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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor, der ein Röhrenelement aufweist, das in eine Öffnung eines Gehäuses von diesem eingeführt ist, wobei das Röhrenelement einen Erfassungsabschnitt, der an einem Ende von diesem angeordnet ist, ein Druckübertragungselement, das in einem Hohlraum von diesem angeordnet ist, und eine Druckaufnahmemembran aufweist, die an dem anderen Ende von diesem angeordnet ist.
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Ein Drucksensor eines derartigen Typs ist in der
japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer Nr. 2006-208043 , eingereicht von dem gleichen Erfinder wie dem der vorliegenden Erfindung, offenbart.
7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Hauptteils des Drucksensors, der in dieser Patentanmeldung offenbart ist.
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Wie es in dieser Figur gezeigt ist, beinhaltet dieser Drucksensor ein erstes hohles Röhrenelement 1, das einen Metallsensor 20 als einen Hauptkörper von diesem aufweist. Das erste Röhrenelement 1 beinhaltet einen Erfassungsabschnitt 22, 30, der an einem Endabschnitt von diesem angeordnet ist, welcher ein elektrisches Signal ausgibt, das einen darauf ausgeübten Druck anzeigt, und einen Öffnungsabschnitt 21, der an dem anderen Ende von diesem ausgebildet ist. Das erste Röhrenelement 1 beinhaltet weiterhin einen dünnwandigen Abschnitt an dem einen Endabschnitt von diesem, welcher als eine Membran 22 dient und auf welchem ein Erfassungselement 30 vorgesehen ist. Die Membran 22 und das Erfassungselement 30 bilden den Erfassungsabschnitt 22, 30.
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Dieser Drucksensor beinhaltet weiterhin ein zweites hohles Röhrenelement 2, das ein Metallgehäuse 15 als einen Hauptkörper von diesem aufweist. Das zweite Röhrenelement 2 beinhaltet einen Öffnungsabschnitt 16, das an einem Endabschnitt von diesem ausgebildet ist, und eine Druckaufnahmemembran 14, die an dem anderen Endabschnitt von diesem angeordnet ist. Diese ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2 sind fest an ihren Öffnungsabschnitten 16, 21 derart miteinander verbunden, dass ihre hohlen Abschnitte miteinander in Verbindung stehen.
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Genauer gesagt ist der Öffnungsabschnitt 21 des ersten Röhrenelements 1 in den Öffnungsabschnitt 16 des zweiten Röhrenelements 2 eingeführt und sind die ersten und zweiten Röhrenelemente 1,2 durch Laserschweißen an einen Schweißabschnitt K1 integral miteinander verbunden, so dass sie eine einzige Röhre ausbilden.
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Ein Druckübertragungselement 17 ist in einem Hohlraum der Röhrenelemente 1, 2 untergebracht, die integral miteinander verbunden sind. Ein Ende des Druckübertragungselements 17 ist auf der Seite des Erfassungsabschnitt 22, 30 angeordnet und das andere Ende ist auf der Seite der Druckaufnahmemembran 14 angeordnet. Dieser Drucksensor beinhaltet weiterhin ein Gehäuse 10, das einen Öffnungsabschnitt 11 aufweist, der an einem Ende von diesem ausgebildet ist. Obgleich es in 7 nicht gezeigt ist, enthält das Gehäuse 10 darin eine Leiterplatte und Drähte zum Verarbeiten eines Signals, das aus dem Erfassungselement 30 ausgegeben wird.
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Die integral miteinander verbundenen Röhrenelemente 1, 2 werden in den Öffnungsabschnitt 11 eingeführt, um von dem Gehäuse 10 derart getragen zu werden, dass der Erfassungsabschnitt 22, 30 in dem Gehäuse 10 angeordnet ist und die Druckaufnahmemembran 14 von dem Gehäuse 10 hervorsteht. Das erste Röhrenelement 1 und das Gehäuse 10 sind durch Laserschweißen an einem Schweißabschnitt K2 aneinander befestigt.
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In dem Drucksensor, der die zuvor beschriebene Struktur aufweist, wird ein auf die Druckaufnahmemembran 14 ausgeübter Druck über das Druckübertragungselement 14 zu dem Erfassungsabschnitt 22 übertragen. Die sich ergebende Verzerrung der Membran 22 wird durch das Erfassungselement 30 zu einem elektrischen Signal gewandelt.
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Idealerweise sollten alle der Mittenachsen des ersten Röhrenelements 1, des zweiten Röhrenelements 2 und des Gehäuses 10 zueinander ausgerichtet sein und sich in der gleichen Richtung (in der vertikalen Richtung in 7) ausdehnen.
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Da jedoch die ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2 von dem Öffnungsabschnitt 11 des Gehäuses 10 hervorstehen, kann eine axiale Fehlausrichtung, bei welcher ihre Achsen bezüglich einander geneigt sind, in diesen Elementen auftreten.
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Der Drucksensor des zuvor beschriebenen Typs ist auf ein Druckerfassungsobjekt, wie zum Beispiel einen Fahrzeugmotor, in einem derartigen Zustand montiert, dass die Röhrenelemente 1, 2 und das Gehäuse 10 in ein Loch eingeführt sind, das in dem Motor ausgebildet ist. Demgemäß gibt es, wenn die axiale Fehlausrichtung übermäßig groß ist, eine Gefahr, dass der Drucksensor nicht an den Motor montiert werden kann.
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Da es einigen Zwischenraum zwischen dem Öffnungsabschnitt 11 des Gehäuses 10 und einem Außenumfang des ersten Röhrenelements 1, das in den Öffnungsabschnitt 11 eingeführt ist, und ebenso zwischen einem Innenumfang des Öffnungsabschnitts 11 des zweiten Röhrenelements 2 und einem Außenumfang des Öffnungsabschnitt 21 des ersten Röhrenelements 1 gibt, das in den Öffnungsabschnitt 16 eingeführt ist, gibt es eine Möglichkeit, dass das erste Röhrenelement 1 geneigt an das Gehäuse 10 geschweißt wird und das zweite Röhrenelement 2 geneigt an das erste Röhrenelement 1 geschweißt wird. In dem zuvor beschriebenen Drucksensor neigt die axiale Fehlausrichtung dazu, groß zu werden, da es zwei Schweißabschnitte gibt, die außerhalb des Gehäuses 10 angeordnet sind.
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Aus der
DE 10 2005 050 598 A1 ist ein Drucksensor bekannt, welcher ein Sensorteil, eine Druckaufnahmemembran, ein mit dem Sensorteil und der Druckaufnahmemembran verbundenes zylindrisches Bauteil und ein Druckübertragungsteil aufweist, wobei das zylindrische Bauteil einen Seitenwandabschnitt mit einem Federabschnitt aufweist, der in Axialrichtung des zylindrischen Bauteils eine elastische Kraft erzeugt.
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Kurzfassung der Erfindung
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Es ist demgemäß die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor genannten Nachteile im Stand der Technik zu beseitigen.
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Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung schafft einen Drucksensor, der ein erstes Röhrenelement, das an mindestens einem Endabschnitt von diesem einen Erfassungsabschnitt, der ein elektrisches Signal ausgibt, das einen darauf ausgeübten Druck anzeigt, und einen Öffnungsabschnitt beinhaltet, der an dem anderen Endabschnitt von diesem ausgebildet ist, ein zweites Röhrenelement, das einen Öffnungsabschnitt, der an einem Endabschnitt von diesem ausgebildet ist, und eine Membran beinhaltet, die an einem Endabschnitt von diesem angeordnet ist, ein Gehäuse, das eine Öffnung an einem Endabschnitt von diesem aufweist, und ein Druckübertragungselement aufweist, das arbeitet, um einen darauf ausgeübten Druck zu dem Erfassungsabschnitt zu übertragen, wobei die ersten und zweiten Röhrenelemente an dem Öffnungsabschnitt des ersten Röhrenelements und dem Öffnungsabschnitt des zweiten Röhrenelements integral miteinander verbunden sind, das Druckübertragungselement in einem Hohlraum der ersten und zweiten Röhrenelemente, die integral miteinander verbunden sind, derart untergebracht ist, dass ein Endabschnitt von diesem an einer Seite des Erfassungsabschnitts und der andere Endabschnitt von diesem an einer Seite der Membran angeordnet ist, die ersten und zweiten Röhrenelemente, die integral miteinander verbunden sind, in den Öffnungsabschnitt des Gehäuses eingeführt sind, um von dem Gehäuse derart gehalten zu werden, dass der Erfassungsabschnitt in dem Gehäuse angeordnet ist und die Membran von dem Gehäuse hervorsteht, und die ersten und zweiten Röhrenelemente, die integral miteinander verbunden sind, in den Öffnungsabschnitt des Gehäuses bis zu einem Mittenabschnitt des zweiten Röhrenelements von einer Seite des Erfassungsabschnitts derart eingefügt sind, dass ein Befestigungsabschnitt zwischen den ersten und den zweiten Röhrenelementen in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei ein Außenumfang des zweiten Röhrenelements an einem Innenumfang des Öffnungsabschnitts des Gehäuses befestigt ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, wesentlich die zuvor beschriebene axiale Fehlausrichtung in einem Drucksensor dieses Typs zu verringern, der ein Röhrenelement, das in eine Öffnung eines Gehäuses von diesem eingeführt ist, wobei das Röhrenelement einen Erfassungsabschnitt beinhaltet, der an einem Ende von diesem angeordnet ist, ein Druckübertragungselement, das in einem Hohlraum von diesem angeordnet ist, und eine Druckaufnahmemembran aufweist, die an dem anderen Ende von diesem angeordnet ist.
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Der Außenumfang des zweiten Röhrenelements und der Innenumfang des Öffnungsabschnitts des Gehäuses können durch Presspassen zwischen diesen aneinander befestigt sein.
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Der Außenumfang des zweiten Röhrenelements und der Innenumfang des Öffnungsabschnitts des Gehäuses können durch Schweißen miteinander verbunden sein.
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Die ersten und zweiten Röhrenelemente können an dem Befestigungsabschnitt durch Presspassen von einem des Öffnungsabschnitts des ersten Röhrenelements und des Öffnungsabschnitts des zweiten Röhrenelements in den anderen des Öffnungsabschnitts des ersten Röhrenelements und des Öffnungsabschnitts des zweiten Röhrenelements aneinander befestigt sein.
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Ein Durchmesser des Hohlraums an einer Position, an welcher ein Mittenabschnitt des Druckübertragungselements angeordnet ist, kann kleiner als Durchmesser des Hohlraums an Positionen sein, an welchen Endabschnitte des Druckübertragungselements angeordnet sind.
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Ein Mittenabschnitt des Hohlraums, der dem Mittenabschnitt des Druckübertragungselements gegenüberliegt, kann durch das zweite Röhrenelement ausgebildet sein und eine Wanddicke des zweiten Röhrenelements ist größer als eine Wanddicke des ersten Röhrenelements.
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Ein Versetzungsverhinderungsabschnitt, der arbeitet, um zu verhindern, dass einer von Endabschnitten des Druckübertragungselements in eine Richtung versetzt wird, die senkrecht zu einer Längsrichtung von diesem ist, kann in mindestens einem des Erfassungsabschnitts und der Membran vorgesehen sein.
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Der Versetzungsverhinderungsabschnitt kann als ein Eingriffsabschnitt ausgebildet sein, der einem der Endabschnitte des Druckübertragungselements gegenüberliegt, wobei der eine der Endabschnitte des Druckübertragungselements mit dem Eingriffsabschnitt in Eingriff steht.
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Der Eingriffsabschnitt kann durch eine Vertiefung gebildet sein, in welche der einen der Endabschnitte des Druckübertragungselements gepasst ist.
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Der Eingriffsabschnitt kann durch eine Vertiefung, die in einem der Endabschnitte des Druckübertragungselements ausgebildet ist, und einen Vorsprung ausgebildet sein, der in einen der Endabschnitte des Druckübertragungselements ausgebildet ist, wobei der Vorsprung in die Vertiefung gepasst ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine schematische Querschnittsansicht einer Gesamtstruktur eines Drucksensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht um einen Öffnungsabschnitt eines Gehäuses des Drucksensors;
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3 eine schematische Querschnittsansicht eine Hauptteils um ein Druckübertragungselement eines Drucksensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Darstellung einer Ausgestaltung eines Versetzungsverhinderungsabschnitts, der in dem Drucksensor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet ist;
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5 eine Darstellung einer anderen Ausgestaltung des Versetzungsverhinderungsabschnitts;
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6A bis 6D Darstellungen, von denen jede ein Beispiel der Form eines Vorsprungs und einer entsprechenden Vertiefung zeigt, die als der Versetzungsverhinderungsabschnitt ausgebildet sind; und
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7 eine schematische Querschnittsansicht eines Hauptteils eines Drucksensors, der in einer früheren Patentanmeldung offenbart ist, die von dem gleichen Erfinder wie dem der vorliegenden Erfindung eingereicht worden ist.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. In diesen Darstellungen einschließlich 7 sind die gleichen oder entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Gesamtstruktur eines Drucksensors 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt eine schematische vergrößerte Querschnittsansicht eines Öffnungsabschnitts 11 eines Gehäuses 10 des Drucksensors 100.
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Dieser Drucksensor 100 kann als ein Verbrennungsdrucksensor für einen Fahrzeugmotor verwendet werden. Der Drucksensor 100 ist in ein Druck erfassendes Objekt, wie zum Beispiel einen Fahrzeugmotor, in einem derartigen Zustand eingebaut, dass der Öffnungsabschnitt 11 des Gehäuses 10 von diesem in ein Montageloch eingeführt ist, das in einem Motorkopf des Motors ausgebildet ist und zum Zwecke eines Erfassens des Drucks in einer Brennkammer des Motors (kann hier im weiteren Verlauf als ein ”Zylinderinnendruck P” oder ”Druck P” bezeichnet werden) durch Schrauben oder dergleichen befestigt ist.
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Ein Abschnitt des Gehäuses 10, der in das Montageloch in dem Motorkopf einzuführen ist, weist eine lange Röhrenform auf.
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Dieser Abschnitt ist mit Schrauben 12 an seinem Außenumfang für eine Schraubverbindung mit dem Motorkopf ausgebildet. Das Gehäuse 10, welches aus einem Metall, wie zum Beispiel Edelstahl, besteht, kann durch Schneiden oder Kaltpressen hergestellt sein.
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Auf den Drucksensor 100 wird der Zylinderinnendruck P von der Seite des Öffnungsabschnitts 11 ausgeübt, wie es durch Pfeile in den 1 und 2 gezeigt ist, wenn er durch die Schrauben 12 des Gehäuses 10 mit Schrauben montiert ist.
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Der Drucksensor beinhaltet ein erstes Röhrenelement 1 und ein zweites Röhrenelement 2, die integral miteinander verbunden sind und in den Öffnungsabschnitt 11 des Gehäuses 10 eingeführt sind, um von dem Gehäuse 10 gehalten zu werden. Das erste Röhrenelement 1 ist durch einen Metallsockel 20 und ein Erfassungselement 30 gebildet und das zweite Röhrenelement 2 ist durch ein Metallgehäuse 15 und eine Druckaufnahmemembran 14 gebildet.
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Der Metallsockel 20, welcher eine hohle Röhrenform aufweist und einen Hauptkörper des ersten Röhrenelements 1 bildet, beinhaltet einen Öffnungsabschnitt 21, der an einem Ende von diesem ausgebildet ist, und einen dünnen Verzerrungsabschnitt, der als eine Membran 22 dient und das andere Ende von diesem schließt.
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Der Metallsockel 20 besteht aus einem Material, der Fe, Ni und Co, oder Fe und Ni als Hauptkomponenten enthält und Ti, Nb und Al, oder Ti und Nb als ein Ausscheidungshärtungsmaterial, wie zum Beispiel ein Ausscheidungshärtungs-Edelstahl, enthält. Der Metallsockel 20 kann durch Pressen, Schneiden oder Kaltpressen hergestellt sein.
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Das Erfassungselement 30 ist durch ein Glas 31 (siehe 2) eines niedrigen Schmelzpunkts an eine Außenoberfläche der Membran 22 des Metallsockels 20 geschweißt. Das Erfassungselement 30 kann von dem Typ sein, der einen Siliziumhalbleiterchip als einen Hauptkörper und eine Brückenschaltung beinhaltet, die durch verteilte Widerstandselemente gebildet ist, die in dem Halbleiterchip ausgebildet sind.
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Das Erfassungselement 30 arbeitet als ein Dehnungsmessstreifen, welcher sich, wenn die Membran 22 des Metallsockels 20 von dem darauf ausgeübten Druck deformiert wird, selbst in Übereinstimmung mit der Deformation der Membran versetzt und die Versetzung zu einem elektrischen Signal wandelt.
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In dem ersten Röhrenelement 2 bilden das Erfassungselement 30 und die Membran 22 des Metallsockels 20 einen Erfassungsabschnitt 22, 30, der ein elektrisches Signal ausgibt, das den Zylinderinnendruck P anzeigt.
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Wie es zuvor beschrieben worden ist, beinhaltet in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das erste Röhrenelement 1, das darin einen hohlen Abschnitt aufweist, den Erfassungsabschnitt 22, 30, der ein elektrisches Signal ausgibt, das den Druck P anzeigt, der sich an einem Ende von diesem befindet, und dem Öffnungsabschnitt 21, der an dem anderen Ende von diesem ausgebildet ist.
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Wie es in den 1, 2 gezeigt ist, ist das Metallgehäuse 15 mit dem Öffnungsabschnitt 21 des Metallsockels 20 verbunden und an diesem befestigt. Das Metallgehäuse 15, welches eine Röhrenform aufweist und einen Hauptkörper des zweiten Röhrenelements 2 bildet, besteht aus Metall, wie zum Beispiel Edelstahl. Ein Ende des Metallgehäuses 15 bildet einen Öffnungsabschnitt 16 aus und das andere Ende des Metallgehäuses 15 ist durch die Druckaufnahmemembran 14 geschlossen.
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Die Druckaufnahmemembran 14, welche aus einem kreisförmigen Metall besteht, ist mit dem anderen Ende des Metallgehäuses 15 durch Hartlöten oder Schweißen an seinem Umfang verbunden und an diesem befestigt. Die Druckaufnahmemembran 14 wird deformiert, wenn darauf ein Druck P, der durch die Pfeile in den 1, 2 gezeigt ist, von der Verbrennungskammer, welche ihr gegenüberliegt, ausgeübt wird.
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Wie es zuvor beschrieben worden ist, beinhaltet in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das zweite Röhrenelement 2, das einen hohlen Abschnitt darin aufweist, den Öffnungsabschnitt 16, der an einem Ende von diesem ausgebildet ist, und die Druckaufnahmemembran 14, die an dem anderen Ende von diesem angeordnet ist. Der Öffnungsabschnitt 16 des zweiten Röhrenelements 2 ist an dem Öffnungsabschnitt 21 des ersten Röhrenelements 1 befestigt.
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Die Befestigung zwischen den ersten und zweiten Röhrenelementen 1, 2 wird durch Presspassen des Öffnungsabschnitts 21 des Metallsockels 20 in den Öffnungsabschnitt 16 des Metallgehäuses 15 und Verbinden von diesen zusammen an einem Schweißabschnitt K1 durchgeführt. Diese Befestigung kann durch Rundum-Laserschweißen durchgeführt werden. Der hohle Abschnitt des Metallgehäuses 15 und der hohle Abschnitt des Metallsockels 20 stehen miteinander in Verbindung.
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Ein Druckübertragungselement 17 ist in einem Hohlraum der ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2, die integral miteinander verbunden und befestigt sind, angeordnet, das heißt in dem Raum angeordnet, der durch den hohlen Abschnitt des Metallsockels 20 und den hohlen Abschnitt des Metallgehäuses 15 ausgebildet ist. Das Druckübertragungselement 17 besteht aus Metall, wie zum Beispiel Edelstahl, oder Keramik.
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Ein Endabschnitt des Druckübertragungselements 17 ist auf der Seite des Erfassungsabschnitts 22, 30 angeordnet und der andere Endabschnitt des Druckübertragungselements 17 ist auf der Seite der Druckaufnahmemembran 14 angeordnet. Demgemäß wird der Druck P, der auf die Druckaufnahmemembran 14 ausgeübt wird, über das Druckübertragungselement 17 zu dem Erfassungsabschnitt 22, 30 übertragen.
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Genauer gesagt ist der eine Endabschnitt des Druckübertragungselements 17 in Kontakt mit der Membran 22 in einem Zustand eines Ausübens einer Last auf die Membran 22 und ist der eine Endabschnitt des Druckübertragungselements 17 in Kontakt mit der Druckaufnahmemembran 14 in einem Zustand eines Ausübens einer Last auf die Druckaufnahmemembran 14.
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Obgleich das Druckübertragungselement 17 in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine stabähnliche Form aufweist, kann es eine Kugelform oder eine abgeflachte Kugelform oder eine Zylinderform aufweisen, wenn die Funktion eines Übertragens des Drucks P sichergestellt ist.
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Die ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2, die integral miteinander verbunden sind, werden von dem Gehäuse 10 in einem Zustand eines Einführens in den Öffnungsabschnitt 11 des Gehäuses 10 derart gehalten, dass der Erfassungsabschnitt 22, 30 in dem Gehäuse 10 angeordnet ist und die Druckaufnahmemembran 14 von dem Gehäuse 10 hervorsteht.
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Genauer gesagt sind die ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2, die integral miteinander verbunden sind, in einem derartigen Zustand an dem Gehäuse 10 befestigt, dass ihr Abschnitt, der von dem Erfassungsabschnitt 22, 30 zu einer Mitte des zweiten Röhrenelements 2 reicht, in den Öffnungsabschnitt 11 des Gehäuses 10 derart eingeführt ist, dass ein Verbindungsabschnitt zwischen den ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2 in dem Gehäuse 10 angeordnet ist. Hierbei ist der Verbindungsabschnitt ein Abschnitt um den Schweißabschnitt K, an welchem der Metallsockel 20 in das Metallgehäuse 15 pressgepasst ist.
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Weiterhin ist das zweite Röhrenelement 2 an seinem Außenumfang an dem Öffnungsabschnitt 11 des Gehäuses 10 befestigt. Diese Befestigung wird durch Presspassen des Metallgehäuses 15 in den Öffnungsabschnitt 11 des Gehäuses 10 und Zusammenverbinden von diesen an einem Schweißabschnitt K2 durchgeführt. Diese Verbindung kann durch Rundum-Laserschweißen durchgeführt werden. Die ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2, die integral miteinander verbunden sind, werden daher von dem Gehäuse 10 gehalten.
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In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Verbindungsabschnitt zwischen dem Metallsockel 20 und dem Metallgehäuse 15 an einer weiter innen liegenden Seite des Gehäuses 10 als der Verbindungsabschnitt zwischen den ersten und zweiten Röhrenelementen 1, 2 und dem Gehäuse 10 angeordnet.
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Wie es in 2 gezeigt ist, ist der Durchmesser D1 des Hohlraums der integrierten ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2 an der Mitte des Druckübertragungselements 17 kleiner als die Durchmesser D2, D3 an den Enden des Druckübertragungselements 17.
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Durch Verschmälern des Hohlraums der integrierten ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2 an ihrem Mittenabschnitt wird es möglich, das Druckübertragungselement 17 vor einem Klappen in der Richtung zu hindern, die senkrecht zu der Längsrichtung des Druckübertragungselements 17 ist. Daher wird das Druckübertragungselement 17 sicher in den ersten und zweiten Röhrenelementen 1, 2 gehalten.
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Ein Schmiermittel, wie zum Beispiel ein Silikonöl, kann zwischen den ersten und zweiten Röhrenelementen 1, 2 und dem Druckübertragungselement 17 aufgetragen sein, um eine Reibung zwischen dem Außenumfang des Druckübertragungselements 17 und den Innenumfängen der ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2 zu verringern.
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In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Wanddicke des Metallgehäuses 15 größer als die des Metallsockels 20 gemacht, so dass der Durchmesser D1 kleiner als die Durchmesser D2, D3 gemacht werden kann. Die große Wanddicke des Metallgehäuses 15 sieht ebenso einen Vorteil vor, dass die Tiefe des Schweißabschnitts K2 groß gemacht werden kann, um die Schweißfestigkeit zu erhöhen.
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Wie es in 1 gezeigt ist, beinhaltet der Drucksensor 100 dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung weiterhin eine Leiterplatte 40, die in dem Gehäuse 10 angeordnet ist. Die Leiterplatte 40, welche eine keramische Platte sein kann, ist mit dem Gehäuse 10 verbunden und an diesem befestigt.
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Ein IC-Chip 42 ist auf der Leiterplatte 40 verbunden und auf diese montiert. Der IC-Chip 42 beinhaltet eine Schaltung, die darin ausgebildet ist, zum Verstärken und Einstellen des Ausgangssignals des Erfassungselements 20.
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Der IC-Chip 42 und die Leiterplatte 40 sind durch Kontaktierungsdrähte 44, die aus Aluminium oder Gold bestehen, elektrisch miteinander verbunden. Wie es in den 1, 2 gezeigt ist, sind die Leiterplatte 40 und das Erfassungselement 30 durch ein Verdrahtungselement 50 elektrisch miteinander verbunden.
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In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine FPC bzw. flexible Leiterplatte als das Verdrahtungselement 50 verwendet. Das Verdrahtungselement 50 ist nicht auf die FPC beschränkt. Zum Beispiel kann sie ein Leiterdrahtelement sein.
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Die FPC 50 ist elektrisch und mechanisch durch ein Lot oder dergleichen an seinem einen Endabschnitt 51 mit dem Erfassungselement 30 verbunden. Genauer gesagt ist, obgleich dies in den Figuren nicht gezeigt ist, ein Leiterabschnitt der FPC mit einer Anschlussfläche verbunden, die auf einer Oberfläche des Erfassungselements 30 ausgebildet ist.
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Die FPC 50 ist derart gebogen, dass sie sich von dem einen Endabschnitt 51 davon, der mit dem Erfassungselement 30 verbunden ist, in der Längsrichtung ausdehnt, bis der andere Endabschnitt 52 davon die Leiterplatte 40 erreicht.
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Die FPC 50 geht durch ein Durchgangsloch 46, das in der Leiterplatte 40 ausgebildet ist und ist gebogen, um den anderen Endabschnitt 51 auszubilden, der auf einer hinteren Oberfläche der Leiterplatte 40 angeordnet ist, auf deren vorderer Oberfläche oder Montageoberfläche der IC-Chip 42 angeordnet ist. Der andere Endabschnitt 52 der FPC 50 ist durch Lot und dergleichen an der hinteren Oberfläche der Leiterplatte 40 elektrisch mit der Leiterplatte 40 verbunden.
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Wie es in 1 gezeigt ist, beinhaltet der Drucksensor 100 weiterhin ein Verbindergehäuse 60, das mit dem Gehäuse 10 verbunden ist und darin einen Anschluss 61 unterbringt, der sich von der Leiterplatte 40 ausdehnt.
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Das Verbindergehäuse 60 besteht aus Harz, wie zum Beispiel PPS bzw. Polyphenylensulfid. Der Anschluss 61 ist durch Hinterspritzen oder dergleichen integral mit dem Verbindergehäuse 60 ausgebildet. Das Verbindergehäuse 60 dient als ein Verbinder zum Herausnehmen des Signals, das von dem Sensorelement 30 ausgegeben wird, nach außen.
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Der Anschluss 61, der in dem Verbindergehäuse 60 untergebracht ist, und die Leiterplatte 40 sind durch ein Federelement 62 elektrisch miteinander verbunden. Demgemäß sind das Erfassungselement 30 und der Anschluss 61 durch die FCP 50 und die Leiterplatte 40 elektrisch miteinander verbunden.
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Wie es in 1 gezeigt ist, ist der andere Endabschnitt des Gehäuses 10 an das Verbindergehäuse 60 gequetscht, so dass diese integral miteinander befestigt sind. Durch Verbinden des Anschlusses 61 mit einer Fahrzeug-ECU bzw. elektronischen Steuereinheit durch ein nicht gezeigtes Verdrahtungselement kann der Drucksensor 100 Signale nach außen austauschen.
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Der Drucksensor 100, der die zuvor beschriebene Struktur aufweist, ist durch Schrauben der Schrauben 12, die in dem Außenumfang des Gehäuses 10 ausgebildet sind, in ein Schraubloch, das in dem Motorkopf ausgebildet ist, an den Motorkopf montiert.
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Wie es durch die Pfeile in den 1, 2 gezeigt ist, wird der Druck P in der Verbrennungskammer, der auf die Druckaufnahmemembran 14 ausgeübt wird, über das Druckübertragungselement 17 übertragen, um auf die Membran 22 des Metallsockels 20 ausgeübt zu werden. Folglich wird die Membran 22 des Metallsockels 20 deformiert und wandelt das Erfassungselement 30 diese Deformation zu einem elektrischen Signal.
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Das Signal, das aus dem Erfassungselement 30 ausgegeben wird, wird über die FCP zu der Leiterplatte 40 gesendet, von dem IC-Chip 42 verarbeitet und dann mittels des Anschlusses 61 nach außen ausgegeben.
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Im Folgenden wird ein Verfahren eines Herstellens des Drucksensors 100 beschrieben, der die zuvor beschriebene Struktur aufweist.
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Zu Beginn werden das erste Röhrenelement 1, das den Erfassungsabschnitt 22, 30 beinhaltet, das zweite Röhrenelement 2, das die Druckaufnahmemembran 14 beinhaltet und das Druckübertragungselement 14 vorbereitet.
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Als Nächstes wird das erste Röhrenelement 1 in einem Zustand in das zweite Röhrenelement 2 pressgepasst und montiert, in welchem das Druckübertragungselement 17 darin untergebracht ist. Zu dieser Zeit wird ein Schmiermittelöl aufgetragen, wenn es erforderlich ist. Danach wird der eine Endabschnitt 51 der FPC 51 mit dem Erfassungselement 30 des ersten Röhrenelements durch Lot oder dergleichen verbunden und dann wird der andere Endabschnitt 52 der FPC in den Öffnungsabschnitt 11 des Gehäuses 10 eingeführt.
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Als Nächstes werden die ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2, die durch die Presspassung miteinander integriert sind, an einem Teil des Metallgehäuses 15 in den Öffnungsabschnitt 11 des Gehäuses 10 pressgepasst und montiert. Nachfolgend wird der andere Endabschnitt 52 der FPC durch das Durchgangsloch 46 der Leiterplatte 40 geleitet, auf welcher der IC-Chip drahtkontaktiert ist, und dann werden der andere Endabschnitt 52 der FPC 50 und die Leiterplatte 40 durch Lot oder dergleichen verbunden.
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Als Nächstes wird die Leiterplatte 40 mit dem Gehäuse 10 verbunden und an diesem befestigt. Danach wird das Verbindergehäuse 60 in das Gehäuse 10 montiert und wird der andere Endabschnitt 13 des Gehäuses 10 gequetscht, um das Verbindergehäuse 60 an das Gehäuse 10 zu montieren. Zu der Zeit eines Montierens des Verbindergehäuses 60 an dem Gehäuse 10 werden der Anschluss 61 und die Leiterplatte 40 in einem Federkontakt miteinander mittels des Federelements 62 gebracht, so dass sie elektrisch miteinander verbunden sind.
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Danach werden der Druckeinführabschnitt zwischen den ersten und zweiten Röhrenelementen 1, 2 und der Druckeinführabschnitt zwischen dem zweiten Röhrenelement 2 und dem Gehäuse einem Laserschweißen oder dergleichen derart unterzogen, dass sie an diesen Abschnitten miteinander verschmolzen werden, um die Schweißabschnitte K1, K2 auszubilden.
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Obgleich die Schweißabschnitte K1, K2 in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durch Rundumschweißen ausgebildet werden, können sie durch intermittierendes Schweißen ausgebildet werden, wenn eine ausreichende Schweißfestigkeit sichergestellt werden kann.
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Ein Ausbilden der Schweißabschnitte K1, K2 stellt den Drucksensor 100 dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung fertig.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt, da der Befestigungsabschnitt zwischen den ersten und zweiten Röhrenelementen 1, 2 in dem Gehäuse 10 angeordnet ist, wenn die ersten und zweiten Röhrenelement 1, 2 axial fehlerausgerichtet sind, dieser nicht die Außenform des Drucksensors 100.
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Das heißt, wenn die ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2 axial fehlerausgerichtet sind, beeinträchtigt dies nicht die Montierbarkeit des Drucksensors 100 an dem Motorkopf. In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann lediglich der Befestigungsabschnitt zwischen dem Metallgehäuse 15 des zweiten Röhrenelements 2 und dem Öffnungsabschnitt 11 des Gehäuses 10 eine axiale Fehlerausrichtung verursachen, die im Wesentlichen die Montierbarkeit beeinträchtigt.
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Wie es zuvor beschrieben worden ist, ist in dem herkömmlichen Drucksensor, der in 7 gezeigt ist, die Anzahl der Befestigungsabschnitte, die die axiale Fehlerausrichtung verursachen können, die im Wesentlichen die Montierbarkeit beeinträchtigt, zwei. Andererseits ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung diese Anzahl auf eins verringert. Demgemäß ist es gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung möglich, eine kummulative axiale Fehlerausrichtung in der Montagestruktur der ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2 und dem Gehäuse 10 zu unterdrücken.
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Weiterhin tritt gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, da der Außenumfang des zweiten Röhrenelements 2 und der Innenumfang in dem Öffnungsabschnitt 11 des Gehäuses 10 durch Presspassung miteinander befestigt sind und demgemäß, da es keinen Zwischenraum dazwischen gibt, die axiale Fehlerausrichtung aufgrund eines derartigen Zwischenraums anders als in der herkömmlichen Montagestruktur, die in 7 gezeigt ist, nicht auf. Daneben kann, da das zweite Röhrenelement 2 und das Gehäuse 10 durch Schweißen zusätzlich zu der Presspassung miteinander befestigt sind, die Befestigungsstärke dazwischen weiter erhöht werden.
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Ähnlich sind die ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2 durch die Presspassung des Metallsockels 20 in das Metallgehäuse 15 und das Schweißen zwischen diesen aneinander befestigt. Demgemäß kann der zuvor beschriebene Vorteil eines Verhinderns der axiale Fehlerausrichtung aufgrund des Zwischenraums und die weitere Erhöhung der Befestigungsstärke ebenso für das Befestigen zwischen dem Metallsockel 20 und dem Metallgehäuse 15 erzielt werden.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Hauptteils um das Druckübertragungselement 17 eines Drucksensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Drucksensor des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung weist die gleiche Struktur wie der Drucksensor des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, der in 1 gezeigt ist, für andere Teile auf, die in 3 nicht gezeigt sind.
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Wie es in 3 gezeigt ist, ist in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Versetzungsverhinderungsabschnitt 18 in jeder der Membran 22 des Metallsockels 20 und der Druckaufnahmemembran 14 vorgesehen.
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Der Versetzungsverhinderungsabschnitt 18 dient dazu, die Endabschnitte des Druckübertragungselements 17 derart zu befestigen, dass sich das Druckübertragungselement 17 nicht in der Richtung, die senkrecht zu der Längsrichtung von diesem ist, in den ersten und zweiten Röhrenelementen 1, 2 versetzt.
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Wenn sich das Druckübertragungselement 17 in der Richtung versetzt, die senkrecht zu der Längsrichtung von diesem angeordnet ist, kann ein Problem auftreten, dass die Druckübertragungsempfindlichkeit des Druckübertragungselements 17 verringert wird. Der Versetzungsverhinderungsabschnitt 18 kann dieses Problem beseitigen.
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In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Versetzungsverhinderungsabschnitt 18 als ein Eingriffsabschnitt ausgebildet, der durch eine Vertiefung gebildet ist, die in jeder der Membran 22 des Metallsockels 20 und der Druckaufnahmemembran 14 an ihren Abschnitten ausgebildet ist, die den Endabschnitten des Druckübertragungselement 17 gegenüberliegen. Die Endabschnitte des Druckübertragungselements 17 sind in diese Vertiefungen 18 gepasst.
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4 zeigt eine Ausgestaltung des Versetzungsverhinderungsabschnitts 18. Bei dieser Ausgestaltung ist der Versetzungsverhinderungsabschnitt 18 durch eine Vertiefung, wie sie zuvor beschrieben worden ist, und ein Wand gebildet, die die Vertiefung umgibt. Die Versetzungsverhinderungsabschnitte 18, die in 3 und 4 gezeigt sind, können durch Schneidearbeit oder dergleichen ausgebildet sein.
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5 zeigt eine andere Ausgestaltung des Versetzungsverhinderungsabschnitts 18. Bei dieser Ausgestaltung ist das Druckübertragungselement 17 mit einer Vertiefung 17a an jedem Endabschnitt von diesem ausgebildet und ist jede der Membran 22 des Metallsockels 20 und der Druckaufnahmemembran 14 mit einem Vorsprung 19 versehen.
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Die Vorsprünge 19 sind in die Vertiefungen 17a gepasst, die in den Endabschnitten des Druckübertragungselements 17 ausgebildet sind, um dadurch jeden Endabschnitt des Druckübertragungselements 17 zu befestigen.
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Die Vertiefung 17a und der Vorsprung 19 können verschiedene Formen aufweisen. Jede der 6A bis 6D zeigt ein Beispiel der Form des Vorsprungs 19, der in der Membran 22 des Metallsockels 20 ausgebildet ist, und der entsprechenden Vertiefung 17a. Wie es in diesen Figuren gezeigt ist, können diese eine zylindrische Form (6A) oder einen Form einer quadratischen Säule (6B), oder eine Form einer kreuzförmigen Säule (6C) oder eine Form einer Halbkugel (6D) aufweisen. Die Vertiefung 17a und der Vorsprung 19 müssen keine geometrisch ähnliche Form aufweisen, wenn ihre Funktion eines Verhinderns sichergestellt ist, dass das Druckübertragungselement 17 versetzt wird.
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Der Versetzungsverhinderungsabschnitt an der Membran 22 des Metallsockels 20 und der an der Druckaufnahmemembran 14 können eine zueinander gleiche oder voneinander unterschiedliche Struktur aufweisen.
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Zum Beispiel ist es möglich, dass der Versetzungsverhinderungsabschnitt an der Membran 22 des Metallsockels 20 ist, wie es in 3 gezeigt ist (Vertiefung 18) und er an der Druckaufnahmemembran 14 ist, wie es in 5 gezeigt ist (Vorsprung 19). Jede der unter Bezugnahme auf 3 bis zu den 6A bis 6B beschriebenen Strukturen kann als der Versetzungsverhinderungsabschnitt auf der Seite der Membran 22 des Metallsockels 20 und auf der Seite der Druckaufnahmemembran 14 verwendet werden.
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Im Übrigen kann es auftreten, dass ein Verhindern, dass das Druckübertragungselement 17 in die Richtung versetzt wird, die senkrecht zu der Längsrichtung des Druckübertragungselements 17 ist, durch Anordnen eines O-Rings zwischen dem Druckübertragungselement 17 und den Innenumfängen der ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2 möglich ist. Jedoch ist ein Montieren des O-Rings an das Druckübertragungselement 17, das einen kleinen Durchmesser aufweist, bzgl. eines Massenherstellungswirkungsgrads nachteilhaft. Dieses Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in dieser Hinsicht vorteilhaft, da es keinen derartigen O-Ring erfordert.
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Andere Ausführungsbeispiele
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In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die Befestigung zwischen den ersten und zweiten Röhrenelementen 1, 2, das heißt, die Befestigung zwischen dem Metallsockel 20 und dem Metallgehäuse 15 durch Presspassen des Öffnungsabschnitts 21 des Metallsockels 20 in den Öffnungsabschnitt 16 des Metallgehäuses 15 durchgeführt. Jedoch kann das Befestigen durch Presspassen des Öffnungsabschnitts 16 des Metallgehäuses 15 in den Öffnungsabschnitt 21 des Metallsockels 20 durchgeführt werden, wenn es möglich ist, die Flächen dieser Öffnungen zu ändern, während eine Verbindung zwischen den hohlen Abschnitten der ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2 aufrecht erhalten wird.
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Obgleich die Befestigung zwischen den ersten und zweiten Röhrenelementen 1, 2 und die Befestigung zwischen dem zweiten Röhrenelement 2 und dem Gehäuse 10 in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung durch sowohl die Presspassung als auch durch Schweißen durchgeführt wird, können diese durch lediglich das Presspassen durchgeführt werden.
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Umgekehrt können diese durch lediglich das Schweißen durchgeführt werden.
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Ebenso ist es in diesem Fall, da die Anzahl der Befestigungsabschnitte, welche die axiale Fehlerausrichtung verursachen, im Wesentlichen die Montierbarkeit des Drucksensors beeinträchtigen, von zwei auf eins verglichen mit dem herkömmlichen Drucksensor verringert werden kann, möglich, die kummulative axiale Fehlerausrichtung der Montagestruktur der ersten und zweiten Röhrenelemente 1, 2 und dem Gehäuse 10 zu unterdrücken.
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Der Aufbau des Versetzungsverhinderungsabschnitts ist nicht auf denjenigen beschränkt, der in dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben ist. Zum Beispiel kann das Druckübertragungselement 17 durch Klebstoff oder Verbinden mittels eines Hartlötens oder Lots befestigt sein.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Versetzungsverhinderungsabschnitt in sowohl dem Erfassungsabschnitt 22, 30 als auch der Druckaufnahmemembran 14 vorgesehen. Jedoch kann er in lediglich in einem von diesen vorgesehen sein.
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Die Form des Gehäuses 10 ist nicht auf die eine beschränkt, die in 1 gezeigt ist. Das Gehäuse 10 kann irgendeine Form aufweisen, die geeignet ist, um den Verbrennungsdruck zu erfassen. Die Drucksensoren der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können zum Erfassen von anderen Drücken als dem Druck eines Verbrennungsdrucks eines Motors verwendet werden.
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Das Erfassungselement 30 kann von einem anderen Typ als dem Typ sein, der die Verzerrungsdehnungsmessfunktion aufweist, wenn es ein elektrisches Signal ausgibt, das den Druck anzeigt, der durch das Druckübertragungselement 17 übertragen worden ist. Die Druckaufnahmemembran 14 kann integral mit dem Metallgehäuse 15 ausgebildet sein.
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Die zuvor erläuterten bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind beispielhaft für die vorliegende Erfindung, welche lediglich durch die nachstehend beiliegenden Ansprüche beschrieben ist. Es versteht sich, dass Ausgestaltungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, wie sie für einen Fachmann ersichtlich werden.
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Ein zuvor beschriebener erfindungsgemäßer Drucksensor beinhaltet ein erstes Röhrenelement, das an einem Endabschnitt von diesem einen Erfassungsabschnitt, der ein elektrisches Signal ausgibt, das einen darauf ausgeübten Druck anzeigt, und einen Öffnungsabschnitt beinhaltet, der an dem anderen Endabschnitt von diesem ausgebildet ist, ein zweites Röhrenelement, das einen Öffnungsabschnitt, der an einem Endabschnitt von diesem ausgebildet ist, und eine Membran beinhaltet, die an einem Endabschnitt von diesem angeordnet ist, ein Gehäuse, das eine Öffnung an einem Endabschnitt von diesem aufweist, und ein Druckübertragungselement, das arbeitet, um einen darauf ausgeübten Druck zu dem Erfassungsabschnitt zu übertragen. Die ersten und zweiten Röhrenelemente sind an ihren Öffnungsabschnitten integral miteinander verbunden. Ein Befestigungsabschnitt zwischen den ersten und zweiten Röhrenelementen ist in dem Gehäuse angeordnet und ein Außenumfang des zweiten Röhrenelements ist an einem Innenumfang des Öffnungsabschnitts des Gehäuses befestigt.
