DE102010038881A1

DE102010038881A1 - Sensor e.g. rail pressure sensor mounted in common rail system, has decoupling element that is arranged to shield mechanical loads of feed channel and sense element when connecting sensor unit with wall of rail

Info

Publication number: DE102010038881A1
Application number: DE102010038881A
Authority: DE
Inventors: Oliver Stoll; Christian Roesser; Falk Rueth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2012-02-09

Abstract

The pressure sensor has sensor unit (124) that includes connector (132) that is connected with wall of rail. A sensor element (126) is provided to measure the property such as pressure of fuel in rail. A feed channel (138) is provided for supplying the fuel to sense element. A decoupling element (150) is arranged to shield the mechanical loads of feed channel and sense element when connecting the sensor unit with wall of rail.

Description

Stand der TechnikState of the art

In verschiedenen Bereichen der Technik müssen eine oder mehrere Eigenschaften fluider Medien erfasst werden. Hierbei kann es sich grundsätzlich um beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaften der fluiden Medien, also der Gase und/oder Flüssigkeiten, handeln, wie beispielsweise Temperatur, Druck, Strömungseigenschaften oder ähnliches. Ein wichtiges Beispiel, auf welches die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist die Erfassung eines Drucks des fluiden Mediums. Drucksensoren sind beispielsweise aus Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 128–130 bekannt. Ein wichtiges Anwendungsbeispiel, auf welches die vorliegende Erfindung jedoch ebenfalls nicht beschränkt ist, sind so genannte Raildrucksensoren (RDS), welche im Verteilerrohr (Rail) von Hochdruckspeichereinspritzsystemen (Common-Rail-Systemen) den Kraftstoffdruck messen. Hierzu werden Raildrucksensoren in der Regel axial oder radial in das Verteilerrohr eingeschraubt. Hierbei kann jedoch die Problematik auftreten, dass beim Einschrauben, welches aufgrund der hohen abzudichtenden Drücke in der Regel mit einem hohen Anzugsmoment erfolgen muss, der gesamte Druckstutzen des Sensors, ausgehend von den Gewindeflanken, verspannt und verformt wird. Verformungen, welche im Bereich einer Messbrücke des Sensors auftreten, können sich jedoch auf das Sensorsignal negativ auswirken und dort beispielsweise einen Offset verursachen oder die Genauigkeit beeinflussen.In various fields of technology, one or more properties of fluid media must be captured. In principle, these may be any physical and / or chemical properties of the fluid media, ie the gases and / or liquids, such as temperature, pressure, flow properties or the like. However, an important example to which the present invention is not limited is the detection of a pressure of the fluid medium. Pressure sensors are off, for example Robert Bosch GmbH: Sensors in the motor vehicle, edition 2007, pages 128-130 known. However, an important application example to which the present invention is also not limited are so-called rail pressure sensors (RDS), which measure the fuel pressure in the rail of high-pressure accumulator injection systems (common-rail systems). For this purpose, rail pressure sensors are usually screwed axially or radially into the manifold. Here, however, the problem may arise that when screwing, which must be done due to the high pressures to be sealed usually with a high torque, the entire discharge nozzle of the sensor, starting from the thread flanks, is clamped and deformed. Deformations which occur in the area of a measuring bridge of the sensor, however, can have a negative effect on the sensor signal and there cause, for example, an offset or influence the accuracy.

Aus DE 10 2007 042 789 A1 ist ein Steckfühler zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums bekannt. Dieser kann insbesondere in Form eines kombinierten Druck-Temperatur-Sensors für den Kühlmittelkreislauf in Klimaanlagen eingesetzt werden. Dabei wird ein Steckfühler mit einem Außengewinde mit mindestens zwei verschiedenen Gewindeabschnitten vorgeschlagen, wobei ein Gewindeabschnitt mit einem durchgehenden Gewindegang und ein zweiter Gewindeabschnitt mit einem unterbrochenen Gewindegang vorgesehen sind. Am oberen Ende eines Sensorkörpers ist ein Sensoransatz vorgesehen, auf welchen ein Drucksensor aufgesetzt werden kann.Out DE 10 2007 042 789 A1 a plug-in sensor for detecting at least one property of a fluid medium is known. This can be used in particular in the form of a combined pressure-temperature sensor for the coolant circuit in air conditioning systems. In this case, a plug-in sensor is proposed with an external thread with at least two different threaded sections, wherein a threaded portion are provided with a continuous thread and a second threaded portion with a broken thread. At the upper end of a sensor body, a sensor attachment is provided, on which a pressure sensor can be placed.

Aus DE 103 32 284 A1 ist ein Drucksensorelement mit einer integrierten Dichtfläche bekannt. Das Sensorelement umfasst eine Sensormembran, an deren Membranaußenseite piezoresistive Messelemente angeordnet sind. Die Sensormembran liegt einer Dichtfläche zur Abdichtung des Sensorelements gegen ein Gehäuse gegenüber. Dabei ist ein Krafteinleitungsbereich zur Einleitung einer eine Abdichtung erzeugenden Kraft von der Sensormembran des Sensorelements mechanisch entkoppelt. Durch ein von dem Sensorelement unabhängig ausgebildetes Sensorhüllrohr wird das Sensorelement mit der integrierten Dichtfläche in einen Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine eingeschraubt. Trotz der durch diese bekannten Vorrichtungen bewirkten Verbesserungen besteht nach wie vor ein Optimierungspotenzial bekannter Sensoren, insbesondere bekannter Drucksensoren. So sind die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen hinsichtlich ihres Bauraums weiter optimierbar. Weiterhin sind die bekannten, mehrere Komponenten umfassenden Konstruktionen technisch vergleichsweise aufwändig, und nach wie vor besteht ein Verbesserungspotenzial hinsichtlich der Entkopplung von bei der Verbindung der Sensoren mit entsprechenden Gehäusewänden auftretenden mechanischen Belastungen vom eigentlichen Sensorelement.Out DE 103 32 284 A1 a pressure sensor element with an integrated sealing surface is known. The sensor element comprises a sensor membrane, on whose outer membrane side piezoresistive measuring elements are arranged. The sensor membrane is located opposite a sealing surface for sealing the sensor element against a housing. In this case, a force introduction region for initiating a force generating a seal is mechanically decoupled from the sensor membrane of the sensor element. The sensor element with the integrated sealing surface is screwed into a cylinder head of an internal combustion engine by means of a sensor tube which is formed independently of the sensor element. Despite the improvements brought about by these known devices, there is still an optimization potential of known sensors, in particular known pressure sensors. Thus, the devices known from the prior art with respect to their space can be further optimized. Furthermore, the known, multi-component constructions are technically relatively complex, and there is still room for improvement in terms of decoupling occurring from the actual sensor element in the connection of the sensors with corresponding housing walls mechanical loads.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird dementsprechend ein Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums, also eines Gases und/oder einer Flüssigkeit, vorgeschlagen, welcher die Nachteiler bekannter Sensoren zumindest weitgehend vermeidet. Bei der mindestens einen Eigenschaft kann es sich grundsätzlich um eine beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaft des fluiden Mediums handeln, insbesondere einen Druck. Auch eine Kombination der Erfassung mehrerer Eigenschaften ist möglich.Accordingly, a sensor is proposed for detecting at least one property of a fluid medium, that is to say of a gas and / or a liquid, which at least largely avoids the disadvantages of known sensors. In principle, the at least one property may be any physical and / or chemical property of the fluid medium, in particular a pressure. It is also possible to combine several properties.

Der Sensor umfasst einen Sensorkörper, welcher vorzugsweise einstückig ausgebildet ist. Der Sensorkörper ist eingerichtet, um in eine Wand eines Messraums eingebracht zu werden. Der Sensorkörper umfasst dabei, im Gegensatz beispielsweise zu der in DE 103 32 284 A1 beschriebenen Konstruktion, selbst mindestens ein Verbindungselement zur Verbindung mit der Wand des Messraums. Bei der Wand des Messraums kann es sich beispielsweise um eine Wand eines Verteilerrohrs (Common Rail) eines Hochdruckspeichereinspritzsystems handeln. Auch andere Anwendungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Das Verbindungselement ist eingerichtet, um eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung mit der Wand einzugehen. Beispielsweise kann das Verbindungselement mindestens ein Gewinde umfassen, vorzugsweise ein Gewinde zur Herstellung einer druckdichten Verbindung.The sensor comprises a sensor body, which is preferably formed in one piece. The sensor body is set up to be introduced into a wall of a measuring space. The sensor body comprises, in contrast, for example, to the in DE 103 32 284 A1 described construction, even at least one connecting element for connection to the wall of the measuring space. The wall of the measuring chamber may, for example, be a wall of a distributor pipe (common rail) of a high-pressure accumulator injection system. However, other applications are possible in principle. The connecting element is set up to enter into a frictional and / or positive connection with the wall. For example, the connecting element may comprise at least one thread, preferably a thread for producing a pressure-tight connection.

Der Sensor weist weiterhin mindestens ein Sensorelement zur Erfassung der Eigenschaft auf. Während der Sensorkörper überwiegend zur Bereitstellung der mechanischen Stabilität des Sensors im Bereich des Sensorelements und für die Verbindung des Sensors mit der Wand des Messraums sorgen kann, ist unter einem Sensorelement ein Element zu verstehen, welches die eigentlichen Messwerte liefert, die zur Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des fluiden Mediums genutzt werden. Beispielsweise kann es sich hierbei um elektrische Messsignale handeln. Dieses Sensorelement, welches auch mehrteilig ausgebildet sein kann, kann einstückig mit dem Sensorkörper ausgebildet sein und/oder kann ganz oder teilweise mit dem Sensorkörper verbunden sein. Beispielsweise kann das Sensorelement einen Drucksensor umfassen oder als Drucksensor ausgestaltet sein. Insbesondere kann der Drucksensor eine Messbrücke mit einem oder mehreren piezoresistiven Elementen und/oder anderen Arten von sensitiven Elementen umfassen, wie dies bei integrierten Drucksensoren üblich ist. Für weitere mögliche Ausgestaltungen von Drucksensoren kann auf den oben beschriebenen Stand der Technik, insbesondere auf Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 128–130 , verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich.The sensor further has at least one sensor element for detecting the property. While the sensor body can predominantly provide for the provision of the mechanical stability of the sensor in the region of the sensor element and for the connection of the sensor to the wall of the measuring space, is below a sensor element Understand element that provides the actual readings that are used to detect the at least one property of the fluid medium. For example, these may be electrical measurement signals. This sensor element, which may also be designed in several parts, may be formed integrally with the sensor body and / or may be wholly or partially connected to the sensor body. For example, the sensor element may comprise a pressure sensor or be designed as a pressure sensor. In particular, the pressure sensor may comprise a measuring bridge with one or more piezoresistive elements and / or other types of sensitive elements, as is common in integrated pressure sensors. For further possible embodiments of pressure sensors can on the above-described prior art, in particular Robert Bosch GmbH: Sensors in the motor vehicle, edition 2007, pages 128-130 , to get expelled. However, other embodiments are possible in principle.

In dem Sensorkörper ist mindestens ein Zuführkanal zum Zuführen des fluiden Mediums zu dem Sensorelement ausgebildet. Beispielsweise kann dieser Zuführkanal eine runde und/oder eine polygonale Bohrung umfassen. Das fluide Medium kann dabei direkt zu dem Sensorelement zugeführt werden oder die zu erfassende Eigenschaft kann an ein Zwischenmedium übertragen werden. In dem Sensorkörper ist mindestens ein Entkopplungselement zur Abschirmung von bei der Verbindung des Sensorkörpers mit der Wand mittels des Verbindungselements auftretenden mechanischen Belastungen von dem Zuführkanal und dem Sensorelement angeordnet.At least one feed channel for supplying the fluid medium to the sensor element is formed in the sensor body. For example, this feed channel may comprise a round and / or a polygonal bore. The fluid medium can be supplied directly to the sensor element or the property to be detected can be transferred to an intermediate medium. In the sensor body, at least one decoupling element for shielding occurring during the connection of the sensor body to the wall by means of the connecting element mechanical loads from the feed channel and the sensor element is arranged.

Der vorgeschlagene Sensor weist gegenüber den bekannten Sensorelementen eine Vielzahl von Vorteilen auf. Insbesondere ist gegenüber der DE 103 32 284 A1 als vorteilhaft zu vermerken, dass das Verbindungselement selbst Bestandteil des Sensorkörpers ist. Eine nachträgliche Verbindung mit dem Sensorkörper, beispielsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung, welche selbst beim Verbinden, beispielsweise bei einer Schraubverbindung, mit der Wand des Messraums mechanischen Belastungen und anderen Beanspruchungen ausgesetzt sein kann, kann damit entfallen. Das Entkopplungselement berücksichtigt dabei insbesondere, dass bei einer Integration des mindestens einen Verbindungselements, beispielsweise des Gewindes, in den Sensorkörper beim Verbinden Spannungen, Verformungen oder ähnliche mechanische Belastungen auftreten können, welche durch das Entkopplungselement von dem Zuführkanal und/oder dem Sensorelement abgeschirmt werden können.The proposed sensor has a number of advantages over the known sensor elements. In particular, is opposite to the DE 103 32 284 A1 to note as advantageous that the connecting element itself is part of the sensor body. A subsequent connection with the sensor body, for example by a cohesive connection, which may be exposed to mechanical stress and other stresses even when connecting, for example in a screw, with the wall of the measuring space, can be dispensed with. The decoupling element takes into account in particular that when integrating the at least one connecting element, for example the thread, in the sensor body when connecting voltages, deformations or similar mechanical stresses may occur, which can be shielded by the decoupling element of the feed channel and / or the sensor element.

Unter einem Entkopplungselement kann dabei grundsätzlich ein beliebiges Element verstanden werden, welches in der Lage ist, mechanische Belastungen, welche bei der Verbindung auftreten, aufzunehmen und nicht oder nur in verringertem Maße an den Zuführkanal und/oder das Sensorelement weiterzuleiten. Beispielsweise kann es sich bei dem Entkopplungselement selbst um ein verformbares Element handeln, welches als mechanischer ”Puffer” wirkt und dementsprechend eingerichtet ist, um mechanische Belastungen wie Druckbelastungen, Zugbelastungen, Biegebelastungen, Scherbelastungen oder Verformungen aufzunehmen. Beispielsweise kann es sich um ein Entkopplungselement handeln, welches eine höhere Verformbarkeit aufweist als das Material des Sensorkörpers. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Entkopplungselement mindestens einen in dem Sensorkörper angeordneten Hohlraum umfasst. Unter einem Hohlraum kann dabei ein geschlossener oder auch ein teilweise geöffneter Hohlraum verstanden werden. Der Hohlraum kann vollständig ungefüllt ausgestaltet sein, kann jedoch auch mit einem Gas, einer Flüssigkeit oder einem Feststoff, jeweils vorzugsweise mit einer höheren Verformbarkeit als das Material des Sensorkörpers, ausgefüllt sein. Der Hohlraum kann beispielsweise zu einer Umgebung hin geöffnet sein, beispielsweise zu einer Umgebung, welche von dem Messraum getrennt ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Hohlraum, alternativ oder zusätzlich zu einem vollständig geschlossenen und innerhalb des Sensorkörpers angeordneten Hohlraum, einen Freistich umfassen, insbesondere einen Freistich, welcher in radialer Richtung, also parallel zu einer Achse des Zuführkanals, angeordnet ist. Unter einem Freistich ist dabei eine Abtragung an einer rotationssymmetrischen Innenkante in einer bestimmten Form und nach festgelegten Maßen zu verstehen. Dabei können Außenfreistiche und/oder Innenfreistiche eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich zu einem Freistich können jedoch auch andere Arten von Hohlräumen und/oder andere Arten von Entkopplungselementen eingesetzt werden.Under a decoupling element can basically be understood any element which is able to mechanical stresses that occur in the connection, and not or only to a reduced extent to the feed channel and / or forward the sensor element. For example, the decoupling element itself can be a deformable element which acts as a mechanical "buffer" and is accordingly set up to absorb mechanical loads such as compressive loads, tensile loads, bending loads, shear loads or deformations. For example, it may be a decoupling element, which has a higher deformability than the material of the sensor body. It is particularly preferred if the decoupling element comprises at least one cavity arranged in the sensor body. Under a cavity can be understood as a closed or a partially open cavity. The cavity can be designed completely unfilled, but can also be filled with a gas, a liquid or a solid, in each case preferably with a higher ductility than the material of the sensor body. The cavity can be opened, for example, to an environment, for example to an environment which is formed separately from the measuring space. For example, the cavity, as an alternative or in addition to a completely closed cavity arranged inside the sensor body, can comprise an undercut, in particular an undercut, which is arranged in the radial direction, ie parallel to an axis of the feed channel. Under an undercut is to be understood as a removal of a rotationally symmetrical inner edge in a certain form and according to specified dimensions. In this case, outside freezing and / or internal freezing can be used. Alternatively or in addition to an undercut, however, other types of cavities and / or other types of decoupling elements may be used.

Das Sensorelement kann insbesondere, wie oben ausgeführt, mindestens ein mit dem Sensorkörper verbundenes Drucksensorelement umfassen. Die Verbindung mit dem Sensorkörper kann dabei insbesondere einstückig erfolgen, beispielsweise indem der Zuführkanal Sensorelement-seitig durch eine Messbrücke abgeschlossen wird, wie dies bei Drucksensoren häufig der Fall ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Drucksensorelement jedoch auch mit dem Sensorkörper, beispielsweise einer Kanalwand des Zuführkanals, nachträglich verbunden sein, beispielsweise durch eine stoffschlüssige, formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung, wobei eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Schweißverbindung, bevorzugt ist.The sensor element may in particular comprise, as stated above, at least one pressure sensor element connected to the sensor body. The connection to the sensor body can in particular be made in one piece, for example by the supply channel sensor element-side is completed by a measuring bridge, as is often the case with pressure sensors. Alternatively or additionally, however, the pressure sensor element can also be subsequently connected to the sensor body, for example a channel wall of the feed channel, for example by a cohesive, positive or frictional connection, a cohesive connection, in particular a welded connection, being preferred.

Der Zuführkanal kann insbesondere eine Kanalwand aufweisen. Diese Kanalwand kann mit dem Sensorelement verbunden sein. Das Entkopplungselement kann insbesondere derart ausgestaltet sein, dass dieses die Kanalwand zumindest in einem Entkopplungsabschnitt des Zuführkanals ringförmig umschließt. Beispielsweise kann das Entkopplungselement als ein Ringspalt ausgestaltet sein, vorzugsweise als ein zu dem Zuführkanal koaxial ausgebildeter Ringspalt, so dass sich die Spalte des Ringspalts parallel zu einer Achse des Zuführkanals erstrecken. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Beispielsweise kann sich der Ringspalt von einer von dem fluiden Medium weg weisenden Gegenseite des Sensorkörpers aus in den Sensorkörper hinein erstrecken und den Zuführkanal zumindest teilweise umschließen. Unter einem ringförmigen Umschließen ist dabei beispielsweise ein kreisringförmiges Umschließen zu verstehen, wobei jedoch, alternativ oder zusätzlich zu einer Kreisringform, auch andere ringförmige Geometrien möglich sind, beispielsweise polygonale Geometrien.The feed channel may in particular have a channel wall. This channel wall can with the Be connected sensor element. The decoupling element can in particular be designed in such a way that it encloses the channel wall in a ring shape at least in a decoupling section of the feed channel. For example, the decoupling element can be designed as an annular gap, preferably as an annular gap formed coaxially with the feed channel, so that the gaps of the annular gap extend parallel to an axis of the feed channel. However, other embodiments are possible in principle. For example, the annular gap may extend from a side of the sensor body facing away from the fluid medium into the sensor body and at least partially enclose the feed channel. By an annular enclosing is to be understood, for example, an annular enclosing, but, alternatively or in addition to a circular ring shape, other annular geometries are possible, for example, polygonal geometries.

Das Entkopplungselement kann insbesondere zwischen dem Verbindungselement und dem Zuführkanal angeordnet sein. Beispielsweise kann das Entkopplungselement auf einer Verbindungslinie zwischen dem Verbindungselement und dem Zuführkanal angeordnet sein, insbesondere in einem Entkopplungsabschnitt des Zuführkanals. Der Sensorkörper kann eine dem fluiden Medium zuweisende Beaufschlagungsseite und eine von dem fluiden Medium weg weisende Gegenseite aufweisen. Der Zuführkanal kann von der Beaufschlagungsseite in Richtung zu der Gegenseite verlaufen, endet jedoch vorzugsweise vor Erreichen der Gegenseite. Das Sensorelement kann an der Gegenseite mit einer Kanalwand des Zuführkanals verbunden sein, beispielsweise wiederum durch eine einstückige Ausgestaltung mit der Kanalwand und/oder durch eine nachträgliche Verbindung des Sensorelements mit der Kanalwand, beispielsweise eine stoffschlüssige und/oder formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung. Das Sensorelement kann den Zuführkanal auf der Gegenseite beispielsweise vollständig abschließen, so dass durch den Zuführkanal kein fluides Medium aus dem Messraum austreten kann.The decoupling element can be arranged in particular between the connecting element and the feed channel. For example, the decoupling element can be arranged on a connecting line between the connecting element and the feed channel, in particular in a decoupling section of the feed channel. The sensor body may have an admission side facing the fluid medium and an opposite side facing away from the fluid medium. The supply channel may extend from the loading side towards the opposite side, but preferably ends before reaching the opposite side. The sensor element may be connected on the opposite side with a channel wall of the feed channel, for example, in turn by a one-piece design with the channel wall and / or by a subsequent connection of the sensor element with the channel wall, for example a cohesive and / or positive and / or non-positive connection. The sensor element can, for example, completely close off the feed channel on the opposite side, so that no fluid medium can escape from the measuring chamber through the feed channel.

Der Sensorkörper kann insbesondere mindestens ein Verbindungsteil mit dem Verbindungselement und mindestens eine Kanalwand des Zuführkanals aufweisen. Das Verbindungsteil kann die Kanalwand in zumindest einem Entkopplungsabschnitt umschließen. Diese Umschließung kann über einen vollen Winkelbereich erfolgen oder zumindest über einen Teilwinkelbereich. Das Entkopplungselement kann in dem Entkopplungsabschnitt zwischen dem Verbindungsteil und der Kanalwand angeordnet sein. Wie oben ausgeführt, kann es sich hierbei beispielsweise um einen Freistich und/oder einen Ringspalt handeln, welcher zwischen dem Verbindungsteil mit dem Verbindungselement und der Kanalwand ausgebildet ist und welcher beispielsweise die Kanalwand ringförmig umgibt, wobei der Ringspalt sich beispielsweise von der Gegenseite aus in den Sensorkörper hinein erstrecken kann. Das Verbindungsteil und die Kanalwand können insbesondere einstückig ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass das Verbindungsteil und die Kanalwand aus ein und demselben Block eines Materials des Sensorelements herausgearbeitet sein können, beispielsweise indem lediglich zwischen das Verbindungsteil mit dem Verbindungselement, beispielsweise dem Gewinde, ein Hohlraum eingebracht wird, beispielsweise in Form eines Ringspalts und/oder eines Freistiches. Das Sensorelement kann in dem Entkopplungsabschnitt mit der Kanalwand verbunden sein, wiederum einstückig oder auch durch nachträgliches Verbinden. Auch in diesem Fall kann das Sensorelement beispielsweise den Zuführkanal auf der Gegenseite abschließen. Die Kanalwand kann dabei auf der Gegenseite über das Verbindungsteil hinausragen oder auch bündig mit dem Verbindungsteil abschließen. Alternativ kann die Kanalwand auch ins Innere des Sensorkörpers hinein zurückversetzt sein, so dass das Sensorelement ebenfalls von dem Verbindungsteil umschlossen wird.The sensor body may in particular have at least one connecting part with the connecting element and at least one channel wall of the feed channel. The connecting part may enclose the channel wall in at least one decoupling section. This enclosure may be over a full range of angles or at least over a partial angle range. The decoupling element can be arranged in the decoupling section between the connecting part and the channel wall. As stated above, this can be, for example, an undercut and / or an annular gap, which is formed between the connecting part with the connecting element and the channel wall and which, for example, surrounds the channel wall in an annular manner, wherein the annular gap extends, for example, from the opposite side into the Sensor body can extend into it. The connecting part and the channel wall may in particular be integrally formed. This means that the connecting part and the channel wall can be machined out of one and the same block of a material of the sensor element, for example by merely inserting a cavity between the connecting part and the connecting element, for example the thread, for example in the form of an annular gap and / or one undercut. The sensor element may be connected in the decoupling portion with the channel wall, in turn in one piece or by subsequent connection. Also in this case, the sensor element can close off, for example, the feed channel on the opposite side. The channel wall can protrude over the connecting part on the opposite side or even flush with the connecting part. Alternatively, the channel wall can also be set back into the interior of the sensor body, so that the sensor element is likewise enclosed by the connecting part.

Der Sensorkörper kann, wie oben ausgeführt, vorzugsweise als Ganzes einstückig ausgebildet sein, also beispielsweise aus demselben Block eines Materials, beispielsweise eines metallischen Materials, beispielsweise Stahl, herausgearbeitet oder hergestellt sein. Das Verbindungselement kann insbesondere, wie oben ausgeführt, mindestens ein Gewinde umfassen, insbesondere ein druckdichtes Gewinde.The sensor body may, as stated above, preferably be formed integrally as a whole, that is, for example, from the same block of a material, such as a metallic material, such as steel, worked out or manufactured. The connecting element may in particular, as stated above, comprise at least one thread, in particular a pressure-tight thread.

Ein Sensor gemäß einem oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen kann insbesondere, wie oben ausgeführt, als Drucksensor in Kraftstoffsystemen eingesetzt werden, beispielsweise als Raildrucksensor in Hochdruckspeichereinspritzsystemen. Auch andere Anwendungen sind jedoch grundsätzlich denkbar.A sensor according to one or more of the embodiments described above can, in particular, as described above, be used as a pressure sensor in fuel systems, for example as a rail pressure sensor in high-pressure accumulator injection systems. However, other applications are conceivable in principle.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.Embodiments of the invention are illustrated in the figures and will be described in more detail below.

Es zeigen:Show it:

1 eine Explosionsdarstellung eines bekannten Raildrucksensors; 1 an exploded view of a known rail pressure sensor;

2 und 3 verschiedene Ausführungsformen bekannter Druckstutzen eines Raildrucksensors; und 2 and 3 various embodiments of known discharge nozzle of a rail pressure sensor; and

4 bis 6 verschiedene Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Druckstutzen für den Einsatz in einem Raildrucksensor. 4 to 6 Various embodiments of inventive discharge nozzle for use in a rail pressure sensor.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines bekannten Sensors 110 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums gezeigt, welcher in diesem Fall als Drucksensor 112, speziell als Raildrucksensor 114, ausgebildet ist. Raildrucksensoren (RDS) 114 messen im Verteilerrohr (Rail) den Kraftstoffdruck. Ein Raildrucksensor 114 wird hierzu in das Rail oder eine Wand des Rails entweder axial oder radial eingeschraubt. Das in 1 in Explosionsdarstellung gezeigte Ausführungsbeispiel eines Raildrucksensors 114 entspricht einem kommerziellen Raildrucksensor vom Typ 4.x der Robert Bosch GmbH, Deutschland.In 1 is an embodiment of a known sensor 110 shown for detecting at least one property of a fluid medium, which in this case as a pressure sensor 112 , especially as a rail pressure sensor 114 , is trained. Rail pressure sensors (RDS) 114 measure the fuel pressure in the manifold (rail). A rail pressure sensor 114 For this purpose, it is screwed into the rail or a wall of the rail either axially or radially. This in 1 in an exploded view embodiment of a rail pressure sensor 114 corresponds to a commercial rail pressure sensor type 4.x of Robert Bosch GmbH, Germany.

Der Sensor 110 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel optional ein Steckergehäuse 116 sowie einen oder mehrere Schaltungsträger 118, beispielsweise eine oder mehrere Leiterplatten. Weiterhin umfasst der Raildrucksensor 114 ein Gehäuseunterteil 120 sowie einen Druckstutzen 122 mit einem Sensorkörper 124 und einem Sensorelement 126. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ragt das Sensorelement 126 in eine zentrale Bohrung 128 in dem Gehäuseunterteil 120 hinein, was jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein muss.The sensor 110 optionally includes a connector housing in the illustrated embodiment 116 and one or more circuit carriers 118 , For example, one or more circuit boards. Furthermore, the rail pressure sensor comprises 114 a lower housing part 120 and a discharge nozzle 122 with a sensor body 124 and a sensor element 126 , In the illustrated embodiment, the sensor element protrudes 126 in a central hole 128 in the housing lower part 120 which, however, does not necessarily have to be the case.

In den 2 und 3 sind bekannte Ausgestaltungen des Druckstutzens 122 dargestellt, wie sie beispielsweise in dem Sensor 110 gemäß 1 zum Einsatz kommen können.In the 2 and 3 are known embodiments of the pressure nozzle 122 shown, for example, in the sensor 110 according to 1 can be used.

Der Sensorkörper kann in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere als Gewindestück 130 ausgestaltet sein und kann ein oder mehrere Verbindungselemente 132 in Form eines oder mehrerer Gewinde 134 umfassen.The sensor body can in this embodiment, in particular as a threaded piece 130 be configured and can one or more fasteners 132 in the form of one or more threads 134 include.

Das eigentliche Sensorelement 126 umfasst in den dargestellten Ausführungsbeispielen eine Messbrücke 136, welche einen Zuführkanal 138 abschließt. Der Zuführkanal 138 erstreckt sich von einer dem fluiden Medium zuweisenden Beaufschlagungsseite 140, an welcher der Zuführkanal 138 eine Öffnung 142 aufweist, hin zu einer der Beaufschlagungsseite 140 gegenüberliegenden Gegenseite 144, an welcher der Zuführkanal 138 durch die Messbrücke 136 verschlossen ist. Auf der Messbrücke 136 können beispielsweise auf der dem Zuführkanal abgewandten Seite ein oder mehrere sensitive Elemente aufgebracht sein, beispielsweise piezoresistive Elemente und/oder andere Arten von sensitiven Elementen.The actual sensor element 126 includes in the illustrated embodiments, a measuring bridge 136 which has a feed channel 138 concludes. The feed channel 138 extends from an admission side assigning the fluid medium 140 at which the feed channel 138 an opening 142 towards one of the admission side 140 opposite opposite side 144 at which the feed channel 138 through the measuring bridge 136 is closed. On the measuring bridge 136 For example, one or more sensitive elements, for example piezoresistive elements and / or other types of sensitive elements, may be applied to the side facing away from the feed channel.

Bei den dem Stand der Technik entsprechenden Druckstutzen 122 in den 2 und 3 ragt das Sensorelement 126 als Sensorfortsatz aus dem Druckstutzen 122 heraus. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sensorelement mit der Messbrücke 136 auf das Gewindestück 130 mittels einer Schweißverbindung 146 aufgeschweißt. Bei dem in 3 gezeigten Aufbau, welcher im Wesentlichen dem Aufbau gemäß 2 entspricht, ist der Druckstutzen 122 hingegen einteilig ausgestaltet, und das Sensorelement 126 ist einstückig bzw. einteilig mit dem Gewindestück 130 ausgestaltet. Diese einteilige Ausgestaltung schließt nicht aus, dass auf der Messbrücke 136 weitere Bestandteile des Sensorelements 126 zusätzlich aufgebracht werden, wie beispielsweise piezoresistive Sensorelemente.In the prior art pressure nozzle 122 in the 2 and 3 protrudes the sensor element 126 as sensor extension from the discharge nozzle 122 out. At the in 2 illustrated embodiment, the sensor element with the measuring bridge 136 on the threaded piece 130 by means of a welded joint 146 welded. At the in 3 shown construction which essentially according to the structure 2 corresponds, is the discharge nozzle 122 however, designed in one piece, and the sensor element 126 is in one piece or one piece with the threaded piece 130 designed. This one-piece design does not exclude that on the measuring bridge 136 further components of the sensor element 126 additionally be applied, such as piezoresistive sensor elements.

Bei den in den 2 und 3 dargestellten, dem Stand der Technik entsprechenden Ausgestaltungen des Druckstutzens 122 muss das Einschrauben des Sensors 110 in die Wand des Messraums, beispielsweise des Rails, in der Regel aufgrund der hohen, abzudichtenden Drücke mit einem großen Anzugsmoment erfolgen. Dabei wird der gesamte Druckstutzen 122, ausgehend von den Gewindeflanken des Gewindes 134, verspannt und verformt. Diese Verformungen können sich bis hin zum Sensorelement 126 und insbesondere bis hin zur Messbrücke 136 erstrecken und sich im Sensorsignal beispielsweise als Offset auswirken und die Genauigkeit des Sensors 110 verschlechtern. Um den Offset beim Einschrauben möglichst gering zu halten, werden bei bisherigen Sensoren 110 die Durchmesser des Sensorelements 126 möglichst klein gehalten, und die gesamte Bauhöhe des Sensors 110 und insbesondere des Druckstutzens 122 entlang seiner Achse 148 möglichst hoch gewählt. Der restliche Aufbau des Sensors 110, beispielsweise des Schaltungsträgers 118, eines Gehäusebodens oder ähnlicher Bauelemente, setzen hierbei allerdings Grenzen.In the in the 2 and 3 illustrated, the prior art embodiments of the pressure nozzle 122 must be screwing in the sensor 110 into the wall of the measuring space, for example the rail, usually due to the high, sealed pressures with a large tightening torque done. This is the entire discharge nozzle 122 , starting from the thread flanks of the thread 134 , tense and deformed. These deformations can extend all the way to the sensor element 126 and especially to the measuring bridge 136 extend and affect the sensor signal, for example, as an offset and the accuracy of the sensor 110 deteriorate. In order to keep the offset as low as possible when screwing in previous sensors 110 the diameter of the sensor element 126 kept as small as possible, and the overall height of the sensor 110 and in particular the pressure port 122 along its axis 148 as high as possible. The remaining structure of the sensor 110 , For example, the circuit substrate 118 , a housing bottom or similar components, but this set limits.

In den 4 bis 6 sind verschiedene Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Druckstutzen 122 gezeigt, welche anstelle der bekannten Druckstutzen in den 2 und 3 in Sensoren 110, beispielsweise gemäß 1, eingesetzt werden können. Diese sind zunächst grundsätzlich ähnlich zu den Druckstutzen in den 2 und 3 ausgebildet. Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen weisen jedoch den Vorteil auf, dass der Einfluss einer Verspannung beim Einschrauben reduziert wird, wodurch die Sensorgenauigkeit des Sensors 110 verbessert wird. Dies erfolgt dadurch, dass der Druckstutzen 122 in dem Sensorkörper 124, welcher beispielsweise wieder als Gewindestück 130 ausgestaltet sein kann, mindestens ein Entkopplungselement 150 aufweist. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist dieses Entkopplungselement 150 als Freistich 152 oder Ringspalt 154 ausgebildet, welcher sich von der Gegenseite 144 her ins Innere des Sensorkörpers 124 hinein erstreckt und auf einem Entkopplungsabschnitt 156 eine Kanalwand 158 des Zuführkanals 138 ringförmig und koaxial zur Achse 148 umschließt. Dementsprechend ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen das Entkopplungselement 150 zwischen der Kanalwand 158 in dem Entkopplungsabschnitt 156 und einem Verbindungsteil 160 mit dem Verbindungselement 132 angeordnet.In the 4 to 6 are different embodiments of inventive pressure nozzle 122 shown, which instead of the known discharge nozzle in the 2 and 3 in sensors 110 , for example, according to 1 , can be used. These are initially basically similar to the discharge nozzle in the 2 and 3 educated. However, the embodiments according to the invention have the advantage that the influence of a tension when screwing is reduced, whereby the sensor accuracy of the sensor 110 is improved. This is done by the pressure port 122 in the sensor body 124 , which, for example, again as a threaded piece 130 can be configured, at least one decoupling element 150 having. In the illustrated embodiments, this decoupling element 150 as an underdog 152 or annular gap 154 trained, which from the opposite side 144 into the interior of the sensor body 124 extends into and on a decoupling section 156 a canal wall 158 of the feed channel 138 annular and coaxial with the axis 148 encloses. Accordingly, in the illustrated embodiments, the decoupling element 150 between the canal wall 158 in the decoupling section 156 and a connecting part 160 with the connecting element 132 arranged.

Das Entkopplungselement 150, insbesondere der Freistich 152, kann beispielsweise umlaufend innerhalb des Druckstutzens 122 zwischen dem Zuführkanal 138, welcher beispielsweise als Druckbohrung ausgestaltet sein kann, und dem Verbindungsteil 160, insbesondere den Gewindeflanken des Gewindes 134, ausgebildet sein. Der Freistich 152 bzw. das Entkopplungselement 150 können insbesondere, wie in den Figuren gezeigt, auf der Gegenseite 144, also auf der Seite des Sensorelements 126 mit der Messbrücke 136, geöffnet sein. Das Entkopplungselement 150, insbesondere der Freistich 152, entkoppelt bereits bei geringer Tiefe die Verformung an den Gewindeflanken des Gewindes 134 von dem Sensorelement 126, insbesondere der Messbrücke 136. Je tiefer der Freistich 152 ausgebildet wird, desto höher ist die Entkopplungswirkung. In 4 sind symbolisch Dehnungen, welche beispielsweise bei einer Verschraubung auftreten können, mit den Bezugsziffern 162 bezeichnet. Diese werden durch das Entkopplungselement 150 von dem Sensorelement 126 vollständig oder zumindest teilweise entkoppelt. Alternativ oder zusätzlich zu Dehnungen können jedoch auch andere Arten mechanischer Belastungen auftreten. Die Breite des Freistichs 152, senkrecht zur Achse 148, und dessen genaue Lage, also beispielsweise der Durchmesser des Ringspalts 154, sind dabei in der Regel von sekundärer Bedeutung.The decoupling element 150 , especially the underdog 152 , for example, can circulate within the discharge nozzle 122 between the feed channel 138 , which may be configured for example as a pressure hole, and the connecting part 160 , in particular the thread flanks of the thread 134 be trained. The underdog 152 or the decoupling element 150 can in particular, as shown in the figures, on the opposite side 144 , ie on the side of the sensor element 126 with the measuring bridge 136 , to be open. The decoupling element 150 , especially the underdog 152 , decouples even at a shallow depth, the deformation of the thread flanks of the thread 134 from the sensor element 126 , in particular the measuring bridge 136 , The deeper the underdog 152 is formed, the higher the decoupling effect. In 4 are symbolic strains, which may occur, for example, in a screw with the reference numerals 162 designated. These are provided by the decoupling element 150 from the sensor element 126 completely or at least partially decoupled. Alternatively or in addition to strains, however, other types of mechanical loads may occur. The width of the undercut 152 , perpendicular to the axis 148 , And its exact location, so for example the diameter of the annular gap 154 , are usually of secondary importance.

Die Ausführungsbeispiele in den 4 bis 6 unterscheiden sich im Wesentlichen in der Ausgestaltung und Anordnung des Sensorelements 126. So stellt 4 ein Ausführungsbeispiel dar, in welchem das Sensorelement 126 als separates Sensorelement ausgebildet ist. Das Sensorelement 126 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit der Kanalwand 158 des Zuführkanals 138 verbunden, beispielsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung wie z. B. eine Schweißverbindung 146. Das Sensorelement 126 kann, wie in 4 dargestellt, auf der Gegenseite 144 über den Sensorkörper 124 hinausragen, kann jedoch auch ins Innere des Sensorkörpers 124 hinein zurückversetzt sein oder bündig mit der Gegenseite 144 abschließen.The embodiments in the 4 to 6 differ essentially in the design and arrangement of the sensor element 126 , This is how it works 4 an embodiment in which the sensor element 126 is designed as a separate sensor element. The sensor element 126 is in this embodiment with the channel wall 158 of the feed channel 138 connected, for example, by a cohesive connection such. B. a welded joint 146 , The sensor element 126 can, as in 4 shown on the opposite side 144 over the sensor body 124 can protrude, but also into the interior of the sensor body 124 be set back in or flush with the other side 144 to lock.

Alternativ oder zusätzlich zu der Ausgestaltung des Sensorelements als separates Sensorelement 126 gemäß 4 kann das Sensorelement 126 jedoch auch ganz oder teilweise einstückig mit dem Sensorkörper 124, insbesondere der Kanalwand 158, ausgebildet sein. Dies ist in den 5 und 6 gezeigt. In diesem Fall kann die Messbrücke 136 beispielsweise einstückig mit der Kanalwand 158 ausgebildet sein und den Zuführkanal 138 auf der Gegenseite 144 verschließen. Zusätzlich können weitere Bestandteile des Sensorelements 126 auf die Messbrücke 136 aufgebracht sein, beispielsweise piezoresistive Elemente. Während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 das Sensorelement 126 auf der Gegenseite 144 über den Sensorkörper 124 hinausragt, zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß 6, dass auch ein bündiges Abschließen möglich ist, oder (nicht dargestellt) auch wiederum eine zurückversetzte Ausgestaltung, bei welcher das Sensorelement 126 ins Innere des Sensorkörpers 124 zurückversetzt ist. Durch das Entkopplungselement 150 und insbesondere den Freistich 152 ist es ohne einen extremen Offset beim Verschrauben auch möglich, analog zu 6, die Messbrücke 136 plan zur oberen Fläche auf der Gegenseite 144 des Druckstutzens 122 auszubilden.Alternatively or in addition to the configuration of the sensor element as a separate sensor element 126 according to 4 can the sensor element 126 but also in whole or in part in one piece with the sensor body 124 , in particular the channel wall 158 be trained. This is in the 5 and 6 shown. In this case, the measuring bridge 136 for example, in one piece with the channel wall 158 be formed and the feed channel 138 on the opposite side 144 close. In addition, further components of the sensor element 126 on the measuring bridge 136 be applied, such as piezoresistive elements. While in the embodiment according to 5 the sensor element 126 on the opposite side 144 over the sensor body 124 protrudes, shows the embodiment according to 6 in that a flush closure is also possible, or (again not shown) also a set-back configuration, in which the sensor element 126 inside the sensor body 124 is set back. By the decoupling element 150 and especially the underdog 152 It is also possible without an extreme offset when screwing, analogous to 6 , the measuring bridge 136 plan to the upper surface on the opposite side 144 of the pressure nozzle 122 train.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007042789 A1 [0002]
DE 10332284 A1 [0003, 0005, 0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Robert Bosch GmbH: Sensors in the motor vehicle, edition 2007, pages 128-130 [0001]
Robert Bosch GmbH: Sensors in the motor vehicle, edition 2007, pages 128-130 [0006]

Claims

Sensor ( 110 ) for detecting at least one property of a fluid medium, in particular a pressure, comprising a sensor body ( 124 ), wherein the sensor body ( 124 ) is arranged to be introduced into a wall of a measuring space and wherein the sensor body ( 124 ) at least one connecting element ( 132 ) for connection to the wall, wherein the sensor ( 110 ) at least one sensor element ( 126 ) for detecting the property, wherein in the sensor body ( 124 ) at least one feed channel ( 138 ) for supplying the fluid medium to the sensor element ( 126 ), wherein in the sensor body ( 124 ) at least one decoupling element ( 150 ) for shielding at the connection of the sensor body ( 124 ) occurring with the wall mechanical loads from the feed channel ( 138 ) and / or the sensor element ( 126 ) is arranged.

Sensor ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the decoupling element ( 150 ) at least one in the sensor body ( 124 ) arranged cavity, in particular at least one undercut ( 152 ).

Sensor ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the feed channel ( 138 ) a channel wall ( 158 ), wherein the decoupling element ( 150 ) the channel wall ( 158 ) at least in a decoupling section ( 156 ) of the feed channel ( 138 ) encloses annularly.

Sensor ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the decoupling element ( 150 ) between the connecting element ( 132 ) and the feed channel ( 138 ) is arranged.

Sensor ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor body ( 124 ) an impinging side of the fluid medium ( 140 ) and a remote from the fluid medium opposite side ( 144 ), wherein the feed channel ( 138 ) from the admission side ( 140 ) towards the opposite side ( 144 ) and wherein the sensor element ( 126 ) on the other side ( 144 ) with a channel wall ( 158 ) of the feed channel ( 138 ) connected is.

Sensor ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor body ( 124 ) at least one connecting part ( 160 ) with the connecting element ( 132 ) and at least one channel wall ( 158 ) of the feed channel ( 138 ), wherein the connecting part ( 160 ) the channel wall ( 158 ) in at least one decoupling section ( 156 ), wherein the decoupling element ( 150 ) in the decoupling section ( 156 ) between the connecting part ( 160 ) and the channel wall ( 158 ) is arranged.

Sensor ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the connecting part ( 160 ) and the channel wall ( 158 ) are integrally formed.

Sensor ( 110 ) according to one of the two preceding claims, wherein the sensor element ( 126 ) in the decoupling section ( 156 ) with the channel wall ( 158 ) connected is.

Sensor ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor body ( 124 ) is integrally formed.

Sensor ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the connecting element ( 132 ) a thread ( 134 ), in particular a pressure-tight thread.

Using the sensor ( 110 ) according to one of the preceding claims as a rail pressure sensor in a manifold of a common rail system.