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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Druckdetektor zur Erfassung des Druckes eines Fluides, das durch das Innere eines Strömungsdurchgangs fließt.
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Bisher werden bspw. in Produktionsprozessen für die Herstellung von Halbleitern oder dergleichen Flüssigkeiten eingesetzt, die aus Chemikalien und reinem Wasser oder dergleichen bestehen. Ein Druckdetektor ist an Rohrleitungen angeschlossen, durch welche diese Flüssigkeiten strömen, wobei die Messung des Drucks der Flüssigkeit, die durch das Innere der Leitungen fließt, mittels des Druckdetektors durchgeführt wird.
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Ein solcher Druckdetektor ist bspw. in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
JP H11-512 827 A beschrieben und umfasst eine scheibenförmige Membran, die zwischen einem intern vorgesehenen Drucksensor, welcher an einen von einer korrosiven Flüssigkeit durchströmten Fluidkreislauf angeschlossen ist, und einem Öffnungsabschnitt, in welchen die korrosive Flüssigkeit einströmt, vorgesehen ist. Hierdurch wird der Drucksensor von der korrosiven Flüssigkeit getrennt und ein direkter Kontakt mit dieser wird vermieden. In diesem Fall wird ein Fluiddruck, der über die Scheibenmembran übertragen wird, durch den Drucksensor erfasst.
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Außerdem ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
JP H09-166 512 A ein Fluiddrucksensor beschrieben, bei dem der Drucksensor in ein Leitungsfitting eingebaut ist und durch eine Membran von dem Fluid getrennt wird. Die Membran ist zwischen dem Drucksensor und einem Strömungsdurchgang, durch welchen das Druckfluid fließt, angeordnet.
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Schließlich beschreibt die japanische Patentoffenlegungsschrift
JP 2005-207946 A einen Drucksensor mit einer zurückgesetzten oberen Fläche, die an einem mittleren Bereich eines Strömungsdurchgangs angeordnet ist, der einen stromaufwärtsseitigen Verbindungsanschluss mit einem stromabwärtsseitigen Verbindungsabschluss verbindet. Die Fluiddruckmessung wird durchgeführt, indem die Druckaufnahmefläche eines Sensorgrundkörpers so angeordnet wird, dass sie einer Öffnung des Strömungsdurchgangs zugewandt ist, die sich an einem oberen Abschnitt der zurückgesetzten oberen Fläche öffnet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Bei dem in dem Dokument
JP H11-512 827 A beschriebenen Stand der Technik ist allerdings die scheibenförmige Membran an einer gegenüber dem Öffnungsabschnitt, durch welchen die korrosive Flüssigkeit strömt, nach oben versetzten Position angeordnet. Hierdurch wird ein Totraum zwischen dem Öffnungsabschnitt und der Membran gebildet. Ähnlich wird bei dem Stand der Technik gemäß der
JP H09-166 512 A zwischen der Membran und dem Strömungsdurchgang ein Totraum gebildet. Aufgrund dieser Toträume wird eine gleichmäßige Strömung des Fluides behindert, so dass die Befürchtung besteht, dass es zu Flüssigkeitsansammlungen oder der Zurückhaltung von Schmutz oder dergleichen innerhalb des Totraumes kommt. Wenn ein solcher Drucksensor zum Messen des Drucks eines Fluides, bspw. hochreinem Wasser oder dergleichen, das in einem Halbleiterherstellungsprozess verwendet wird, eingesetzt wird, können sich in dem Totraum Bakterien oder dergleichen entwickeln. Außerdem kommt es leicht dazu, dass Luftbläschen (Luft) in dem Totraum haften, so dass es zu einer Luftansammlung durch die Luftbläschen kommen kann. Dann kann keine hochpräzise Druckmessung mehr erfolgen.
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Bei dem Stand der Technik gemäß der
JP 2005-207946 A ist andererseits zur Vermeidung der oben beschriebenen Toträume ein bergförmiger gekrümmter Abschnitt in dem Zentrum des Strömungsdurchgangs ausgebildet. Da aber durch den gekrümmten Abschnitt ein Strömungswiderstand erzeugt wird, besteht die Gefahr einer Erhöhung des Druckverlustes, so dass keine ausreichende Strömungsrate mehr gewährleistet werden kann.
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Das Dokument
EP 2 607 875 A1 offenbart einen Drucksensor mit einem Gehäuse und einen in dem Gehäuse angeordneten Kanal, durch den ein Fluid strömt. Ein Druckmittler überträgt einen Druck des den Kanal durchströmenden Fluids auf einen in dem Gehäuse eingebetteten Druckgeber.
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Das Dokument
DE 79 28 697 U1 offenbart ein Druckmessgerät. Ein Messelement besteht aus einem einstückigen, langgestreckten, insbesondere zylindrischen Stahlstab, der in einer entsprechend ausgebildeten Bohrung eines Gehäuses angeordnet ist. Der Stahlstab weist einen Stößel, einen Einspannteil und ein dazwischen liegendes Messteil auf, das in Bezug auf eine Längsachse des Stabes diametral einander gegenüber liegende Dehnungsmessstreifen trägt. Ein freies Stirnende des Stößels schließt bündig mit einer entsprechenden Stirnfläche des Gehäuses ab und stellt eine definierte Messfläche dar. Es ist einem zu messenden Druck eines Materials ausgesetzt, welches in einem zwischen zwei Wänden gebildeten Kanal strömt. Eine beidseitige, asymmetrische, langestreckte Schwächungszone dient als Messteil. Wenn der Stößel innerhalb der Gehäusebohrung unter dem Druck verschoben wird, staucht oder dehnt sich die Schwächungszone entsprechend. Diese Verformung wird auch auf die Dehnungsmessstreifen übertragen.
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Ein Druckwandlermodul des Dokuments
US 5,869,766 A umfasst ein Gehäuse, als Einlass und Auslass dienende Druckanschlüsse und eine Kappe. Eine sich durch das Gehäuse erstreckende Bohrung dient als Durchgang in einem Fluidströmungskreislauf. Ein dünnes, flexibles Polymerscheiben-Abtrennelement und ein Gehäuserand bilden eine hermetische Abdichtung. Ein becherförmiges Abstandselement ist oberhalb eines Drucksensors angeordnet und hält diesen flach gegen das Abtrennelement. Ein O-Ring ist zwischen dem Abstandselement und dem Abtrennelement angeordnet, wobei auf Grund seiner Elastomer-Eigenschaften die Kraft von dem Abstandselement übertragen wird, um den O-Ring gegen den ringförmigen Gehäuserand zu klemmen.
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Das Dokument
US 7,100,454 B2 bezieht sich auf einen Fluiddrucksensor zur Bestimmung eines Fluiddrucks in einer Strömung eines Fluids. Eine aus einem chemikalienbeständigen Element gefertigte Schutzplatte ist fest an einer Grundfläche eines Sensormoduls befestigt, um in Kontakt mit dem Fluid zu treten. Eine Öffnung eines Fluideinführungsabschnitts eines Gehäuseelements ist fluiddicht durch die Schutzplatte abgedichtet. Der Fluiddruck, der von dem durch einen Fluidkanal strömenden Fluid ausgeübt wird, wird von der Schutzplatte zu einer Oberfläche oder Grundfläche des Sensormoduls übertragen.
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Das Dokument
DE 40 134 03 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Erkennung der Innendruckverhältnisse in einer flexiblen Leitung. Eine Übertragungseinrichtung koppelt die Leitung wirkungsmäßig mit einem Drucksensor und umfasst eine stationäre Platte sowie eine bewegliche Platte, wobei die Leitung zwischen den beiden Platten eingespannt ist. Die bewegliche Platte ist an einer der Leitung abgewandten Seite mit einem Stößel verbunden, der einen kreisförmigen Querschnitt hat und an seinem freien Ende mit einem konvexen Kopf verbunden ist. Wenn ein Innendruck in der Leitung ansteigt, wölbt sich die Leitung nach außen und der Drucksensor wird über die bewegliche Platte und eine im wesentlichen punktförmige Auflage des Stößels an einer Fläche des Drucksensors betätigt.
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Eine weitere Druckwandlervorrichtung wird in dem Dokument
US 5,993,395 A gelehrt. Ein Fluid-Einlassanschluss und ein Fluid-Auslassanschluss stehen in durchströmbarer Verbindung mit einer ersten Kammer in einer Kuppel. Die Kuppel beinhaltet ein druckübertragendes, aber elektrisch und biologisch isolierendes Gel. An einer ersten Seite steht das Gel in Kontakt mit einem Fluid, welches den Einlassanschluss und den Auslassanschluss sowie die erste Kammer ausfüllt. An einer zweiten Seite steht es in Kontakt mit einer Membran, welches eine zweite Kammer abdeckt. Die Membran überträgt hydraulische Drucksignale in die zweite Kammer und dann über ein druckübertragendes Medium zu einem Drucksensorchip in der zweiten Kammer.
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Außerdem ist bei allen oben beschriebenen bekannten Druckdetektoren der Abstand zwischen dem Strömungsdurchgang, durch welchen das Fluid fließt, und dem Drucksensor selbst extrem gering. Da der Drucksensor lediglich durch eine scheibenförmige Membran oder ein Diaphragma oder dergleichen von dem Fluid getrennt ist, kann außerdem bspw. in dem Fall, dass sich die Temperatur des Fluids ändert, diese Änderung die Druckmessung durch den Drucksensor nachteilig beeinflussen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Druckdetektor vorzuschlagen, der Toträume, die eine gleichmäßige Fluidströmung verhindern, vermeidet und bei dem durch Verhinderung des Einflusses von Temperaturänderungen des Fluids eine hochgenaue Druckmessung durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die vorliegende Erfindung liegt im Wesentlichen in einem Drucksensor mit einem Körper, in dem ein Strömungsdurchgang ausgebildet ist, durch welchen ein Fluid strömt, einer in dem Körper vorgesehenen Sensorkammer, in der ein Drucksensor angeordnet ist, und einer Durchgangsöffnung, die sich von der Strömungsdurchgang zu der Sensorkammer erstreckt. In der Durchgangsöffnung ist ein Druckübertragungskörper angeordnet und in einer axialen Richtung in der Durchgangsöffnung verschiebbar, so dass der Druckübertragungskörper den Druck des Fluids auf den Drucksensor übertragen kann. Ein Ende des Druckübertragungskörpers erstreckt sich in der Durchgangsöffnung zu einem Ende an der Seite des Strömungsdurchgangs, so dass dieses eine Ende immer dem Fluid ausgesetzt ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Druckübertragungskörper in dem Druckdetektor verschiebbar in der Durchgangsöffnung angeordnet, welche den Strömungsdurchgang, durch welchen das Fluid fließt, und die Sensorkammer, in welchem der Drucksensor angeordnet ist, verbindet. Außerdem erstreckt sich ein Ende des Druckübertragungskörpers in der Durchgangsöffnung zu einem Ende an der Seite des Strömungsdurchgangs, und dieses eine Ende ist immer dem Fluid ausgesetzt. Dadurch kann die Bildung eines Totraums in der Durchgangsöffnung verhindert werden und die Ansammlung von Flüssigkeit oder die Erzeugung von Luftbläschen durch einen solchen Totraum kann zuverlässig vermieden werden. Dadurch kann die Druckerfassung mit hoher Präzision durchgeführt werden. Da der Drucksensor an einer von dem Fluid beabstandeten Stelle angeordnet ist, kann außerdem eine Verschlechterung der Detektionsgenauigkeit des Drucksensors durch die Temperatur des Fluides vermieden werden, so dass der Druck mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann.
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Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Schnitt durch einen Druckdetektor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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2 ist eine von oben gesehene perspektivische Ansicht eines stangenförmigen Elementes und eines Dichtelementes in dem Druckdetektor gemäß 1,
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3 ist ein vergrößerter Schnitt, der einen Bereich C in der Umgebung einer Außenkante des Dichtelements bei dem Druckdetektor gemäß 1 zeigt,
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4 ist ein vergrößerter Schnitt, der einen Bereich D in der Umgebung eines Kopfes des stangenförmigen Elementes bei dem Druckdetektor gemäß 1 zeigt,
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5 ist ein Schnitt durch einen Druckdetektor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
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6 ist ein Schnitt durch einen Druckdetektor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Wie in den 1 bis 4 gezeigt ist, umfasst der Druckdetektor einen Körper 16 mit ersten und zweiten Anschlussöffnungen 12, 14, durch welche ein Druckfluid zugeführt und abgeführt wird, einen Drucksensor 18, der an einem oberen Teil des Körpers 16 angeordnet ist, und ein Deckelelement 20, das den oberen Teil des Körpers 16 verschließt und blockiert. Als das oben genannte Druckfluid kann bspw. eine chemische Flüssigkeit oder reines Wasser verwendet werden, wie sie bei der Halbleiterherstellung Einsatz finden.
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Der Körper 16 besteht bspw. aus einem Harz oder Kunststoffmaterial. Der erste Anschluss 12 öffnet sich an einer Seite des Körpers 16, und der zweite Anschluss 14 öffnet sich an einer anderen Seite des Körpers 16. Die ersten und zweiten Anschlüsse 12, 14 öffnen sich horizontal. In ihrer äußeren Umfangsflächen sind Gewinde 24 eingeschnitten, auf welche Befestigungselemente 22a, 22b aufgeschraubt sind.
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Nachdem Rohre, Schläuche oder dergleichen Leitungen 26 über den Außenumfang der ersten und zweiten Anschlüsse 12, 14 aufgeschoben wurden, werden die Leitungen 26 an den ersten und zweiten Anschlüssen 12, 14 befestigt, indem die zylindrischen Befestigungselemente 22a, 22b, durch welche die oben genannten Leitungen 26 eingesetzt wurden, auf die Gewinde 24 aufgeschraubt werden.
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Mit dem ersten Anschluss 12 ist über die Leitung 26 bspw. eine nicht dargestellte Druckfluidzufuhrquelle verbunden, während mit dem zweiten Anschluss 14 über die Leitung 26 eine separate Vorrichtung, die mit Druckfluid versorgt werden soll, verbunden ist.
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Zwischen dem ersten Anschluss 12 und dem zweiten Anschluss 14 ist ein gerader Strömungsdurchgang 28 ausgebildet, der die beiden Anschlüsse verbindet. Somit werden der erste Anschluss 12 und der zweite Anschluss 14 über den Strömungsdurchgang 28 miteinander verbunden.
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In dem Körper 16 ist außerdem eine Durchgangsöffnung 30 ausgebildet, die sich nach oben senkrecht zu dem Strömungsdurchgang 28 erstreckt und die in einem im Wesentlichen zentralen Abschnitt des Strömungsdurchgangs 28 ausgebildet ist. Ein stangenförmiges Element (Druckübertragungskörper) 32 ist verschiebbar in die Durchgangsöffnung 30 eingesetzt. Die Durchgangsöffnung 30 weist einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser in der axialen Richtung auf. Indem sie sich von dem Strömungsdurchgang 28 zu einer Sensorkammer 34, die an dem oberen Teil des Körpers 16 ausgebildet ist, erstreckt, wird zwischen dem Strömungsdurchgang 28 und der Sensorkammer 34 eine Verbindung hergestellt.
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Das stangenförmige Element 32 wird durch einen schaftförmigen Körper gebildet, der einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser aufweist und aus einem elastischen Harz- oder Kunststoffmaterial besteht. Das stangenförmige Element 32 ist verschiebbar in die Durchgangsöffnung 30 eingesetzt und umfasst einen schaftähnlichen Grundkörperabschnitt 36 und einen Kopf 38, der an einem oberen Teil des Grundkörperabschnitts 36 ausgebildet ist. Der Außendurchmesser des Grundkörperabschnitts 36 ist im Wesentlichen genauso groß wie der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 30, während der Durchmesser des Kopfes 38 scheibenförmig ausgestaltet ist und sich radial nach außen im Grundkörperabschnitt 36 erweitert.
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Die axiale Länge des Grundkörperabschnitts 36 ist so gewählt, dass sie etwas länger ist als die axiale Länge der Durchgangsöffnung 30, so dass das untere Ende des Grundkörperabschnitts 36 in einem Grenzbereich zwischen der Durchgangsöffnung 30 und dem Strömungsdurchgang 28 angeordnet ist. Dementsprechend wird im Inneren der Durchgangsöffnung 30 kein Totraum erzeugt, in den das Druckfluid einströmen könnte. Außerdem ist der obere Abschnitt des Kopfes 38 des stangenförmigen Elements 2 gekrümmt geformt und steht konvex nach oben vor.
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Außerdem kann als Material des stangenförmigen Elementes 32 ein Material verwendet werden, das gegenüber Wasser oder Chemikalien widerstandsfähig ist und auf die Art des Druckfluids, das durch den Strömungsdurchgang 38 fließt, abgestimmt ist.
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Die Sensorkammer 34 weist einen Boden auf und öffnet sich nach oben. An ihrem Boden ist ein Dichtungsbefestigungsabschnitt 40 ausgebildet, der zu der Seite des Strömungsdurchgangs 28 zurückgesetzt ist. Ein bspw. aus einem elastischen Material hergestelltes Dichtelement 42 ist in dem Dichtungsbefestigungsabschnitt 40 angebracht.
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Das Dichtelement 42 besteht aus einem elastischen Material, wie Gummi oder dergleichen, und umfasst einen ringförmigen Basisabschnitt 44, einen Außenkantenabschnitt 46, der an einer äußeren Umfangsseite des Basisabschnitts 44 ausgebildet ist und senkrecht von dem Basisabschnitt 44 vorsteht, und einen dünnen, filmförmigen Mantelabschnitt 48, der sich radial nach innen von dem Basisabschnitt 44 erstreckt. Das Dichtelement 42 kann aus einem elastischen ®Material, wie Teflon oder dergleichen hergestellt sein.
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Der Basisabschnitt 44 ist bspw. als eine flache Platte mit einer bestimmten Dicke ausgebildet. Der Basisabschnitt 44 liegt an einer Bodenfläche des Dichtungsbefestigungsabschnitts 40 an, während der Drucksensor 18 an der oberen Fläche des Basisabschnitts 44 anliegt. Im Einzelnen wird der Basisabschnitt 44 zwischen dem Drucksensor 18 und dem Dichtungsbefestigungsabschnitt 40 fest gehalten.
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Außerdem steht, wie in 3 gezeigt ist, ein erster Vorsprung (ringförmiger Vorsprung) 50, der einen halbkreisförmigen Querschnitt hat, nach unten von der unteren Fläche des Basisabschnitts 44 vor und liegt an der Bodenfläche des Dichtungsbefestigungsabschnitts 40 an. Somit wird mittels des ersten Vorsprungs 50 eine Leckage von Druckfluid zwischen dem Körper 16 und dem Basisabschnitt 44 des Dichtelements 42 verhindert.
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Der Außenkantenabschnitt 46 ist in eine Ringnut 51 eingesetzt, die in dem Dichtungsbefestigungsabschnitt 40 ausgebildet ist. An der äußeren Umfangsfläche des Außenkantenabschnitts 46 ist ein Paar zweiter Vorsprünge (ringförmige Vorsprünge) 52a, 52b ausgebildet und liegt an der Wandfläche der Ringnut 51 an. Die zweiten Vorsprünge 52a, 52b haben bspw. einen halbkreisförmigen Querschnitt und stehen radial nach außen von der äußeren Umfangsfläche des Außenkantenabschnitts 46 vor. Sie sind voneinander beabstandet. Durch Anlage der zweiten Vorsprünge 52a, 52b an der Ringnut 51 wird ein Durchtritt des Druckfluids zwischen der Ringnut 51 und dem Außenkantenabschnitt 46 des Dichtelements 42 zu der Seite der Druckkammer 34 verhindert.
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In dem Zentrum des Mantelabschnitts 48 ist ein Loch 53 (vgl. 4) ausgebildet, durch welches das stangenförmige Element 32 eingesetzt ist. Außerdem ist in einem Zustand, in welchem das Dichtelement 42 an dem Dichtungsbefestigungsabschnitt 40 angebracht ist, der Außenkantenabschnitt 46 über einen später beschriebenen Halter 54 an dem Körper 16 befestigt. Der Mantelabschnitt 8 wird dadurch gehalten, dass er zwischen dem Kopf 38 des stangenförmigen Elements 32 und dem Körper 16 geklemmt wird.
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Außerdem ist, wie in 4 gezeigt ist, in der Umgebung des Loches 53 in dem Mantelabschnitt 48 ein ringförmiger dritter Vorsprung (ringförmiger Vorsprung) 56 ausgebildet, der von der unteren Fläche nach unten vorsteht. Ein ringförmiger Vorsprung (ringförmiger Vorsprung) 58 steht von der oberen Fläche des Mantelabschnitts 48 nach oben vor. Außerdem liegt der dritte Vorsprung 56 an dem Dichtungsbefestigungsabschnitt 50 des Körpers 16 an, so dass eine Leckage von Druckfluid zwischen dem Dichtungsbefestigungsabschnitt 40 und dem Mantelabschnitt 48 vermieden wird. Andererseits wird durch Anlage des vierten Abschnitts 58 an dem Kopf 38 des stangenförmigen Elements 32 die Leckage von Druckfluid zwischen dem Mantelabschnitt 48 und dem Kopf 38 verhindert.
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Der Drucksensor 18 kann bspw. eine Druckkraft, die von außen wirkt, in ein elektrisches Signal umwandeln und das elektrische Signal ausgeben. Der Drucksensor 18 ist mit einem Sensorelement 60 ausgestattet, das in der Sensorkammer 34 an oberen Abschnitten des Dichtelements 42 und des stangenförmigen Elements 32 angeordnet ist, sowie mit Anschlüssen 62, die mit dem Sensorelement 60 verbunden sind. Die Anschlüsse 62 sind außerdem elektrisch mit einer Schaltplatine 64 verbunden. Ein Leitungsdraht ist mit der Schaltplatine 64 verbunden, um von dem Drucksensor 18 erfasste Druckwerte nach außen auszugeben.
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Das Sensorelement 60 ist so angeordnet, dass der Kopf 38 des stangenförmigen Elements 32 an einem zentralen Abschnitt von dessen unterer Fläche anliegt, die als eine Druckaufnahmefläche zur Aufnahme einer Druckkraft dient. Der Basisabschnitt 44 des Dichtelements 42 liegt dagegen an einem Umfangsabschnitt des Sensorelements 60 an. Außerdem ist das Sensorelement 60 im Inneren der Sensorkammer 34 über einen Halter 54 befestigt, an welchem die Schaltplatine 64 über Bolzen 66 angebracht ist.
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Das Deckelelement 20 ist mit einem oberen Teil des Körpers 16 so verbunden, dass es die Sensorkammer 34 abdeckt und verschließt. Das Deckelelement 20 weist in seinem zentralen Abschnitt eine Herausführungsöffnung 68 auf, durch welche der Leitungsdraht 74 eingesetzt wird. Durch Einsetzen des Leitungsdrahtes 74 durch die Herausführungsöffnung 68 und durch Befestigen einer Mutter 72 mit einem Presselement 70 wird der Leitungsdraht 74 an dem Deckelelement 20 befestigt.
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Der Druckdetektor 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Als nächstes werden die Betriebsweise und Vorteile des Drucksensors 10 erläutert.
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Zunächst wird in einem Ursprungszustand, in dem kein Druckfluid durch den Strömungsdurchgang 28 des Körpers 16 strömt, das stangenförmige Element 32 nicht zu der Seite des Drucksensors 18 gedrückt und verschoben, da von dem Druckfluid keine Druckkraft auf das untere Ende des stangenförmigen Elements 32 ausgeübt wird. Der Drucksensor 18 ist in einem Zustand, in dem er durch den Kopf 38 nicht mit Druck beaufschlagt wird. Dementsprechend wird durch den Drucksensor 18 kein Druck erfasst.
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Wenn als nächstes dem ersten Anschluss 12 an der stromaufwärtsseitigen Seite ein Druckfluid zugeführt wird und das Druckfluid durch den Strömungsdurchgang 28 hindurchtritt und zu dem zweiten Anschluss 14 strömt, wird als Folge des Drucks des Druckfluids innerhalb des Strömungsdurchgangs 28 das untere Ende des stangenförmigen Elements 32 nach oben gepresst, und das stangenförmige Element 32 wird in einer axialen Richtung entlang der Durchgangsöffnung 30 komprimiert. Als Folge hiervon wird das Sensorelement 60 des Drucksensors 18 durch den Kopf 38 des stangenförmigen Elements 32 mit Druck beaufschlagt, und auf der Basis der Druckkraft wird durch das Sensorelement 60 ein elektrisches Signal über die Anschlüsse 62 zu der Schaltplatine 64 ausgegeben. Hierdurch wird der Druck des Druckfluides in dem Drucksensor 18 erfasst und über den Leitungsdraht 74 nach außen ausgegeben.
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Umgekehrt wird ausgehend von dem oben beschriebenen Zustand in dem Fall einer Verringerung des Drucks des Druckfluides die von dem Fluid gegen das stangenförmige Element 32 ausgeübte Druckkraft verringert. Mit dieser Verringerung wird der nach oben komprimierte Zustand des stangenförmigen Elements 32 freigegeben und die Druckkraft auf den Drucksensor 18 wird verringert. Das elektrische Signal auf der Basis der Druckkraft wird von dem Drucksensor 18 ausgegeben, wodurch feststellbar ist, dass der Druck des Druckfluides abgesunken ist.
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Im Einzelnen ist das stangenförmige Element 32 verschiebbar entlang der Durchgangsöffnung 30 angeordnet, wobei sein Verschiebungsweg dem Druck des in den Strömungsdurchgang 28 strömenden Druckfluides entspricht.
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Obwohl in diesem Fall das Druckfluid von dem Strömungsdurchgang 28 in einen Raum zwischen der äußeren Umfangsfläche des stangenförmigen Elements 32 und der Durchgangsöffnung 30 strömt, wird außerdem das Druckfluid daran gehindert, zu der Seite des Drucksensors 18 (in die Sensorkammer 34) zu strömen, weil das Dichtelement 42, das aus einem elastischen Material besteht, zwischen dem stangenförmigen Element 32 und dem Sensorelement 60 des Drucksensors 18 angeordnet ist.
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Da an dem Dichtelement 42 der erste Vorsprung 50 an dem Basisabschnitt 44, der an dem Körper 16 anliegt, vorgesehen ist, kann eine Leckage des Druckfluids zu der Seite der Ringnut 51 des Dichtungsbefestigungsabschnitts 40 verhindert werden. Da das Paar von zweiten Vorsprüngen 52a, 52b an dem Außenkantenabschnitt 46 vorgesehen ist, kann außerdem die Leckage von Druckfluid aus der Ringnut 51 zu der Seite der Sensorkammer 34 verhindert werden. Schließlich kann dadurch, dass die dritten und vierten Vorsprünge 56, 58 an der unteren Fläche bzw. der oberen Fläche des Mantelanschnitts 48 vorgesehen sind, auch eine Leckage von Druckfluid zwischen dem Dichtelement 42 und dem stangenförmigen Element 52 zu der Seite der Sensorkammer 34 verhindert werden.
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In der oben beschriebenen Weise ist bei der ersten Ausführungsform des Druckdetektors 10 das stangenförmige Element 32 verschiebbar in der Durchgangsöffnung 30 angeordnet, welcher die Sensorkammer 34, in der der Drucksensor 18 angeordnet ist, mit dem Strömungsdurchgang 28, durch den das Druckfluid strömt, verbindet. Außerdem ist das untere Ende des stangenförmigen Elements 32 so angeordnet, dass es sich zu dem Ende der Durchgangsöffnung 30 erstreckt. Da der Druck des Druckfluids über das stangenförmige Element 32 auf den Drucksensor 18 übertragen wird, kann dementsprechend durch Anordnen des stangenförmigen Elements 32 im Inneren der Durchgangsöffnung 30 die Bildung eines Totraums in der Durchgangsöffnung 30 vermieden werden. Als Folge hiervon kann die Ansammlung von Flüssigkeit oder das Auftreten von Bakterien oder die Erzeugung von Bläschen, die sich in dem Fall der Bildung eines Totraums als problematisch erwiesen haben, zuverlässig verhindert werden. Der Druck des Druckfluides kann mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
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Da das Sensorelement 60 des Drucksensors 18 in einem festgelegten Abstand von dem Strömungsdurchgang 28, durch welchen das Druckfluid fließt, angeordnet werden kann, kann außerdem das Absinken der Detektionsgenauigkeit des Drucksensors 18 aufgrund der Temperatur des Druckfluides verhindert werden. Auch dies stellt eine hochgenaue Druckerfassung sicher.
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Da das stangenförmige Element 32 so ausgestaltet ist, dass es den Druck des Druckfluids aufnimmt, muss außerdem das Dichtelement 42 den Druck nicht direkt aufnehmen, so dass eine Verringerung der Haltbarkeit, die bei einer übermäßigen Deformierung des Dichtelements 42 zu befürchten wäre, vermieden werden kann.
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Der Strömungsdurchgang 28 ist außerdem in einer geraden Linie entlang der axialen Richtung ausgebildet. Da im Gegensatz zu dem Druckdetektor gemäß dem Stand der Technik kein gekrümmter Abschnitt und kein Vorsprung in dem Strömungsdurchgang 28 vorgesehen werden müssen, kann das Druckfluid gleichmäßig strömen. Auch dadurch kann der Druck des Druckfluides noch zuverlässiger erfasst werden.
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Indem das stangenförmige Element 32, das in direktem Kontakt mit dem Druckfluid steht, und das Dichtelement 42, das nicht in direktem Kontakt mit dem Druckfluid steht, separat ausgestaltet sind, ist es außerdem möglich, das stangenförmige Element 32 und das Dichtelement 42 aus unterschiedlichen Materialien herzustellen. Bspw. in dem Fall, dass das Druckfluid eine chemische Flüssigkeit oder dergleichen ist, ist es somit lediglich erforderlich, das stangenförmige Element 32 aus einem chemisch resistenten Material herzustellen, während ®das Dichtelement 42 aus einem elastischen Material, bspw. Teflon oder dergleichen hergestellt werden kann.
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Da der Kopf 38 des stangenförmigen Elements 32 nach oben vorsteht und gekrümmt ist, kann das Sensorelement 60 des Drucksensors 18 durch einen zentralen Abschnitt des Kopfes 38 zuverlässig mit Druck beaufschlagt werden.
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Als nächstes wird ein Drucksensor 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform mit Bezug auf 5 erläutert. Diejenigen Aufbauelemente, die die gleichen sind wie bei dem Drucksensor 10 gemäß der ersten Ausführungsform, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Insoweit wird auf die obige Beschreibung verwiesen. Der Druckdetektor 100 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Druckdetektor 10 gemäß der ersten Ausführungsform dahingehend, dass ein Druckübertragungskörper 102 vorgesehen ist, bei dem das stangenförmige Element 32 und das Dichtelement 42 gemäß der ersten Ausführungsform einstückig ausgebildet sind.
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Wie in 5 gezeigt ist, ist der Druckdetektor 100 mit einem Druckübertragungskörper 102 ausgestattet. Der Drucküberragungskörper 102 umfasst ein stangenförmiges Element 104, welches den Druck des Druckfluids aufnimmt, und ein Dichtelement 106, welches einen flüssigkeitsdichten Zustand zwischen der Durchgangsöffnung 30 des Körpers 16 und der Sensorkammer 34 herstellt. Das Dichtelement 106 ist einstückig (integral) mit einem oberen Abschnitt des stangenförmigen Elements 104 ausgebildet. Außerdem ist das stangenförmige Element 104 verschiebbar in die Durchgangsöffnung 30 des Körpers 16 eingesetzt, während das Dichtelement 106 an dem in der Sensorkammer 34 ausgebildeten Dichtungsbefestigungsabschnitt 40 angebracht ist.
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Das stangenförmige Element 104 umfasst einen schaftähnlichen Grundkörperabschnitt 36. Wenn es in die Durchgangsöffnung 30 eingesetzt ist, ist sein unteres Ende so angeordnet, dass es dem Strömungsdurchgang 28 zugewandt ist. Andererseits ist mit einem oberen Teil des Grundkörperabschnitts 36 der Mantelabschnitt 48 des Dichtelements 106 verbunden. Im Hinblick auf den Aufbau des stangenförmigen Elements 104, das das gleiche ist wie das stangenförmige Element 32 des Druckdetektors 100 gemäß der ersten Ausführungsform, wird auf die obige detaillierte Beschreibung dieser Merkmale verwiesen.
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Der Mantelabschnitt 48 ist als dünner Film im Wesentlichen im Zentrum des Dichtelements 106 ausgebildet. Sein zentraler Abschnitt ist integral mit dem oberen Teil des stangenförmigen Elements 104 verbunden. Im Hinblick auf den Aufbau des Dichtelements 106, das das gleiche ist wie das Dichtelement 42 des Druckdetektors 10 gemäß der ersten Ausführungsform, wird auf die obige detaillierte Beschreibung dieser Merkmale verwiesen.
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Der Druckübertragungskörper 102, der durch das stangenförmige Element 104 und das Dichtelement 106 gebildet wird, besteht aus einem elastischen Harz ®oder Kunststoffmaterial, bspw. Polypropylen oder Teflon oder dergleichen. Das obere Ende des stangenförmigen Elements 104 liegt an dem Sensorelement 60 des Drucksensors 18 an.
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Indem ein Druckfluid durch den Strömungsdurchgang 28 des Körpers 16 geführt wird, wird außerdem das untere Ende des stangenförmigen Elements 104 an dem Druckübertragungskörper 102 durch den Druck des Druckfluids nach oben gepresst, und das stangenförmige Element 104 wird etwas entlang der Durchgangsöffnung 30 verschoben. Als Folge hiervon wird das Sensorelement 60 des Drucksensors 18 durch das stangenförmige Element 104 des Druckübertragungskörpers 102 mit Druck beaufschlagt, und auf der Basis der Druckkraft (Pressweg) wird durch das Sensorelement 60 über die Anschlüsse 63 ein elektrisches Signal an die Schaltplatine 64 ausgegeben. Somit wird der Druck des Druckfluids in dem Drucksensor 18 erfasst und über den Leitungsdraht 74 nach außen ausgegeben.
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Zu dieser Zeit wird in dem Druckübertragungskörper 102 der Mantelabschnitt 48 des Dichtelements 106 zusammen mit dem stangenförmigen Element 104 verschoben, wobei der Mantelabschnitt 48 deformiert wird, indem er sich flexibel um den Verbindungsbereich mit dem stangenförmigen Element 104 biegt.
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In der oben beschriebenen Weise wird bei dem Druckdetektor 100 gemäß der zweiten Ausführungsform das stangenförmige Element 104 des Druckübertragungskörpers 102 durch den Druck des Druckfluids, das durch den Strömungsdurchgang 28 des Körpers 16 strömt, mit Druck beaufschlagt. Hierdurch wird das Sensorelement 60 des Drucksensors 18 durch den oberen Endabschnitt des stangenförmigen Elements 104 gepresst, und der Druck des Druckfluids wird erfasst. Durch Einsetzen des stangenförmigen Elements 104 des Druckübertragungskörpers 102 in die Durchgangsöffnung 30 des Körpers 16 kann die Erzeugung eines Totraums in der Durchgangsöffnung 30 vermieden werden. Als Folge hiervon kann die Ansammlung von Flüssigkeit oder das Auftreten von Bakterien oder die Generierung von Bläschen, die im Fall der Bildung eines solchen Totraumes problematisch wären, zuverlässig vermieden werden. Der Druck des Druckfluides kann mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
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Durch Verwenden des Druckübertragungskörpers 102, bei welchem das stangenförmige Element 104 und das Dichtelement 106 integral miteinander ausgebildet sind, kann außerdem die Zahl der Teile verringert und deren Aufbau vereinfacht werden. Gleichzeitig kann die Zahl der Montageschritte reduziert werden.
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Da das Sensorelement 60 des Sensors 18 in einem festgelegten Abstand von dem Strömungsdurchgang 28, durch welchen das Druckfluid fließt, angeordnet werden kann, kann außerdem eine Verringerung der Detektionsgenauigkeit des Drucksensors 18 durch die Temperatur des Fluids vermieden werden. Auch dies unterstützt die sehr genaue Druckdetektion.
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Da das stangenförmige Element 104 des Druckübertragungskörpers 102 so ausgestaltet ist, dass es den Druck des Druckfluids aufnimmt, während das Dichtelement 106 den Druck nicht direkt aufnehmen muss, kann schließlich eine Verringerung der Haltbarkeit, die bei einer übermäßigen Deformation des Dichtelements zu befürchten wäre, vermieden werden.
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Als nächstes wird mit Bezug auf 6 ein Druckdetektor 120 gemäß einer dritten Ausführungsform erläutert. Diejenigen Aufbauelemente, die die gleichen sind wie bei dem Druckdetektor 10 gemäß der ersten Ausführungsform, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Insoweit wird auf die obige detaillierte Beschreibung dieser Merkmale verwiesen.
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Der Druckdetektor 120 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von den Druckdetektoren 10, 100 gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen dahingehend, dass ein Dichtelement 122 vorgesehen ist, das in seinem Zentrum kein Loch aufweist. Der Kopf 38 des stangenförmigen Elements 32 ist so angeordnet, dass er von unten an dem Zentrum des Dichtelements 122 anliegt.
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Wie in 6 gezeigt ist, umfasst der Druckdetektor 120 das stangenförmige Element 120, das in die Durchgangsöffnung 30 des Körpers 16 eingesetzt ist und einen Druck von dem Druckfluid aufnimmt, und ein Dichtelement 122, das den oberen Abschnitt des stangenförmigen Elements 32 abdeckt. Das Dichtelement 122 besteht bspw. aus einem elastischen Material, wie Gummi oder dergleichen, und umfasst einen Basisabschnitt 44, der ringförmig ausgestaltet ist, einen Außenkantenabschnitt 46, der an dem Außenumfang des Basisabschnitts 44 ausgebildet ist und senkrecht von dem Basisabschnitt 44 vorsteht, und einen dünnen, filmförmigen Mantelabschnitt 124, der sich radial nach innen von dem Basisabschnitt 44 erstreckt. Im Hinblick auf das stangenförmige Element 32, das den gleichen Aufbau hat, wie das oben beschriebene stangenförmige Element 32 des Druckdetektors 10 gemäß der ersten Ausführungsform, wird auf die entsprechende obige detaillierte Beschreibung dieser Merkmale verwiesen.
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Das Dichtelement 122 ist an dem Dichtungsbefestigungsabschnitt 40 des Körpers 16 derart angebracht, dass der Kopf 38 des stangenförmigen Elements 32, das in die Durchgangsöffnung 30 eingesetzt ist, an der unteren Fläche des Mantelabschnitts 124 des Dichtelements 122 anliegt.
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Wenn bei dem Druckdetektor 120, der in der oben beschriebenen Weise aufgebaut ist, ein Druckfluid durch den Strömungsdurchgang 28 des Körpers 16 strömt, wird das untere Ende des stangenförmigen Elementes 32 durch den Druck des Druckfluids nach oben gedrückt. Dadurch wird das stangenförmige Element 32 etwas entlang der Durchgangsöffnung 30 verschoben. Als Folge hiervon wird der Mantelabschnitt 124 des Dichtelements 122 nach oben gepresst und durch das untere Ende des stangenförmigen Elements 32 gebogen, wodurch das Sensorelement 60 des Drucksensors 18 mit Druck beaufschlagt wird. Auf der Basis der Druckkraft, die von dem stangenförmigen Element 32 und dem Dichtelement 122 aufgebracht wird, wird von dem Sensorelement 60 über die Anschlüsse 62 ein elektrisches Signal an die Schaltplatine 64 ausgegeben. Dadurch wird der Druck des Druckfluids in dem Drucksensor 18 erfasst und über den Leitungsdraht 74 nach außen ausgegeben.
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Bei dem Druckdetektor 120 gemäß der dritten Ausführungsform wird in der oben beschriebenen Weise das stangenförmige Element 32 durch den Druck des Druckfluids, das durch den Strömungsdurchgang 28 des Körpers 16 fließt, mit Druck beaufschlagt. Hierdurch wird das Sensorelement 60 des Drucksensors 18 über den Mantelabschnitt 124 des Dichtelements 122, das an dem oberen Ende des stangenförmigen Elements 32 anliegt, gepresst und dann wird der Druck des Druckfluids erfasst. Durch Einsetzen des stangenförmigen Elements 32 in die Durchgangsöffnung 30 des Körpers 16 kann die Bildung eines Totraums in der Durchgangsöffnung 30 vermieden werden. Als Folge hiervon können die Ansammlung von Flüssigkeit oder das Auftreten von Bakterien oder die Generierung von Bläschen, was bei der Bildung eines Totraums problematisch wäre, zuverlässig vermieden werden. Der Druck des Druckfluides kann mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
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Da das stangenförmige Element 32 und das Dichtelement 122 separat aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden können, kann die Montage des Druckdetektors 120 vereinfacht werden. Das stangenförmige Element 32 kann bspw. aus einem geeigneten Material entsprechend der Art des Druckfluids, das durch den Strömungsdurchgang 28 fließt, hergestellt werden.
