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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine verbesserte Struktur eines Drucksensors, der mit einer druckempfindlichen Membran, die mit einem Druck, erzeugt zum Beispiel durch eine in einem Verbrennungsmotor ablaufende Verbrennung, beaufschlagt wird.
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Aus der
DE 10 2005 009 351 A1 ist ein Drucksensor mit folgenden Merkmalen bekannt: einem Gehäuse, einer Druckerfassungsvorrichtung, die in Abhängigkeit von auf sie wirkendem Druck ein Signal aussendet, einer Druckerfassungs-Membrananordnung, die in dem Gehäuse installiert ist und eine Membran umfasst, die eine dem Druck zugewandte Fläche aufweist, und ein Druckübertragungselement, das in dem Gehäuse angeordnet ist und den Druck zu der Druckerfassungsvorrichtung überträgt.
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Es sind zudem Drucksensoren vorgeschlagen worden, die ein Gehäuse, eine druckempfindliche Membran, die in ein Ende des Gehäuses eingepasst ist, und ein Drucksendeelement, das in dem Gehäuse angeordnet ist, umfassen. Zum Beispiel offenbart die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-347387 und die
US-Patentschrift 5 471 883 einen solchen Typ eines Drucksensors, der ausgelegt ist, um den Druck in einem Zylinder eines Kraftfahrzeugmotors zu messen. Die Druckerfassungsmembran weist eine äußere Oberfläche auf, die als eine dem Druck ausgesetzte Oberfläche ausgebildet ist und sich durchbiegt, wenn sie dem zu messenden Druck ausgesetzt ist. Eine solche Durchbiegung wird zu dem Drucksendeelement innerhalb des Gehäuses übertragen.
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Innerhalb des Gehäuses ist eine aus Dehnungsmessstreifen aufgebaute Druckerfassungsvorrichtung angeordnet, die auf den Druck anspricht bzw. auf den Druck empfindlich ist, der von dem Drucksendeelement übertragen wird, um ein elektrisches Signal auszugeben, das ein Maß für den Druck ist.
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Wenn es erforderlich ist, den Druck in einer Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors zu messen, wird dies zur Folge haben, dass die Druckaussetzungsoberfläche der druckempfindlichen Membran durch die Hitze verzerrt wird, die durch die Verbrennung von Kraftstoff in der Verbrennungskammer erzeugt wird, was zu einem fehlerhaften Signal führt, das von dem Drucksensor ausgegeben wird.
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Um das oben genannte Problem zu beseitigen, ist die Druck ausgesetzte Oberfläche des Drucksensors, der er in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-347387 gelehrt wird, derart geformt, dass der Betrag ihrer thermischen Verzerrung verringert ist. Der Drucksensor, der in der
US 5 471 883 gelehrt wird, umfasst einen Kühlmechanismus, der innerhalb der druckempfindlichen Membran angeordnet ist, um den Betrag ihrer thermischen Verzerrung zu verringern.
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Normalerweise variiert der Zustand der Verbrennung im Motor, das heißt der Druck oder die Temperatur in der Verbrennungskammer des Motors, in Abhängigkeit von der Drehzahl oder der Last des Motors, was zu einer Veränderung der thermischen Verzerrung der druckempfindlichen Membran führt. Es besteht daher bei dem in der früheren Veröffentlichung gelehrten Drucksensor die Schwierigkeit, alle Arten von Verzerrungen der Druck ausgesetzten Oberfläche, verursacht durch unterschiedliche Verbrennungszustände in dem Motor, zu verringern.
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Der in der letztgenannten Veröffentlichung gelehrte Drucksensor weist einen Kühlmechanismus auf, was zu einer komplexen Struktur und einer Zunahme der Herstellungskosten des Drucksensors führt.
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Es ist daher ein Hauptziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen Drucksensor bereitzustellen, der mit einer druckempfindlichen Membran ausgestattet ist, die ausgelegt ist, um die thermische Verzerrung der Membran zu minimieren, ohne dabei einen Kühlmechanismus zu verwenden.
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Die Verringerung des Betrages der thermischen Verzerrung der Membran kann dadurch erreicht werden, dass die Dicke der Membran erhöht wird, um auf diese Weise deren Wärmekapazität zu erhöhen. Die führt jedoch zu einer Abnahme der Flexibilität der Membran, wenn diese dem Druck ausgesetzt wird, was zu einer Verringerung der Empfindlichkeit des Drucksensors führt. Um dieses Problem zu beseitigen, hat der Erfinder die unten diskutierte Erfindung gemacht.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Drucksensor nach Anspruch 1 bereitgestellt, der zur Messung des Drucks verwendet wird, welcher durch Verbrennung in einem Verbrennungsmotor erzeugt wird.
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Insbesondere führt der Einschluss der Flüssigkeit in der geschlossenen Kammer zwischen der ersten und der zweiten Membran zu einer Erhöhung der Wärmekapazität der Membrananordnung, um so die thermische Verzerrung der Membrananordnung ohne Einbußen der Empfindlichkeit des Drucksensors zu verringern.
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In der Erfindung ist die Flüssigkeit Öl wie etwa Fluoröl oder Siliconöl.
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Die erste und zweite Membran können Umfangsränder aufweisen, die miteinander verbunden sind, um die geschlossene Kammer, die mit der Flüssigkeit gefüllt ist, luftdicht zu verschließen.
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Die Umfangsränder der ersten und zweiten Membran können durch Laserschweißen verbunden sein.
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Die erste Membran kann aus einem Material gebildet sein, das eine höhere Wärme- und Erosionsbeständigkeit als das der zweiten Membran aufweist.
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Die erste Membran kann eine Federkonstante aufweisen, die kleiner als die der zweiten Membran ist, um eine Volumenänderung der Flüssigkeit, die zum Beispiel von ihrer thermischen Ausdehnung herrührt, aufzunehmen und somit deren Übertragung zu der zweiten Membran zu minimieren.
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Die Verringerung der Federkonstanten der ersten Membran kann dadurch erreicht werden, dass die erste Membran dünner als die zweite Membran ist. Ferner kann die erste Membran einen verformbaren Bereich umfassen, der kleiner als ein verformbarer Bereich der zweiten Membran ist.
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Die geschlossene Kammer weist eine Dicke in der Dickenrichtung der Membrananordnung auf. Die Dicke der geschlossenen Kammer kann kleiner als ein Abstand zwischen Enden der geschlossenen Kammer in einer radialen Richtung der Membrananordnung sein, wodurch die Verluste der Übertragung des Drucks zu dem Drucksendeelement minimiert werden.
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Das Gehäuse kann so ausgelegt sein, dass es in einem Befestigungselement befestigt werden kann, um so eine thermische Verbindung zwischen der zweiten Membran und dem Befestigungselement herzustellen. Der Druck kann ein Druck sein, der durch Verbrennung in einem Motor erzeugt wird.
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Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Drucksensor nach Anspruch 11 vorgesehen.
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In der Erfindung ist das Gel entweder ein Fluorgel, ein Silikongel oder ein Fluorsilikongel.
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Die erste und die zweite Membran können jeweils Umfangsränder aufweisen, die miteinander verbunden sind, um die geschlossene Kammer, die mit dem Gel gefüllt ist, luftdicht zu verschließen. Die Umfangsränder der ersten und zweiten Membran können durch Laserschweißen verbunden sein.
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Die erste Membran kann aus einem Material hergestellt sein, dessen Wärme- und Erosionsbeständigkeit größer als die der zweiten Membran sind.
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Die erste Membran kann eine Federkonstante aufweisen, die kleiner als die der zweiten Membran ist, um eine Volumenänderung des Gels aufzunehmen und so die Übertragung davon zu der zweiten Membran zu minimieren. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die erste Membran dünner als die zweite Membran ist oder einen verformbaren Bereich besitzt, der einen kleineren Durchmesser aufweist als ein verformbarer Bereich der zweiten Membran.
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Die geschlossene Kammer hat eine Dicke in der Dickenrichtung der Membrananordnung. Die Dicke der geschlossenen Kammer kann geringer als ein Abstand zwischen Enden der geschlossenen Kammer in einer radialen Richtung der Membrananordnung sein, wodurch die Verluste beim Übertragen des Drucks zu dem Drucksendeelement minimiert sind.
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Das Gehäuse kann in einem Befestigungselement befestigt sein, um so eine thermische Verbindung zwischen der zweiten Membran und dem Befestigungselement herzustellen. Der zu messende Druck kann ein Druck sein, der durch eine Verbrennung in einem Motor erzeugt wird.
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Die obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde, deutlicher ersichtlich. In den Zeichnungen sind:
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1 eine Längsschnittansicht, die einen Drucksensor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt, der in einem Verbrennungsmotor eingebaut ist;
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2 eine vergrößerte Teilansicht von 1; und
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3 eine vergrößerte Teilansicht, die einen Drucksensor gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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Im Nachfolgenden ist auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Ansichten identische Teile bezeichnen, und insbesondere auf 1, Bezug genommen. Darin ist ein Drucksensor 100 gemäß der Erfindung gezeigt, der als Beispiel in einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors 200 eingebaut ist, um den Druck P in einer Verbrennungskammer 202 zu messen (ein Druck, der nachstehend auch als Verbrennungsdruck P bezeichnet wird).
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Der Drucksensor 100 besteht im Wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse 10 und einem Verbinder 11, der mit dem Gehäuse 10 verbunden ist. Der Motor 200 umfasst ein Befestigungsloch 201, das zu der Verbrennungskammer 202 führt. Das Gehäuse 10 des Drucksensors 100 umfasst einen unteren Abschnitt, wie es in 1 gezeigt ist, der in das Befestigungsloch 201 eingeführt und in die Verbrennungskammer 202 hineinragt.
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An dem in 1 unteren Ende des Gehäuses 10 ist eine Druckerfassung-Membrananordnung 20 installiert, auf die der Verbrennungsdruck P ausgeübt wird. Das Gehäuse 10 ist aus einem zylindrischen Metallschaft 30 und einem zylindrischen Gehäuse 40 gebildet, die durch Schweißen, Löten oder Kleben miteinander verbunden sind. Der Verbinder 11 ist in ein oberes Ende des Gehäuses 40 eingepasst, wie es in 1 gezeigt ist.
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Das Gehäuse 40 ist aus einem metallischen Material wie etwa rostfreiem Stahl gebildet und hat auf seinem Umfang ein Gewinde 41 zum Befestigen des Drucksensors 100 in dem Befestigungsloch 201 des Motors 200 ausgebildet. Insbesondere wird der Einbau des Drucksensors 100 in den Motor 200 dadurch realisiert, dass das Gewinde 41 in das Befestigungsloch 201 geschraubt wird, um das Gehäuse 10 so an dem Motor 200 zu befestigen.
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Der Metallschaft 30 ist durch ein hohl-zylindrisches Element aus zum Beispiel rostfreiem Stahl gebildet. Der Metallschaft 30 hat ein offenes Ende 31, in dem die Membrananordnung 20 eingepasst ist, und ein dünnwandiges flexibles Ende 32, das dem offenen Ende 31 gegenüberliegt.
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Das flexible Ende 32 des Metallschafts 30 spricht auf eine Beaufschlagung mit dem Druck P an, der durch einen weiter unten beschriebenen Druckübertragungsmechanismus auf die Membrananordnung 20 ausgeübt wird, indem es sich durchbiegt oder verformt. An dem flexiblen Ende 32 ist eine Druckerfassungsvorrichtung 50 befestigt, die in Abhängigkeit von dem auf das flexible Ende 32 wirkenden Druck ein Signal ausgibt.
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Die Druckerfassungsvorrichtung 50 ist zum Beispiel durch Dehnungsmessstreifen implementiert, von denen jeder aus einem Halbleiterchip gebildet ist, der einen Diffusionswiderstand umfasst, und die so verbunden sind, dass sie eine Brückenschaltung bilden. Die Druckerfassungsvorrichtung 50 ist über ein niedrigschmelzendes Glas an den Metallschaft 30 geklebt.
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Der Metallschaft 30 weist eine ringförmige, konische Dichtungsoberfläche 33 auf, die an seinem Umfang ausgebildet ist. Die Dichtungsoberfläche 33 erstreckt sich um den gesamten Umfang des Metallschafts 30 nach außen. An einer Innenwand des Befestigungslochs 210 ist ein konischer Sitz ausgebildet, der eine Kontur aufweist, die mit der Dichtungsoberfläche 33 konform ist. Insbesondere wird der Drucksensor 100, wenn er fest in das Befestigungsloch 201 geschraubt wird, die Dichtungsoberfläche 33 des Gehäuses 10 in Anlage an den konischen Sitz des Befestigungslochs 210 bringen, um so eine hermetische Dichtung zwischen der Verbrennungskammer 202 und dem Befestigungsloch 201 herzustellen.
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Die Membrananordnung 20 ist mit dem offenen Ende 31 des Metallschafts 30 (d. h. dem in 1 unteren Ende des Gehäuses 10) verbunden. Die Membrananordnung 20 weist eine Endoberfläche auf, die als eine Druck ausgesetzte Oberfläche 21 wirkt, die in die Verbrennungskammer 202 hineinragt und auf die der Verbrennungsdruck P wirkt.
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Wenn der Motor 200 läuft, erzeugt er den Verbrennungsdruck P, der zyklisch auf die Druck ausgesetzte Oberfläche 21 der Membrananordnung 20 wirkt, durch Verbrennen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Verbrennungskammer 202, so dass die Druck ausgesetzte Oberfläche 21 gebogen bzw. verformt wird.
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2 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt des Drucksensors 100 in der Umgebung der Membrananordnung 20 zeigt. Die Membrananordnung 20 umfasst eine kappen- bzw. deckelförmige erste Membran 20a, die die Druck ausgesetzte Oberfläche 21 definiert, und eine hohlzylindrische zweite Membran 20b, die teilweise in den Metallschaft 30 des Gehäuses 10 eingepasst ist.
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Die erste und zweite Membran 20a und 20b sind jeweils aus einer zylindrischen, als Boden ausgebildeten Platte gebildet und durch Laserschweißen entlang deren gesamten Umfangs miteinander verbunden. Die Schweißnaht zwischen der ersten und zweiten Membran 20a und 20b ist in 2 mit K1 bezeichnet.
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Die Schweißnaht K1 realisiert eine luftdichte Verbindung, um eine hermetisch geschlossene Kammer zwischen der ersten Membran 20a und der zweiten Membran 20b zu definieren. Die Kammer ist mit Öl 20c gefüllt. Das Öl 20c ist ein äußerst hitzebeständiges Öl, das sich nicht zersetzt, wenn es der durch die Verbrennung des Gemischs in dem Motor 20 erzeugten Hitze ausgesetzt ist. Das Öl 20c ist zum Beispiel Fluoröl oder Siliconöl.
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Die Membrananordnung 20 umfasst einen Endabschnitt 22, der sich nach innen (d. h. in 2 nach unten) von der Druck ausgesetzten Oberfläche 21 ausgehend erstreckt, und in das offene Ende 31 des Metallschafts 30 eingesetzt ist.
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Der Endabschnitt ist der Teil der zweiten Membran 20b. Der Endabschnitt 22 ist mit dem Metallschaft 30 durch Laserschweißen entlang von deren gesamtem Umfang verbunden. Die Schweißnaht zwischen dem Endabschnitt 22 und dem Metallschaft 30 ist in 2 mit K2 bezeichnet. Die Schweißnaht K2 realisiert durch den Metallschaft 30 (d. h. das Gehäuse 10) thermisch eine Verbindung der zweiten Membran 20b mit dem Motor 200.
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Die erste und zweite Membran 20a bzw. 20b sind aus dem gleichen Material hergestellt, jedoch kann die erste Membran 20a aus jedem Material hergestellt sein, das eine höhere Wärme- und Erosionsbeständigkeit als das der zweiten Membran 20b aufweist, da die erste Membran 20a stärker als die zweite Membran 20b der Verbrennung des Gemisches ausgesetzt ist.
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Die erste und zweite Membran 20a bzw. 20b kann aus rostfreiem Stahl gebildet sein. Die erste Membran 20a kann zum Beispiel aus SUS630 oder SUS631 gebildet sein. Die zweite Membran 20b kann aus dem gleichen Material wie das der ersten Membran 20a oder alternativ aus rostfreiem Stahl mit einer niedrigeren Wärme- und Erosionsbeständigkeit als die der ersten Membran 20a gebildet sein.
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Die erste Membran 20a besitzt eine kleinere Federkonstante als die zweite Membran 20b, so dass sie eine größere Volumenänderung des Öls 20c, die durch eine Änderung von dessen Temperatur eintritt, aufnehmen kann als die zweite Membran 20b. Insbesondere ist die erste Membran 20a dünner als die zweite Membran 20b, um eine kleinere Federkonstante zu haben.
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Die Membrananordnung 20 hat zum Beispiel, vertikal betrachtet in 2, die folgenden Abmessungen. Die Dicke der ersten Membran 20a beträgt etwa 0,1 mm. Die Dicke der Schicht des Öls 20c beträgt etwa 0,3 mm bis 0,5 mm. Die Dicke der zweiten Membran 20b beträgt etwa 0,3 mm.
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Die erste Membran 20a hat einen verformbaren Bereich, dessen Durchmesser d1 größer als ein Durchmesser d2 eines verformbaren Bereichs der zweiten Membran 20b ist. Dadurch ist die Federkonstante der ersten Membran 20a kleiner als die der zweiten Membran 20b. Der jeweilige verformbare Bereich der ersten Membran 20a und zweiten Membran 20b ist ein Bereich, der bei Beaufschlagung mit dem Verbrennungsdruck P gebogen bzw. verformt wird.
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Die Kammer, die zwischen der ersten und zweiten Membran 20a bzw. 20b definiert und mit dem Öl 20c gefüllt ist, hat eine Dicke, die kleiner als ihre Durchmesser ist. Mit anderen Worten, eine vertikaler Abmessung der Kammer, wie sie in 2 zu sehen ist, ist kleiner als eine maximale laterale Abmessung von ihr.
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Die Membrananordnung 20 wird erzeugt, indem das Öl 20c in die deckelförmige erste Membran 20 gegeben wird, die in umgekehrter Orientierung zu der in 2 angeordnet ist, und die zweite Membran 20b auf dem Öl 20c in der ersten Membran 20a angeordnet wird. Um Luft in dem Öl 20c zu vermeiden, wird vorzugsweise die zweite Membran 20b soweit in die erste Membran 20a gezwungen, dass etwas Öl 20c über die erste Membran 20a überläuft. Schließlich werden die erste und die zweite Membran 20a bzw. 20b mittels Laser verschweißt, was die Herstellung der Membrananordnung 20 abschließt.
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Innerhalb der zylindrischen Kammer des Metallschafts 30 des Gehäuses 10, wie es in 1 dargestellt ist, ist ein Druckübertragungsstift 60 angeordnet, der aus einem metallischen Material wie etwa rostfreiem Stahl oder einer Keramik gebildet ist.
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Der Druckübertragungsstift 60 weist Enden auf, die mit konstanter Kraft elastisch gegen die innere Oberfläche des flexiblen Endes 32 bzw. die innere Oberfläche der zweiten Membran 20b, die der Druck ausgesetzten Oberfläche 21 der Membrananordnung 20 gegenüberliegt, gedrückt werden.
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Wenn der Verbrennungsdruck P auf die Druck ausgesetzte Oberfläche 21 der Membrananordnung 20 ausgeübt wird, wird er durch das Öl 20c auf die zweite Membran 20b, den Druckübertragungsstift 60 und das flexible Ende 201 des Metallschafts 30 übertragen. Die Druckerfassungsvorrichtung 50 ist empfindlich gegenüber dem Druck, der auf das flexible Ende 201 ausgeübt wird, und gibt ein Signal, das ein Maß dafür ist, aus.
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Innerhalb des Gehäuses 40 ist eine Schaltungsplatine 42 aus Keramik angeordnet. Die Schaltungsplatine 42 trägt einen IC-Chip 43, der darauf mit Hilfe von Bonding-Drähten befestigt ist. Der IC-Chip 43 verstärkt oder reguliert das Ausgangssignal der Druckerfassungsvorrichtung 50.
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Der IC-Chip 43 ist durch eine Verbindungseinheit 44 aus FPC (Flexible Printed Card = Flexible Leiterplatte), Zuführungen, etc. elektrisch mit der Druckerfassungsvorrichtung 50 verbunden.
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Der Verbinder 11 ist an einem seiner Enden über einen O-Ring 45 mit dem Gehäuse 40 verbunden. Der Verbinder 11 ist aus einem Harz gebildet und hat in sich eingegossene Anschlüsse 11a. Das Verbinden des Verbinders 11 mit dem Gehäuse 40 wird, wie es in 1 klar gezeigt ist, durch nach innen Bördeln eines offenen Endes des Gehäuses 40 erreicht.
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Die Anschlüsse 11a des Verbinders 11 sind elektrisch mit der Schaltungsplatine 42 innerhalb des Gehäuses 40 verbunden. Die Anschlüsse 11a sind so ausgelegt, dass sie mit einer ECU von Kraftfahrzeugen verbunden werden können, um eine Übertragung von Signalen des Drucksensors 100 und der ECU herzustellen.
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Die Membrananordnung 20 ist, wie es oben beschrieben ist, so ausgelegt, dass sie eine Kammer zwischen der ersten Membran 20a und der zweiten Membran 20b besitzt, die mit dem Öl 20c gefüllt ist, was zu einer größeren Dicke des Erfassungskopfes der Membrananordnung 20 (d. h. der Gesamtdicke der Membrananordnung 20) im Vergleich dazu, wenn das Öl 20c nicht vorhanden ist, führt. Das Öl 20c, das flüssig ist, überträgt den auf die erste Membran 20a ausgeübten Druck P über die zweite Membran 20b auf den Druckübertragungsstift 60. Die Verwendung eines derartigen Öls gewährleistet daher eine Empfindlichkeit der Membrananordnung 20, die höher ist als in einem Fall, in dem die Gesamtdicke aus der ersten und der zweiten Membran 20a bzw. 20b und der Schicht aus dem Öl 20c nur durch ein festes Material gebildet ist. Die thermische Energie der ersten Membran 20a wird zu dem Öl 20c übertragen, so dass die erste Membran 20a bei einer niedrigen Temperatur gehalten wird. Insbesondere trägt die Erhöhung der Dicke der Membrananordnung 20 durch das Öl 20c zur Erhöhung der Wärmekapazität der Membrananordnung 20 bei, verringert jedoch nicht deren die Empfindlichkeit.
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Insbesondere ist die Struktur des Drucksensors 100 so ausgelegt, dass er eine erhöhte Wärmekapazität besitzt, ohne Einbußen hinsichtlich der Empfindlichkeit der Membrananordnung 20 zu erleiden, und darüber hinaus eine höhere Gesamtdicke der Membrananordnung 20 aufweist, so dass die Notwendigkeit für einen räumlich getrennten Kühlungsmechanismus nicht mehr besteht und die thermische Verzerrung der Membrananordnung 20 minimiert ist.
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Die erste Membran 20a ist, wie oben beschrieben, so ausgelegt, dass sie dünner ist und einen größeren Durchmesser aufweist als die zweite Membran 20b, so dass sie eine kleinere Federkonstante als die zweite Membran 20b besitzt und dadurch die Aufnahme einer Volumenänderung der Schicht des Öls 20c erleichtert ist. Insbesondere kann es zu einem Ausgabefehler des Drucksensors 100 kommen, wenn sich das Öl 20c thermisch ausdehnt, so dass die zweite Membran 20b verzerrt ist, was wiederum zu dem Druckübertragungsstift 60 übertragen wird. Um diesem Problem zu begegnen, ist die erste Membran 20a so ausgelegt, dass sie eine kleinere Federkonstante besitzt als die zweite Membran 20b, um die Übertragung einer Volumenänderung des Öls 20c zu dem Druckübertragungsstift 60 zu minimieren.
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Die mit dem Öl 20c gefüllte Kammer weist einen Durchmesser auf, der größer als deren Dicke ist, wodurch die zeitlichen Verluste bei der Übertragung des Verbrennungsdrucks P von der ersten Membran 20a zu der zweiten Membran 20b minimiert sind.
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Die zweite Membran 20b ist über das Gehäuse 10 mit dem Motor 200 verbunden, wodurch mehr Wärme, der die Membrananordnung 20 ausgesetzt ist, zu dem Motor 200 übertragen wird, so dass die thermische Verzerrung der Membrananordnung 20 als Ganzes minimiert ist.
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3 ist eine Ansicht eines Teillängsschnitts, die den Drucksensor 100 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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Die Membrananordnung 20 umfasst die erste Membran 20, die zweite Membran 20b und eine Schicht aus einem Gel 20d, die, äquivalent zur ersten Ausführungsform, in der Kammer zwischen der ersten und der zweiten Membran 20a bzw. 20b angeordnet ist. Das Verbinden zwischen der ersten und der zweiten Membran 20a bzw. 20b und zwischen dem Metallschaft 30 und der zweiten Membran 20b wird auf die gleiche Weise erreicht wie in der ersten Ausführungsform.
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Das Gel 20d ist ein Fluorgel, ein Silikongel oder ein Fluorsilikongel, was eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit hat, so dass es nicht zersetzt wird, wenn es der durch die Verbrennung des Gemischs in dem Motor 200 erzeugten Wärme ausgesetzt wird.
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Die Herstellung der Membrananordnung 20 erfolgt auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform, wobei hier statt dem Öl 20c das Gel 20d verwendet wird, so dass auf eine ausführliche Erklärung an dieser Stelle verzichtet ist.
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Wenn der Verbrennungsdruck P auf die Druck ausgesetzte Oberfläche 21 der ersten Membran 20a ausgeübt wird, wird er über das Gel 20d auf die zweite Membran 20b, de, Druckübertragungsstift 60 und das flexible Ende 201 des Metallschafts 30 übertragen. Die Druckerfassungsvorrichtung 50 ist, äquivalent zur ersten Ausführungsform, empfindlich gegenüber Druck, der auf das flexible Ende 201 ausgeübt wird, um ein Signal auszugeben, das ein Maß für ihn ist.
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Die Membrananordnung 20 ist, ebenso wie in der ersten Ausführungsform, so ausgelegt, dass die Kammer zwischen der ersten Membran 20a und der zweiten Membran 20b mit dem Gel 20d gefüllt ist, was zu einer Zunahme der Dicke des Erfassungskopfes der Membrananordnung 20 (d. h. der Gesamtdicke der Membrananordnung 20) im Vergleich zu einem Fall, in dem das Gel 20d fehlt, führt. Das Gel 20d überträgt den auf die erste Membran 20a ausgeübten Druck P über die zweite Membran 20b auf den Druckübertragungsstift 60. Die Verwendung eines derartigen Gels gewährleistet folglich, dass die Empfindlichkeit der Membrananordnung 20 höher als in einem Fall ist, in dem die gleiche Dicke wie die Gesamtdicke aus der ersten und zweiten Membran 20a bzw. 20b und der Schicht des Gels 20d nur durch ein festes Material gebildet ist.
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Der Drucksensor 100 gemäß dieser Ausführungsform ist, äquivalent zur ersten Ausführungsform, so ausgelegt, dass er eine höhere Wärmekapazität besitzt, ohne dass dabei die Empfindlichkeit der Membrananordnung 20 reduziert ist, und darüber hinaus ist die Gesamtdicke der Membrananordnung 20 größer, wodurch die Notwendigkeit für einen typischen Kühlungsmechanismus beseitigt und die thermische Verzerrung der Membrananordnung 20 minimiert ist.
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Die erste Membran 20a ist, wie in der ersten Ausführungsform, so ausgelegt, dass sie eine kleinere Dicke und einen größeren Durchmesse als die zweite Membran 20b aufweist, um eine kleinere Federkonstante als die zweite Membran 20b zu haben, wodurch die Aufnahme einer Volumenänderung der Schicht des Gels 20d erleichtert ist, so das die Übertragung davon durch die zweite Membran 20b auf den Druckübertragungsstift 60 minimiert ist.
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Die mit dem Gel 20d gefüllte Kammer hat einen Durchmesser, der größer als ihre Dicke ist, wodurch die zeitlichen Verluste bei der Übertragung des Verbrennungsdrucks P von der ersten Membran 20a zu der zweiten Membran 20b minimiert sind.
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Die zweite Membran 20b ist über das Gehäuse 10 mit dem Motor 200 verbunden, wodurch mehr Wärme, der die Membrananordnung 20 ausgesetzt ist, zu dem Motor 200 übertragen wird, so dass die thermische Verzerrung der Membrananordnung 20 als Ganzes minimiert ist.
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Weitere Anordnungen sind mit jenen in der ersten Ausführungsform identisch, so dass auf eine ausführliche Beschreibung an dieser Stelle verzichtet ist.
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Die Struktur des Drucksensors 100 in jeder der ersten und zweiten Ausführungsform kann wie unten ausgeführt modifiziert sein.
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Die erste und zweite Membran 20a bzw. 20b können statt durch Laserschweißen durch Widerstandsschweißen, Hartlöten, Weichlöten oder Bonden verbunden sein, um die hermetisch abgeschlossene Kammer, die mit dem Öl 20c oder dem Gel 20d gefüllt ist, zu definieren bzw. zu bilden.
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Das Gehäuse 10 ist aus dem Metallschaft 30 und dem Gehäuse 40 aufgebaut, die miteinander verbunden sind, kann jedoch auch einteilig aufgebaut sein.
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Der Drucksensor 100 in jeder der ersten und zweiten Ausführungsform ist ausgelegt, um den Druck, der durch Verbrennung eines Gemischs in dem Motor 200 erzeugt wird, zu messen, kann jedoch auch verwendet werden, um einen anderen Druck als den Druck des Gemischs zu messen.
