gehäuses 10 erstreckt,
erstreckt sich daher der mittige Abschnitt 14b zwischen den
seitlichen Abschnitten 14c und 14d schräg.
-
In
dem Differenzialdrucksensor S2 sind die ersten die zweiten Sensorchips 20 und 30 in
dem Gehäuse 10 derart
angeordnet, dass sie bei einer Betrachtung entlang der Mittellinie 14a des
Gehäuses 10 hinsichtlich
der Mittellinie 14a punktsymmetrisch sind. Demgemäß ist der
Abstand L1 von der Achse des ersten Sensorchips 20 zu der
Mittellinie 14a gleich dem Abstand 12 von der
Achse des zweiten Sensorchips 30 zu der Mittellinie 14a.
-
Ferner
sind die ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 so
positioniert, dass sie bei einer Betrachtung entlang der Mittellinie 14a hinsichtlich
dieser punktsymmetrisch sind. In der gegenwärtigen Ausführungsform stimmt jedoch die
Achse des ersten Sensorchips 20 nicht mit der Achse des
Abschnitts 41 mit kreisförmigem Querschnitt der ersten Druckeinlassöffnung 40 überein;
die Achse des zweiten Sensorchips 30 stimmt nicht mit der
Achse des Abschnitts 51 mit kreisförmigem Querschnitt der zweiten
Druckeinlassöffnung 50 überein.
-
Mit
den obigen symmetrischen Anordnungen ist in dem Differenzialdrucksensor
S2 das Positionsverhältnis
zwischen dem ersten Sensorchip 20 und der ersten Druckeinlassöffnung 40 das
gleiche wie das zwischen dem zweiten Sensorchip 30 und
der zweiten Druckeinlassöffnung 50.
Wie der Differenzialdrucksensor S1 kann demgemäß auch der Differenzialdrucksensor
S2 die Druckdifferenz (A – B)
ungeachtet der Temperaturen des Abgases, das ihm von dem stromaufwärtigen und
stromabwärtigen
Seiten des DPF zugeführt
wird, genau bestimmen.
-
Außerdem sind
in dem Differenzialdrucksensor S2 die Abschnitte 41 und 51 mit
kreisförmigem Querschnitt
der ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 nicht
notwendigerweise in der Längsrichtung
des Körperabschnitts 11 des
Gehäuses 10 ausgerichtet,
wodurch der Körperabschnitt 11 eine
geringere Länge
haben kann als in dem Differenzialdrucksensor S1.
-
{Dritte Ausführungsform}
-
7 zeigt
einen Differenzialdrucksensor S3 gemäß der dritten Ausführungsform
der Erfindung, dessen Struktur ähnlich
der des Differenzialdrucksensors S1 gemäß der ersten Ausführungsform ist.
Demgemäß werden
im Folgenden nur Unterschiede zwischen dem Differenzialdrucksensor
S1 und S3 beschrieben.
-
In
dem Differenzialdrucksensor S1, wie oben beschrieben, sind die ersten
und zweiten Sensorchips 20 und 30 jeweils so ausgestaltet,
dass sie die Druckdifferenzen (A – C) und (B – C) erfassen.
Mit anderen Worten, die ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 arbeiten
als Differenzialdruckerfassungselemente.
-
Im
Vergleich dazu sind in dem Differenzialdrucksensor S3 die ersten
und zweiten Sensorchips 20 und 30 jeweils so ausgestaltet,
dass sie die ersten und zweiten Drücke A und B direkt erfassen.
Mit anderen Worten, die ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 arbeiten
als Absolutdruckdruckerfassungselemente.
-
Wie
in 7 gezeigt ist, weist insbesondere in dem Differenzialdrucksensor
S3 der Körperabschnitt 11 des
Gehäuses 10 zwar
die ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 auf,
die an seiner oberen Fläche 11a ausgeformt
sind, aber er weist keine an der unteren Fläche 11b ausgeformte Aussparung
auf. Darüber
hinaus durchdringt jede der ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 den
Körperabschnitt 11 des
Gehäuses 10 nicht
in seiner Dickenrichtung, wodurch er die Form einer Aussparung hat.
Obwohl grafisch nicht dargestellt weist außerdem jede der ersten und
zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 einen
rechteckigen Querschnitt senkrecht zu der Dickenrichtung des Körperabschnitts 11 auf.
-
Die
ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 sind
an den unteren Flächen
der ersten und zweiten Druckeinlassöffnung 40 und 50 durch
die Auflager 22 und 32 und die Klebstoffe 23 bzw. 33 angebracht.
Die ebenen Flächen 20a und 30a der
Sensorchips 20 und 30 sind jeweils mit den ersten
und zweiten Druckübertragungsmedien 71 und 72 bedeckt, während die
ausgesparten Flächen 20b und 30b der Sensorchips 20 und 30 zusammen
mit den oberen Flächen
der Auflager 22 bzw. 32 einen Vakuum ausformen.
Darüber
hinaus sind die ersten und zweiten Druckübertragungsmedien 71 und 72 in
die ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 gefüllt, um
die ersten und zweiten Drücke
A und B zu den ersten und zweiten Sensorchips 20 bzw. 30 zu übertragen.
Daher können
mit dieser Ausgestaltung die ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 die ersten
und zweiten Drücke
A und B direkt erfassen, und sie können elektrische Signale ausgeben,
die für die
erfassten Drücke
A bzw. B charakteristisch sind.
-
Obwohl
in 7 nicht dargestellt ist, weist der Differenzialdrucksensor
S3 außerdem
den Halbleiterschaltungschip 60 auf, der auf der Grundlage der
elektrischen Signale, die von den ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 ausgegeben
werden, die Druckdifferenz (A – B)
bestimmt und zu der Brennkraftmaschinen-ECU eine elektrisches Signal ausgibt,
das für
die Druckdifferenz (A – B)
charakteristisch ist.
-
In
dem Differenzialdrucksensor S3 haben ferner die ersten und zweiten
Sensorchips 20 und 30 die gleiche Form und Größe, und
sie sind in dem Gehäuse 10 hinsichtlich
seiner Trennwandung 14 symmetrisch angeordnet; die ersten
und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 haben
auch die gleiche Form und Größe, und
sie sind in dem Gehäuse 10 hinsichtlich
der Trennwandung 14 symmetrisch positioniert.
-
Wie
der Differenzialdrucksensor S1 kann demgemäß auch der Differenzialdrucksensor
S3 ungeachtet der Temperaturen des Abgases, das ihm von den stromaufwärtigen und
stromabwärtigen
Seiten des DPF zugeführt
wird, die Druckdifferenz (A – B)
genau bestimmen.
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{Vierte Ausführungsform}
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8 zeigt
einen Differenzialdrucksensor S4 gemäß der vierten Ausführungsform
der Erfindung, dessen Struktur der des Differenzialdrucksensors
S1 gemäß der ersten
Ausführungsform ähnlich ist.
Demgemäß werden
im Folgenden nur Unterschiede zwischen den Differenzialdrucksensoren
S1 und S4 beschrieben.
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Wie
oben beschrieben sind in dem Differenzialdrucksensor S1 die ersten
und zweiten Sensorchips 20 und 30 jeweils so ausgestaltet,
dass sie die Druckdifferenzen (A – C) und (B – C) erfassen.
-
Im
Vergleich dazu ist in dem Differenzdrucksensor S4 der erste Sensorchip 20 so
ausgestaltet, dass er die Druckdifferenz (A – B) erfasst, während der
zweite Sensorchip 30 so ausgestaltet ist, dass er die Differenz
zwischen einem ersten und einem zweiten Wert des Bezugsdrucks C
erfasst.
-
Wie
in 8 dargestellt ist, sind insbesondere in dem Differenzialdrucksensor
S4 die ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 so
ausgeformt, dass sie den Körperabschnitt 11 des
Gehäuses 10 in
seiner Dickenrichtung durchdringen.
-
Die
erste Druckeinlassöffnung 40 weist
einen oberen Abschnitt 43, einen mittigen Abschnitt 44 und einen
unteren Abschnitt 45 auf, die in der Dickenrichtung des
Körperabschnitts 11 von
der oberen Fläche 11a zu
der unteren Fläche 11b des
Körperabschnitts 4 nacheinander
positioniert sind. Die oberen und unteren Abschnitte 43 und 45 haben
jeweils einen rechteckigen Querschnitt senkrecht zu der Dickenrichtung
des Körperabschnitts 11,
während
der mittigen Abschnitt 44 einen kreisförmigen Querschnitt senkrecht
zu der Dickenrichtung aufweist. Der Durchmesser des mittigen Abschnitts 44 ist
geringer als sowohl die Länge
als auch die Breite der anderen Abschnitte 43 und 45.
Auf ähnliche
Weise weist die zweite Durckeinlassöffnung 50 einen oberen
Abschnitt 53, einen mittigen Abschnitt 54 und
einen unteren Abschnitt 55 auf, die in der Dickenrichtung
des Körperabschnitts 11 von
der oberen Fläche 11a zu der
unteren Fläche 11b nacheinander
positioniert sind. Die oberen und unteren Abschnitte 53 und 55 haben
jeweils einen rechteckigen Querschnitt senkrecht zu der Dickenrichtung
des Körperabschnitts 11, während der
mittige Abschnitt 54 einen kreisförmigen Querschnitt senkrecht
zu der Dickenrichtung aufweist. Der Durchmesser des mittigen Abschnitts 54 ist
geringer als sowohl die Länge
als auch die Breite der anderen Abschnitte 53 und 55.
-
Die
ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 sind
durch die Auflager 22 und 32 und die Klebstoffe 23 bzw. 33 an
Absätzen
bzw. Vorsprüngen 46 und 56 angebracht,
die zwischen den oberen und mittigen Abschnitten 43 und 44 der Öffnung 40 und zwischen
den oberen und mittigen Abschnitten 53 und 54 der Öffnung 50 ausgeformt
sind, wodurch die Innenseiten der Öffnungen 40 und 50 in
obere und untere Abschnitte geteilt sind.
-
Ferner
sind die oberen und unteren Abschnitte der Innenseite der ersten
Druckeinlassöffnung 40 jeweils
mit den Druckübertragungsmedien 71a und 71b gefüllt. Auf ähnliche
Weise sind die oberen und unteren Abschnitte der Innenseite der
zweiten Druckeinlassöffnung 50 jeweils
mit den Druckübertragungsmedien 72a und 72b gefüllt. Außerdem sind
in der gegenwärtigen
Ausführungsform
alle Druckübertragungsmedien 71a, 71b, 72a und 72b aus
dem gleichen gelähnlichen
Material hergestellt.
-
Mit
dem obigen Aufbau nimmt in der Praxis der erste Chip 20 auf
seiner ebenen Fläche 20a den ersten
Druck A, der daran durch das Druckübertragungsmedium 71a übertragen
worden ist, eine daran durch das Auflager 22 übertragene
Wärmebeanspruchung
H1' und eine daran
durch das Druckübertragungsmedium 71a übertragene
Wärmebeanspruchung
G1' auf. Er nimmt
auch an seiner ausgesparten Fläche 20b den
zweiten Druck B auf, der daran durch das Druckübertragungsmedium 71b übertragen
wurde. Folglich erfasst der erste Sensorchip 20 in der
Tat eine Druckdifferenz X',
die gleich (A – B
+ H1' + G1') ist, und er gibt
ein elektrisches Signal aus, das für die Druckdifferenz X' charakteristisch
ist. Andererseits nimmt der zweite Sensorchip 30 an seiner ebenen
Fläche 30a den
Bezugsdruck C, der daran durch das Druckübertragungsmedium 72a übertragen
wurde, eine daran durch das Auflager 32 übertragene
Wärmebeanspruchung
H2' und eine daran durch
das Druckübertragungsmedium 72a übertragene
Wärmebeanspruchung
G2' auf; er nimmt
auch an seiner ausgesparten Fläche 30b den
Bezugsdruck C auf, der daran durch das Druckübertragungsmedium 72b übertragen
wurde. Folglich erfasst der zweite Sensorchip 30 in der
Tat eine Druckdifferenz Y',
die gleich (H2' +
G2') ist, und er
gibt ein elektrisches Signal aus, das für die Druckdifferenz Y' charakteristisch
ist.
-
Obwohl
in 8 nicht dargestellt weist der Differenzialdrucksensor
S4 ferner den Halbleiterschaltungschip 60 auf, der auf
der Grundlage der elektrischen Signale, die von den ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 ausgegeben
werden, einen Differenzialdruck Z' bestimmt, und der zu der Brennkraftmaschine-ECU
ein elektrisches Signal ausgibt, das für den Differenzialdruck Z' charakteristisch
ist. Der Differenzialdruck Z ist gleich (X' – Y'), das heißt er ist
gleich (A – B
+ H1' + G1' – H2' – G2').
-
Ferner
haben in dem Differenzialdrucksensor S4 die ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 die
gleiche Form und Größe, und
sie sind hinsichtlich der Trennwandung 14 des Gehäuses 10 in
dem Gehäuse 10 symmetrisch
angeordnet; die ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 weisen auch
die gleiche Form und Größe auf und
sind hinsichtlich der Trennwandung 14 in dem Gehäuse 10 symmetrisch
positioniert. Außerdem
weisen die Druckübertragungsmedien 71a und 72a die
gleiche Form und Größe auf und
sind hinsichtlich der Trennwandung 14 in dem Gehäuse 10 symmetrisch
angeordnet.
-
Mit
den obigen identischen Gestaltungen und symmetrischen Anordnungen
der Komponenten von dem Differenzialdrucksensor 34 werden
die Wärmebeanspruchungen
H1' und H2' gegenseitig aufgehoben
und die Wärmebeanspruchungen
G1' und G2' werden gegenseitig
aufgehoben. Folglich wird der Differenzialdruck Z' schließlich gleich
(A – B).
-
Wie
der Differenzialdrucksensor S1 kann demgemäß der Differenzialdrucksensor
S4 auch die Druckdifferenz (A – B)
ungeachtet der Temperaturen der Abgase, die ihm von dem stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seiten
des DPF zugeführt
werden, genau bestimmen.
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{Fünfte
Ausführungsform}
-
9 zeigt
einen Differenzialdrucksensor S5 gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung, dessen
Struktur ähnlich
der des Differenzialdrucksensors S1 gemäß der ersten Ausführungsform ist.
Demgemäß werden
im Folgenden nur Unterschiede zwischen den Differenzialdrucksensoren
S1 und S5 beschrieben.
-
In
dem Differenzialdrucksensor 51 ist die gesamte Trennwandung 14 aus
dem gleichen Harz wie der Körperabschnitt 11 des
Gehäuses 10 hergestellt.
-
Im
Vergleich dazu ist in dem Differenzialdrucksensor 35 die
Trennwandung 14 aus einem Harz und einem Metall hergestellt.
-
Wie
in 9 gezeigt ist, ist insbesondere in dem Differenzialdrucksensor 35 die
Trennwandung 14 zweiteilig hergestellt. Der erste Teil 14e ist
aus einem stark wärmeleitfähigen Metall
hergestellt und trennt die Abschnitte 42 und 52 mit
rechteckigem Querschnitt der ersten und zweiten Druckeinleitungsöffnungen 40 und 50;
der zweite Teil 14f ist aus dem gleichen Harz wie der Körperabschnitt 11 des
Gehäuses 10 hergestellt
und trennt die Abschnitte 41 und 51 mit kreisförmigem Querschnitt
der Öffnungen 40 und 50.
-
In
der Praxis kann zwischen den Innenseiten der ersten und zweiten
Druckeinlassöffnungen 40 und 50 in
Abhängigkeit
von der Temperaturdifferenz zwischen den Abgasen auf den stromaufwärtigen und
stromabwärtigen
Seiten des DPF und der Differenz zwischen Hitzen, die von dem Abgasrohr
zu den ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 abgestrahlt
werden, eine Temperaturdifferenz vorhanden sein.
-
Eine
derartige Temperaturdifferenz verursacht zwischen den Innenseiten
der ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 sogar
dann, wenn die Istdifferenz zwischen den ersten und zweiten Drücken A und
B null ist, eine Druckdifferenz. Die Druckdifferenz kann irrtümlich für die Differenz
zwischen den ersten und zweiten Drücken A und B gehalten werden,
was zu einem Erfassungsfehler führt.
-
Weil
in dem Differenzialdrucksensor S5 der erste Teil 14e der
Trennwandung 14 stark wärmeleitend
ist, ist es jedoch leicht, dass die Wärme zwischen den ersten und
zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 übertragen
wird. Folglich kann die Druckdifferenz zwischen den Innenseiten
der ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 minimiert
werden, so dass der Erfassungsfehler minimiert wird, der durch die
Temperaturdifferenz verursacht wird.
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{Sechste Ausführungsform}
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10 zeigt
einen Differenzialdrucksensor S6 gemäß der sechsten Ausführungsform
der Erfindung, dessen Struktur der des Differenzialdrucksensors
S1 gemäß der ersten
Ausführungsform ähnlich ist.
Demgemäß werden
im Folgenden nur Unterschiede zwischen den Differenzialdrucksensoren
S1 und S2 beschrieben.
-
Anders
als in dem Differenzialdrucksensor S1 erstreckt sich die Trennwandung 14 in
dem Differenzialdrucksensor S6 so, wie es in 10 dargestellt
ist, um die Aussparung 13, die an der unteren Fläche 11b des
Körperabschnitts 11 des
Gehäuses 10 ausgeformt
ist, in zwei Teile zu teilen, das heißt in einen ersten Teil 13a auf
der Seite des ersten Sensorchips 20 und in einem zweiten
Teil 13b auf der Seite des zweiten Sensorchips 30.
Die ersten und zweiten Teile 13a bzw. 13b stellen
eine dritte und eine vierte Druckeinlassöffnung des Differenzialdrucksensors
S6 her.
-
Die
dritte Druckeinlassöffnung 13a ist
mit einem dritten Druckübertragungsmedium 74 gefüllt; die vierte
Druckeinlassöffnung 13b ist
mit einem vierten Druckübertragungsmedium 75 gefüllt. Die
dritten und vierten Druckübertragungsmedien 74 und 75 sind aus
dem gleichen gelähnlichen
Material wie das dritte Druckübertragungsmedium 73 in
dem Differenzialdrucksensor S1 hergestellt. Die dritten und vierten Druckübertragungsmedien 74 und 75 dienen
dazu, den Bezugsdruck C zu den ebenen Flächen 20a und 30a der
ersten und zweiten Sensorchips 20 bzw. 30 zu übertragen.
-
In
der Praxis ist ferner die Temperatur des Abgases, das der ersten
Druckeinlassöffnung 40 von der
stromabwärtigen
Seite des DPF durch die erste Öffnung 12a zugeführt wird,
gewöhnlich
höher als
die Temperatur des Abgases, das der zweiten Druckeinlassöffnung 50 von
der stromabwärtigen
Seite des DPF durch die zweite Öffnung 12b zugeführt wird. Wenn
man die obige Tatsache berücksichtigt
ist in dem Differenzialdrucksensor S6 das dritte Druckübertragungsmedium 74 mit
einer größeren Menge
an gelähnlichem
Material ausgeformt als das vierte Druckübertragungs medium 75,
um mehr Hitze für
die erste Druckeinleitungsöffnung 40 abzuleiten
bzw. zu verbrauchen als für
die zweite Druckeinleitungsöffnung 50.
-
In
dem Differenzialdrucksensor S6 dienen insbesondere die dritten und
vierten Druckübertragungsmedien 74 und 75 auch
als Wärmesenken,
um Wärme
von den ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 jeweils
zu absorbieren. Mit der größeren Menge
an Material kann daher das dritte Druckübertragungsmedium 74 mehr
Wärme absorbieren
als das vierte Druckübertragungsmedium 75, wodurch
die Temperaturdifferenz zwischen den Innenseiten der ersten und
zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 minimiert
wird. Folglich kann der Erfassungsfehler des Differenzialdrucksensors
S6, der durch die Temperaturdifferenz erzeugt wird, demgemäß minimiert
werden.
-
Darüber hinaus übertragen
in dem Differenzialdrucksensor S6 die dritten und vierten Druckübertragungsmedien 74 und 75 eher
den Bezugsdruck C als die ersten und zweiten Drücke A und B; die dritte und
vierten Druckeinlassöffnungen 13a und 13b sind viel
weiter gemacht als die Abschnitte 41 und 42 mit kreisförmigem Querschnitt
der ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50.
Obwohl die dritten und vierten Druckübertragungsmedien 74 und 75 mit unterschiedlichen
Mengen an Material ausgeformt sind, ist es demgemäß noch möglich, die
hohe Genauigkeit des Differenzialdrucksensors S6 sicherzustellen.
-
Außerdem ist
es auch möglich,
nur die dritte Druckeinlassöffnung 13a mit
dem dritten Druckübertragungsmedium 73 zu
füllen,
ohne dass die vierte Druckeinlassöffnung 13b mit irgendeinem
Druckübertragungsmedium
gefüllt
ist.
-
{Andere Ausführungsformen}
-
Während die
obigen bestimmten Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, wird es für diejenigen,
die die Erfindung anwenden, und für Fachmänner ersichtlich, dass bei
der Erfindung verschiedene Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen
durchgeführt
werden können,
ohne dass der Schutzumfang des offenbarten Konzepts verlassen wird.
- (1) Obwohl in der ersten Ausführungsform
die ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 derart
ausgeformt sind, dass sie den mittigsten Bereich der oberen Fläche 11a des
Körperabschnitts 11 von
dem Gehäuse 10 einnehmen,
können
sich auch so ausgeformt sein, dass sie irgendeinen Bereich von irgendeiner
Größe an der oberen
Fläche 11a einnehmen,
vorausgesetzt, dass sie die gleiche Form und Größe haben und hinsichtlich der
Trennwandung 14 symmetrisch positioniert sind.
- (2) Obwohl die ersten und zweiten Druckeinlassöffnungen 40 und 50 in
der ersten Ausführungsform
durch die einzelne Trennwandung 14 getrennt sind, können sich
auch durch mehr als eine Trennwandung getrennt sein.
- (3) Obwohl die ersten und zweiten Druckübertragungsmedien 71 und 72 in
der ersten Ausführungsform
aus einem gelähnlichen
Material hergestellt sind, können
sie auch aus einem anderen flüssigen
oder festen Material hergestellt sein. Ferner ist es auch möglich, die
Druckübertragungsmedien 71 und 72 aus
der Differenzialdrucksensorausgestaltung weglassen.
- (4) Obwohl in der ersten Ausführungsform außer den
ersten und zweiten Sensorchips 20 und 30 nur der
Halbleiterschaltungschip 60 in dem Gehäuse 10 vorgesehen
ist, ist es auch möglich,
in dem Gehäuse 10 mehr
Chips oder Vorrichtungen vorzusehen, vorausgesetzt, dass sie hinsichtlich der
Trennwandung 14 symmetrisch positioniert sind.
- (5) Obwohl in der ersten Ausführungsform der Schaltungschip 60 in
dem Gehäuse 10 vorgesehen
ist, kann er auch außerhalb
des Gehäuses vorgesehen
sein.
- (6) Obwohl in der ersten Ausführungsform der Differenzialdrucksensor
S1 so dargestellt ist, dass er den Druckverlust erfasst, der von
dem DPF verursacht wird, kann er auch bei jeder anderen Differenzialdruckerfassung
verwendet werden.
- (7) Obwohl in der ersten Ausführungsform die ersten und zweiten
Sensorchips 20 und 30 als Druckerfassungselemente
verwendet werden, ist es auch möglich,
jegliche anderen Typen von Druckerfassungselementen alternativ zu
verwenden.
-
Erfindungsgemäß weist
ein Differenzialdrucksensor ein Gehäuse 10, ein erstes
und ein zweites Druckerfassungselement 20, 30,
einen ersten und einen zweiten Druckeinlasskanal 40, 50 und ein
Differenzialdruckbestimmungselement 60 auf. Die ersten
und zweiten Druckerfassungselemente 20, 30 arbeiten,
um jeweils einen ersten und einen zweiten Druck A, B zu erfassen.
Die ersten und zweiten Druckeinlasskanäle 40, 50 sind
vorgesehen, um jeweils den ersten und zweiten Druckerfassungselementen 20, 30 den
ersten und den zweiten Druck A, B zuzuführen. Das Differenzialdruckbestimmungselement 60 arbeitet,
um als die Differenz zwischen den ersten und zweiten Drücken A,
B, die durch die ersten und zweiten Erfassungselemente 20, 30 erfasst werden,
einen Differenzialdruck zu bestimmen. Die ersten und zweiten Druckerfassungselemente 20, 30 weisen
die gleiche Form und Größe auf und
sind in dem Gehäuse 10 hinsichtlich
eines Bezugs 14 symmetrisch angeordnet. Die ersten und
zweiten Druckeinlasskanäle 40, 50 weisen
auch die gleiche Form und Größe auf und
sind in dem Gehäuse 10 hinsichtlich
des Bezugs 14 symmetrisch positioniert.