DE102014221287A1 - Optische Druckmesseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Druckmesseinrichtung (1) mit einem lichtemittierenden Element (L) zur Erzeugung eines Messstrahles (M), einer in einem Gehäuse (2) angeordneten Druckmembran (3), die mittels eines darauf ausgeübten Drucks (P) verformbar ist, und einer mit der Druckmembran (3) in Wirkverbindung stehenden und im Messstrahl (M) angeordneten optischen Reflexionsfläche (4.1), welche in Abhängigkeit der durch den auf die Druckmembran (3) ausgeübten Druck (P) einen Teil des Messstrahles (M) in Form eines Reflektionsstrahles (R) in einen optischen Messdetektor (D) reflektiert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Reflexionsfläche (4.1) von einer verformbaren optischen Membran (4) gebildet wird und zur Übertragung der Verformung der Druckmembran (3) auf die optische Membran (4) ein mit der optischen Membran (4) wirkverbundener Stößel (5) vorgesehen ist, welcher mit einem Ende an der Druckmembran (3) kraft-schlüssig anliegt. Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Lösung wird die Reflexionsfläche (4.1) von der Druckmembran (3) gebildet, zusätzlich zur Druckmembran (3) als erste Membran auf deren druckabgewandten Membranseite mit einem vorgegebenen Abstand (h1) zur ersten Membran (3) zumindest eine für den Messstrahl (M) transparente und druckverformbare zweite Membran (3.1) in dem Gehäuse angeordnet, wobei der Abstand (h1) derart bestimmt ist, dass bei einem vorgegebenen Druckbereich die zweite Membran (3.1) von der ersten Membran (3) druckbeaufschlagt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine optische Druckmesseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.
  • Eine gattungsbildende optische Druckmesseinrichtung ist aus der DE 10 2011 085 329 A1 bekannt, die in einem Hydraulikblock eines hydraulischen Kraftfahrzeugbremssystems angeordnet ist, um den Druck innerhalb des Kraftfahrzeugbremssystems zu bestimmen. Hierzu ist an einem Grundkörper eines in den Hydraulikblock integrierten Magnetventils eine Ventilhülse aus Federstahl mit einer verformbaren Druckmembran mittels einer Schweißverbindung angeordnet. Dieser Grundkörper weist einen Fluidzugang auf, so dass die Druckmembran direkt von dem innerhalb des Kraftfahrzeugbremssystems vorhandenen Druck beaufschlagt und in Abhängigkeit dieses Druckes verformt wird. Eine Leiterplatte mit einer Infrarot-Leuchtdiode und einer Infrarot-Fotodiode ist gegenüberliegend zur Druckmembran angeordnet. Die Infrarot-Leuchtdiode erzeugt einen Messstrahl, welcher auf eine von der Druckmembran gebildeten Reflexionsfläche auftrifft und zurück in die Infrarot-Fotodiode reflektiert wird. In Abhängigkeit der Verformung der Druckmembran und damit auch der Reflexionsfläche wird ein Teil des von der Infrarot-Leuchtdiode erzeugten Messstrahles von der Infrarot-Fotodiode detektiert.
  • Bei dieser bekannten optischen Druckmesseinrichtung wird die sich ändernde Konvexität der Membran direkt als Maß für den an der Druckmembran wirkenden Druck verwendet. Aufgrund von sich ändernden Reflexionseigenschaften der Membran, insbesondere bei über die Lebensdauer der Druckmesseinrichtung sich verändernden Materialeigenschaften ändert sich die Messgenauigkeit in nachteiliger Weise.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine optische Druckmesseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher eine hohe Messgenauigkeit erzielt wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine optische Druckmesseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
  • Eine solche Optische Druckmesseinrichtung mit einem lichtemittierenden Element zur Erzeugung eines Messstrahles, einer in einem Gehäuse angeordneten Druckmembran, die mittels eines darauf ausgeübten Drucks verformbar ist, und einer mit der Druckmembran in Wirkverbindung stehenden und im Messstrahl angeordneten optischen Reflexionsfläche, welche in Abhängigkeit der durch den auf die Druckmembran ausgeübten Druck einen Teil des Messstrahles in Form eines Reflektionsstrahles in einen optischen Messdetektor reflektiert, zeichnet sich nach der ersten Lösung erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Reflexionsfläche von einer optischen Membran gebildet wird, und zur Übertragung der Verformung der Druckmembran auf die optische Membran ein mit der optischen Membran wirkverbundener Stößel vorgesehen ist, welcher mit einem Ende an der Druckmembran kraftschlüssig anliegt.
  • Bei diesem erfindungsgemäßen Konzept gemäß der erstgenannten Lösung wird die Reflexionsfläche nicht von der Druckmembran selbst gebildet, sondern von einer separaten optischen Membran, die über einen Stößel mit der Druckmembran verbunden ist. Damit wird die von dem anliegenden und zu messenden Druck bewirkte Verformung der Druckmembran auf die optische Membran übertragen, die eine für den anliegenden Druck charakteristische Verformung aufweist, die dann mittels des an der Reflexionsfläche reflektierten Messstrahles detektiert wird. Damit kann die optische Membrane, welche im Gegensatz zur Druckmembran nicht druckdicht ausgebildet sein muss, hinsichtlich der Reflexionseigenschaften optimiert werden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der ersten erfindungsgemäßen Lösung ist ein in dem Gehäuse angeordneter Membranhalter mit einer Membrananlagefläche angeordnet, wobei die Membrananlagefläche im Querschnitt eine rechteckförmige Vertiefung aufweist und der außerhalb der Vertiefung liegende Bereich der Membrananlagefläche als Anlagesteg an der Druckmembran randseitig anliegt.
  • Damit wird bei hohen Druckspitzen des an der Druckmembran anliegenden Druckes erreicht, dass die Druckmembran sich in die rechteckförmige Vertiefung hineinwölbt und auf Anschlag an die Membrananlagefläche geht. Dadurch wird eine Überdehnung der Druckmembran verhindert.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß der erstgenannten Lösung ist vorgesehen, dass ein in dem Gehäuse angeordneter Membranhalter mit einer Membrananlagefläche angeordnet ist, ein die Membrananlagefläche umlaufender Anlagesteg vorgesehen ist, welcher an der Druckmembran randseitig anliegt und die Membrananlagefläche im Querschnitt eine Vertiefung mit einem zentralen Vertiefungsabschnitt und einem den zentralen Vertiefungsabschnitt umlaufenden randseitigen Vertiefungsabschnitt aufweist, wobei der zentrale Vertiefungsabschnitt im Querschnitt rechteckförmig ist und der randseitige Vertiefungsabschnitt stufenlos in den Anlagesteg und gestuft in den zentralen Vertiefungsabschnitt übergehend ausgebildet ist.
  • Dies hat zur Folge, dass sich bei zunehmendem Druck auf die Druckmembran diese sich zunehmend in diese Vertiefung hineinwölbt. Dabei kann die Tiefe der Vertiefung mit dem zentralen Vertiefungsabschnitt und dem randseitigen Vertiefungsabschnitt so dimensioniert werden, dass sich über einen ersten Druckbereich die Druckmembran nur in die Vertiefung, jedoch nicht in den zentralen Vertiefungsabschnitt hineinwölbt, und erst wenn der anliegende Druck diesen ersten Druckbereich überschreitet sich die Druckmembran auch in diesen zentralen Vertiefungsabschnitt hineinwölbt. Damit werden zwei Messbereiche geschaffen, die sich durch entsprechende Signalauflösungen unterscheiden. Somit zeigt der erste Messbereich eine hohe Signalauflösung, während der zweite Messbereich für die an den ersten Druckbereich sich anschließenden hohen Drücke eine niedrige Signalauflösung zeigt. Dies liegt an dem die Druckmembran in den zentralen Vertiefungsabschnitt hineinwölbenden, über dem ersten Druckbereich liegenden hohen Druck.
  • Eine weitere vorteilhafte erfindungsgemäße Ausgestaltung gemäß der erstgenannten Lösung ist dadurch gegeben, dass zusätzlich zur Druckmembran als erste Membran auf deren druckabgewandten Membranseite mit einem vorgegebenen Abstand zur ersten Membran zumindest eine zweite druckverformbare Membran in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der Abstand derart bestimmt ist, dass bei einem vorgegebenen Druckbereich die zweite Membran von der ersten Membran druckbeaufschlagt wird.
  • Mit einer solchen optischen Druckmesseinrichtung ist es möglich, verschiedene Messbereiche mit unterschiedlichen Messgenauigkeiten zu realisieren. Ein erster Messbereich ist dadurch gegeben, dass die Druckmembran nur bis zu einem Druck beaufschlagt wird, bei welchem die Druckmembran noch nicht in Kontakt mit der zweiten Membran kommt. Dieser niedrige Messbereich weist eine hohe Messgenauigkeit auf, wobei gleichzeitig die Hysterese sehr klein ist. Wenn der auf die Druckmembran wirkende Druck weiter erhöht wird, kommt die Druckmembran als erste Membran in Kontakt mit der zweiten Membran, die dadurch mit ansteigendem Druck ebenso verformt wird. Die Messgenauigkeit dieses Meßbereiches ist ebenfalls ausreichend, wobei jedoch eine Hysterese bereits deutlich erkennbar ist.
  • Wird gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung mit einem vorgegebenen Abstand zur zweiten Membran eine dritte druckverformbare Membran in dem Gehäuse angeordnet und der Abstand derart bestimmt, dass bei einem vorgegebenen Druckbereich die dritte Membran von der zweiten Membran druckbeaufschlagt wird, wird ein weiterer Messbereich realisiert, wenn der an der ersten Membran anliegende Druck so hoch ist, dass auch durch das Anlegen der zweiten Membran an der dritten Membran auch diese dritte Membran verformt wird.
  • Bei diesen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen mit zwei oder mehreren kaskadenartig angeordneten Membranen weisen die zur Druckmembran zusätzlichen Membranen zentrale Öffnungen auf, durch die der Stößel bis auf die Druckmembran als erste Membran anliegend geführt werden kann.
  • Dadurch dass die verformbare optische Membran nicht druckdicht ausgeführt werden muss, ist es möglich, diese Druckmembran hinsichtlich ihrer Funktion zu optimieren. Dies erfolgt weiterbildungsgemäß dadurch, dass die optische Membran mit wenigstens einem Membransegment ausgebildet ist, wobei der Stößel mit dem wenigstens einen Membransegment wirkverbunden ist.
  • So ist es gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Membransegment kreisförmig ausgebildet ist und das Membransegment an einem Randabschnitt mit der optischen Membran schwenkbeweglich verbunden ist. Vorzugsweise können dabei der Stößel im zentralen Bereich des Membransegmentes mit demselben kraftschlüssig verbunden werden.
  • Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß der erstgenannten Lösung ist die optische Membran zur Bildung der Membransegmente derart segmentiert, dass die Anzahl n der Membransegmente einer geradzahligen Drehsymmetrie mit der Achse des Stößels als Drehachse entspricht. Vorzugsweise sind hierbei die freien Enden der Membransegmente im zentralen Bereich der optischen Membran mit dem Stößel kraftschlüssig verbunden, während die dem freien Ende gegenüberliegenden Enden der Membransegmente mit der optischen Membran randseitig schwenkbeweglich verbunden sind. Solche Membransegmente werden durch den Stößel an einer zentralen Position der optischen Membran aufgeklappt.
  • Neben dieser zentralen Betätigung der Membransegmente der optischen Membran ist es auch möglich, diese exzentrisch zu betätigen. So ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß der erstgenannten Lösung vorgesehen, dass der Stößel mit einer beabstandet zur optischen Membran angeordneten Betätigungsscheibe verbunden ist und wenigstens ein Membransegment einen exzentrisch auf demselben angeordneten Betätigungspin aufweist, welcher kraftschlüssig mit der Betätigungsscheibe verbunden ist, so dass eine axiale Bewegung des Stößels über den Betätigungspin in eine Schwenkbewegung des Membransegmentes übertragen wird.
  • Die optische Druckmesseinrichtung gemäß der zweitgenannten Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass die Reflexionsfläche von der Druckmembran gebildet wird, zusätzlich zur Druckmembran als erste Membran auf deren druckabgewandten Membranseite mit einem vorgegebenen Abstand zur ersten Membran zumindest eine für den Messstrahl transparente und druckverformbare zweite Membran in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der Abstand derart bestimmt ist, dass bei einem vorgegebenen Druckbereich die zweite Membran von der ersten Membran druckbeaufschlagt wird. Diese erfindungsgemäße Druckmesseinrichtung ist mindestens mit zwei Druckmembranen ausgebildet, wobei lediglich die eigentliche Druckmembran, also die erste Membran druckdicht ausgeführt werden muss, jedoch nicht die zusätzliche Membran. Diese zusätzliche Membran ist transparent ausgebildet, so dass die Reflexionsfläche der Druckmembran weiterhin zur Detektion der Verformung mittels des Messstrahles verwendet werden kann. Damit ist für diese erfindungsgemäße Druckmesseinrichtung kein Stößel erforderlich.
  • Mit einer solchen optischen Druckmesseinrichtung mit mehreren Membranen ist es möglich, verschiedene Messbereiche mit unterschiedlichen Messgenauigkeit zu realisieren. Ein erster Messbereich ist dadurch gegeben, dass die Druckmembran nur bis zu einem Druck beaufschlagt wird, bei welchem die Druckmembran noch nicht in Kontakt mit der zweiten Membran kommt. Dieser niedrige Messbereich weist eine hohe Messgenauigkeit auf, wobei gleichzeitig die Hysterese sehr klein ist. Wenn der auf die Druckmembran wirkende Druck weiter erhöht wird, kommt die Druckmembran als erste Membran in Kontakt mit der zweiten Membran, die dadurch ebenso verformt wird. Die Messgenauigkeit dieses Meßbereiches ist ebenfalls ausreichend, wobei jedoch die Hysterese bereits deutlich erkennbar ist.
  • Wird gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung mit einem vorgegebenen Abstand zur zweiten Membran eine für den Messstrahl transparente dritte druckverformbare Membran im Gehäuse angeordnet und der Abstand derart bestimmt, dass bei einem vorgegebenen Druckbereich die dritte Membran von der zweiten Membran druckbeaufschlagt wird, wird ein weiterer Messbereich realisiert, wenn der an der ersten Membran anliegende Druck so hoch ist, dass durch die Anlage der zweiten Membran an der dritten Membran auch diese dritte Membran verformt wird. Ferner ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Druckmembran an einem Grundkörper angeordnet, welcher zur Druckbeaufschlagung der Druckmembran mit einem Fluidzugang ausgebildet ist.
  • Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Druckmesseinrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert und beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen optischen Druckmesseinrichtung mit einer Druckmembran ohne Druckbeaufschlagung in einer Schnittansicht,
  • 2 eine Detailansicht der Druckmembran nach 1,
  • 3 eine perspektivische Schnittdarstellung der optischen Druckmesseinrichtung in einer Draufsicht auf die optische Membran nach 1,
  • 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen optischen Druckmesseinrichtung als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittansicht,
  • 5 eine perspektivische Schnittdarstellung der optischen Druckmesseinrichtung in einer Draufsicht auf die optische Membran nach 4,
  • 6 eine schematische Detaildarstellung der optischen Membran der Druckmesseinrichtung nach 5 hinsichtlich der Funktionsweise der Membransegmente der optischen Membran,
  • 7 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen optischen Druckmesseinrichtung als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittansicht,
  • 8 eine perspektivische Darstellung einer Membrankappe mit einer segmentierten optischen Membran einer erfindungsgemäßen optischen Druckmesseinrichtung,
  • 9 eine perspektivische Darstellung einer Membrankappe mit einer segmentierten optischen Membran einer erfindungsgemäßen optischen Druckmesseinrichtung,
  • 10 eine perspektivische Darstellung einer Membrankappe mit einer segmentierten optischen Membran einer erfindungsgemäßen optischen Druckmesseinrichtung,
  • 11 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen optischen Druckmesseinrichtung als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit kaskadierten Membranen in einer Schnittansicht,
  • 12 eine schematische Darstellung der optischen Druckmesseinrichtung nach 11 mit einer niedrigbelasteten Druckmembran,
  • 13 eine schematische Darstellung der optischen Druckmesseinrichtung nach 11 mit einer in einem mittleren Druckbereich belasteten Druckmembran,
  • 14 eine schematische Darstellung der optischen Druckmesseinrichtung nach 11 mit einer in einem hohen Druckbereich belasteten Druckmembran, und
  • 15 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen optischen Druckmesseinrichtung als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit kaskadierten Membranen in einer Schnittansicht.
  • Die 1 zeigt einen Ausschnitt einer Hydraulikeinheit 10 eines Fahrzeugbremssystems, bei welchem eine optische Druckmesseinrichtung 1 gemäß der Erfindung als Teil eines Magnetventils mit einem Hydraulikblock 11 verbunden ist. Von diesem Magnetventil ist lediglich ein Grundkörper als Gehäuse 2 mit einem Fluidzugang 2.1 dargestellt. Dieses Gehäuse 2 ist über eine mediendichte Verbindung mit dem Hydraulikblock 11 verbunden.
  • Dieser Fluidzugang 2.1 weitet sich in dem Gehäuse 2 axial in eine zylinderförmige Aufnahmeöffnung 2.2 zur Aufnahme eines Membranhalters 6 auf, der eine Sacklochbohrung 6.5 mit einer Durchgangsöffnung 6.6 für einen Stößel 5 aufweist. Zwischen der dem Fluidzugang 2.1 zugewandten Begrenzungsfläche der Aufnahmeöffnung 2.2 und dem Membranhalter 6 ist eine Druckmembran 3 mittels eines Dicht-ringes 7 gegenüber dem Fluidzugang 2.1 druckdicht eingespannt. Die zur Druckmembran 3 benachbarte Stirnseite des Membranhalters 6 wird als Membrananlagefläche 6.1 bezeichnet und weist eine Vertiefung 6.1 auf, die von einem Anlagesteg 6.4 der Membrananlagefläche 6.1 randseitig umschlossen wird. Dieser Anlagesteg 6.4 liegt auf der Druckmembran 3 und bildet zusammen mit dem Dichtring 7 eine druckdichte Verbindung mit dem Gehäuse 2. Bei einem von Null verschiedenen Druck P in dem Fluidzugang 2.1 wird die Druckmembran 3 in die Vertiefung 6.1 verwölbt. Der Grad der Verformung bzw. Verwölbung der Druckmembran 3 wird über einen Stößel 5 auf eine sogenannte verformbare optische Membran 4 übertragen.
  • Zur Anordnung dieser optischen Membran 4 an dem Gehäuse 2 ist eine zylinderförmige Befestigungshülse 8.1 vorgesehen, die auf das Gehäuse 2 gestülpt ist, wobei in dem Bereich zwischen der Stirnseite des Gehäuses 2 und des diese Stirnseite überstehenden Teils der Befestigungshülse 8.1 ein Befestigungsring 8.2 angeordnet ist. Zur randseitigen Fixierung der optischen Membran 4 wird diese auf den Befestigungsring 8.2 aufgelegt und zusammen mit diesem Befestigungsring 8.2 vom Rand der Befestigungshülse 8.1 umbördelt.
  • Um den Grad der Verwölbung der von dem Stößel 5 druckbeaufschlagten Druckmembran 3 optisch zu detektieren, umfasst die optische Druckmesseinrichtung 1 gemäß 1 eine Leiterplatte LP mit optischen Bauelementen L und D, wobei zur Reflexion eines Messstrahles M die äußere Fläche der optischen Membran 4 als Reflexionsfläche 4.1 ausgebildet ist. Der Begriff „optisch“ bezieht sich daher auf die Eigenschaft der Membran 4, einen Lichtstrahl zu reflektieren.
  • Diese auf der Leiterplatte LP angeordneten optischen Bauelemente umfassen ein lichtemittierendes Element L zur Erzeugung des Messstrahles M, der an der Reflexionsfläche 4.1 der optischen Membran 4 als Reflektionsstrahl R in einen optischen Messdetektor D reflektiert wird. Die Intensität dieses Reflektionsstrahles R ist abhängig vom Grad der Verformung der optischen Membran 4 und kann somit in Korrelation zum auf die Druckmembran 3 wirkenden Druck P gesetzt werden. Dieser derart ermittelte Druck P stellt den in dem Bremssystem wirkenden Druck dar.
  • Gemäß 2 umfasst die Vertiefung 6.1 einen zentralen Vertiefungsabschnitt 6.21 mit einem Durchmesser B im Bereich einer den Stößel 5 führenden Durchgangsöffnung 6.6 des Membranhalters 6 sowie einen diesen zentralen Vertiefungsabschnitt 6.21 umschließenden randseitigen Vertiefungsabschnitt 6.22 mit einem Durchmesser A. Dieser randseitige Vertiefungsabschnitt 6.22 geht in radialer Richtung stufenlos in den Anlagesteg 6.4 über, während in Zentrumsrichtung der Membrananlagefläche 6.1 der randseitige Vertiefungsabschnitt 6.22 über eine Stufe in den zentralen Vertiefungsabschnitt 6.21 übergeht, der im Querschnitt eine rechteckförmige Kontur aufweist.
  • Mit einer solchen Vertiefung 6.2 ist es möglich, verschiedene Messbereiche mit unterschiedlichen Messgenauigkeiten zu realisieren. Mit von Null aus zunehmendem Druck P auf die Druckmembran 3 wölbt sich diese zunehmend in diese Vertiefung 6.2 hineinwölbt. Dabei kann die Kontur bzw. der Tiefenverlauf der Vertiefung 6.2 mit dem zentralen Vertiefungsabschnitt 6.21 und dem randseitigen Vertiefungsabschnitt 6.22 so dimensioniert und die Druckmembran 3 mit einer solchen Dicke ausgebildet werden, dass sich über einen ersten Druckbereich von 0 bis 100 bar die Druckmembran nur in den randseitigen Vertiefungsabschnitt 6.22, jedoch nicht in den zentralen Vertiefungsabschnitt 6.21 hineinwölbt. Durch den großen Durchmesser A und der relativ geringen Wanddicke der Druckmembran 3 wird diese ausgehend von einem Druck P von 0 bar mit ansteigenden Druck P mit einem relativ großen Hub an den randseitigen Vertiefungsabschnitt 6.22 als Gegenkontur gedrückt. Dabei ist dieser randseitige Vertiefungsabschnitt 6.22 so ausgelegt, dass sich die Druckmembran 3 bei ca. 100 bar vollständig an dessen Kontur angelegt. In diesem Druckbereich von 0 bis 100 bar weisen die Drucksignale eine hohe Auflösung auf. Mit einem über 100 bar weiter ansteigenden Druck P wird die Druckmembran 3 im Bereich des zentralen Vertiefungsabschnittes 6.1 in denselben verwölbt. In diesem Druckbereich oberhalb von 100 bar, bspw. bis 300 bar wird jedoch nur eine niedrige Signalauflösung erreicht, was für diesen Druckbereich nicht nachteilig ist.
  • Damit werden zwei Messbereiche geschaffen, die sich durch die Signalauflösungen unterscheiden. Der erste Messbereich für kleine bis mittlere Drücke (0 bis 100 bar) zeigt eine hohe Signalauflösung, während der zweite Messbereich für hohe Drücke (100 bis 300 bar) eine niedrige Signalauflösung aufweist.
  • Die 3 zeigt die optische Druckmesseinrichtung 1 in einer perspektivischen Sicht auf die optische Membran 4. Diese optische Membran 4 ist zur Bildung von zwei Membransegmenten 4.10 und 4.11 segmentiert. Diese beiden Membransegmente 4.10 und 4.11 bilden einen über den Durchmesser der optischen Membran 4 geführten Streifen, der zur Bildung dieser Membransegmente 4.10 und 4.11 hälftig geteilt ist. Die randseitige Enden der beiden Membransegmente 4.10 und 4.11 sind zwischen der Befestigungshülse 8.1 und dem Befestigungsring 8.2 geklemmt, während an den freien Enden der beiden Membransegmente 4.10 und 4.11 jeweils eine Halböffnung zur Bildung einer Führungsöffnung 4.01 der Membran 4 eingeformt ist, in die ein an dem Stößel 5 angeformter Führungsstift 5.11 eingreift. Auf diesem Führungsstift 5.11 ist eine Betätigungsscheibe 5.1 mit einem dem Durchmesser des Stößels 5 entsprechenden Durchmesser angeordnet, der an den Unterseiten der beiden Membransegmente 4.10 und 4.11 anliegt. Damit wird die Bewegung des Stößels 5 aufgrund eines an der Druckmembran 3 anliegenden Druckes P auf die beiden Membransegmente 4.10 und 4.11 übertragen, so dass diese aufgeklappt werden und sich dadurch die Intensität des reflektierten Messstrahles R entsprechend des Maßes der Aufbiegung der beiden Membransegmente 4.10 und 4.11 ändert. Die den Messstrahl M reflektierende Reflexionsfläche 4.1 wird dabei sowohl von den beiden Membransegmenten 4.10 und 4.11 als auch vom Rest der Oberfläche der Membran 4 gebildet.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer optischen Druckmesseinrichtung 1 zeigen die 4, 5 und 6, die sich von derjenigen optischen Druckmesseinrichtung 1 gemäß den 1, 2 und 3 dadurch unterscheidet, dass zum einen die Membransegmente der optischen Membran 4 nicht zentral, sondern exzentrisch betätigt werden, und zum anderen die Vertiefung 6.3 der Membrananlagefläche 6.1 des Membranhalters 6 eine andere Kontur aufweist. Auch diese optische Druckmesseinrichtung gemäß den 4 bis 6 ist Teil eines in einem Hydraulikblock angeordneten Magnetventils entsprechend der Darstellung nach 1.
  • Die optische Druckmesseinrichtung 1 gemäß den 4 bis 6 entspricht in seinem Aufbau hinsichtlich des Gehäuses 2 derjenigen optischen Druckmesseinrichtung 1 gemäß den 1 bis 3. Der Unterschied besteht in der Kontur der Vertiefung 6.3 der Membrananlagefläche 6.1 des Membranhalters 6. Diese Vertiefung 6.3 weist im Querschnitt eine Rechteckform auf und wird von einem Anlagesteg 6.4 umrahmt, der auf der Druckmembran 3 randseitig aufliegt und zusammen mit einem Dichtring 7 eine druckfeste Verbindung mit dem Gehäuse 2 bildet. Diese Vertiefung 6.3 dient dazu, ein Überdehnen der Druckmembran 3 bei hohen Druckspitzen des anliegenden Druckes P zu verhindern. Dies wird dadurch erreicht, dass bei solchen hohen Druckspitzen die Druckmembran 3 gegen diese Vertiefung 6.3 auf Anschlag geht.
  • Der weitere Unterschied zur optischen Druckmesseinrichtung 1 gemäß den 1 bis 3 besteht in der nichtzentralen Betätigung von Membransegmenten 4.10 und 4.11 der optischen Membran 4.
  • Die optische Membran 4 ist ebenso zur Bildung der zwei Membransegmente 4.10 und 4.11 derart segmentiert, dass diese beiden Membransegmente 4.10 und 4.11 ebenso entsprechend einem Durchmesser der Membran 4 orientiert sind, deren Länge jedoch ausgehend vom Rand der Membran 4 kleiner als ein Radius dieser Membran 4 sind und daher nicht bis in den zentralen Bereich der Membran 4 verlaufen, in dem eine Führungsöffnung 4.01 realisiert ist, in die das Ende eines Stößels 5 ragt, ohne jedoch bei einer axialen Bewegung einen Druck auf die Membran 4 auszuüben.
  • Die durch eine Verformung der Druckmembran 3 bewirkte axiale Bewegung des Stößels 5 wird über eine fest mit dem Stößel 5 verbundene Betätigungsscheibe 5.1 über jeweils einen an der Unterseite der beiden Membransegmente 4.10 und 4.11 angeordneten Betätigungspin 4.2 übertragen. Die Betätigungsscheibe 5.1 hat einen Durchmesser, der nahezu dem Durchmesser der optischen Membran 4 entspricht. Die Betätigungspins 4.2 sind nahezu am Rand der optischen Membran 4 auf der Unterseite des M Membransegmentes 4.10 bzw. 4.11 angeordnet. Die Befestigungsscheibe 5.1 ist in einem solchen Abstand zur Membran 4 auf dem Stößel 5 angeordnet, dass bei einer fehlenden Druckbelastung der Druckmembran 3 die Betätigungspins 4.2 den Abstand zur Befestigungsscheibe 5.1 überbrücken und dadurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Betätigungsschreibe 5.1 und den beiden Membransegmenten 4.10 und 4.11 entsteht. Bei einer axialen Bewegung des Stößels 5 in Richtung der optischen Membran 4 drückt die Befestigungsscheibe 5.1 auf die beiden Betätigungspins 4.2, wodurch die beiden Membransegmente 4.10 und 4.11 nach oben aufgeklappt werden. Dadurch ändert sich die Intensität des an der Reflexionsfläche 4.1 der beiden Membransegmente 4.10 und 4.11 und der verbleibenden Oberfläche der optischen Membran 4 reflektierten Messstrahles M, welcher als Reflektionsstrahl R in den Messdetektor D reflektiert wird.
  • Diese Situation ist schematisch in 6 dargestellt, die lediglich die beiden Membransegmente 4.10 und 4.11 zeigt, die endseitig zwischen der Befestigungshülse 8.1 und dem Befestigungsring 8.2 eingeklemmt sind. Bei einer zentralen Betätigung der Membransegmente, entsprechend der optischen Druckmesseinrichtung 1 gemäß den 1 bis 3 würden die Membransegmente an ihren freien Enden nur um einen Hub h1 aufgeklappt, wie dies in 6 mit dem Membransegment 4.11 dargestellt ist. Wird dagegen die axiale Bewegung des Stößels 5 über die Betätigungsscheibe 5.1 und die Betätigungspins 4.2 auf die Membransegmente übertragen, wie dies in 6 mit dem Membransegment 4.10 dargestellt ist, wird dieses Membransegment 4.10 mit einem wesentlich größeren Winkel aufgeklappt. In Abhängigkeit des Durchmessers C der beiden Betätigungspins 4.2 und des Durchmessers D der Membran 4 ergibt sich ein wesentlich größerer Hub H im Vergleich zum Hub h1.
  • Eine optische Druckmesseinrichtung 1 mit einer dezentralen Betätigung von Membransegmenten einer segmentierten optischen Membran 4 zeigt auch 7. Bei dieser optischen Druckmesseinrichtung 1 entspricht der Aufbau des Gehäuses 2 mit dem Membranhalter 6 und der Druckmembran 3 demjenigen der optischen Druckmesseinrichtung 1 gemäß den 4 und 5. Der Unterschied zu dieser optischen Druckmesseinrichtung 1 besteht zum einen in der Ausführung des Stößels 5 sowie der Betätigungsscheibe 5.1 zur dezentralen Übertragung der axialen Bewegung des Stößels 5 auf die Membransegmente. Die optische Membran 4 dieser optischen Druckmesseinrichtung 1 gemäß 7 ist entsprechend der Membran 4 nach 5 segmentiert, so dass ebenso zwei Membransegmente 4.10 und 4.11 entstehen. In 7 ist aufgrund des Verlaufs des Schnittes lediglich das Membransegment 4.11 zu erkennen.
  • Gemäß 7 ist eine Betätigungsscheibe 5.1 unterhalb der Membran 4 angeordnet, wobei randseitig dieser Betätigungsscheibe 5.1 eine Betätigungsnocke 5.2 den Abstand zwischen der Betätigungsscheibe 5.1 und der Membran 4 bestimmt und bei einem Druck von 0 bar an der Membran 4 anliegt. Der Stößel 5 weist lediglich eine Länge auf, die dem Abstand zwischen der Druckmembran 3 und der Unterseite der Betätigungsscheibe 5.1 entspricht. Das an der Betätigungsscheibe 5.1 anliegende Ende des Stößels 5 ist verdickt und halbkugelförmig ausgebildet. In der Verlängerung des Stößels 5 in Richtung der Betätigungsscheibe 5.1 ist ein Bolzen 5.3 fest in der Betätigungsscheibe 5.1 angeordnet und ist bis über die optische Membran 4 hinaus verlängert und greift dabei durch eine Führungsöffnung 4.01 hindurch, ohne jedoch bei einer Bewegung der Betätigungsscheibe 5.1 in axialer Richtung des Stößels 5 diese auf die optische Membran 4 zu übertragen. In einem randseitigen Bereich der Betätigungsscheibe 5.1 ist ein weiterer Bolzen 5.4 als Verdrehsicherungsbolzen in der Betätigungsscheibe 5.1 angeordnet, der ebenso in Richtung der optischen Membran 4 hinaus verlängert ist und dabei in eine Verdrehsicherungsöffnung 4.02 hindurchgeführt wird, ohne jedoch eine Bewegung der Betätigungsscheibe 5.1 in axialer Richtung des Stößels 5 auf die optische Membran 4 zu übertragen. Um diese Verdrehsicherung zu realisieren, ist der Bolzen 5.4 in einem Bereich der optischen Membran 4 angeordnet, in dem sich kein Membransegment befindet.
  • Bei einer axialen Bewegung des Stößels 5 in Richtung der optischen Membran 4 drückt dieser auf den Bolzen 5.3, wodurch sich die Betätigungsscheibe 5.1 ebenso in die Richtung des Stößels 5 bewegt. Diese Bewegung der Betätigungsscheibe 5.1 wird mittels des Betätigungsnockens 5.2 auf das Membransegment 4.11 übertragen, wodurch sich dieses entsprechend aufklappt. Dadurch ändert sich die Intensität des an der Reflexionsfläche 4.1 der optischen Membran 4 reflektierten Messstrahles M, welcher als Reflektionsstrahl R in den Messdetektor D reflektiert wird.
  • Die 3 und 5 zeigen optische Druckmesseinrichtungen 1, deren optischen Membrane 4 zur Bildung von Membransegmenten 4.10 und 4.11 segmentiert sind. Diese optischen Membranen 4 weisen eine kreisförmige Kontur auf, wobei deren Rand zwischen einer Befestigungshülse 8.1 und einem Befestigungsring 8.2 eingeklemmt ist. Eine solche optische Membran 4 kann auch zusammen mit der Befestigungshülse 8.1 einstückig ausgeführt sein, so dass ein topfförmiges Bauelement entsprechend den Darstellungen gemäß den 8, 9 und 10 entsteht.
  • Ein solches topfförmiges Bauelement ist als Membranhülse 9 in den 8, 9 und 10 dargestellt. Eine solche Membranhülse 9 umfasst einen zylinderförmigen Mantel mit einem Deckel als optische Membran 4. Eine solche Membranhülse 9 kann über ein stirnseitiges Ende des Gehäuses 2 anstelle der Befestigungshülse 8.1 und des Befestigungsringes 8.2 gestülpt werden, wobei das Deckelteil als optische Membran 4 entsprechend den segmentierten Membranen 4 der optischen Druckmesseinrichtung gemäß den 1 und 4 ausgeführt ist.
  • Die 8 bis 10 zeigen Membranen 4 von Membranhülsen 9 mit weiteren Möglichkeiten der Segmentierung.
  • So zeigt 8 eine Membran 4 mit einem Membransegment 4.12, welches der Segmentierung der Membran 4 gemäß 2 entspricht, wobei jedoch im Unterschied hierzu die zur Bildung der beiden Membransegmente 4.10 und 4.11 führende Trennung unterbleibt, wobei an dieser Stelle lediglich die Führungsöffnung 4.01 realisiert wird. Dadurch entsteht ein entlang eines Durchmessers verlaufender Streifen als Membransegment 4.12, welches endseitig in den zylinderförmigen Mantel der Membranhülse 9 übergeht. Ein solches Membransegment 4.12 kann durch einen in der Führungsöffnung 4.01 geführten Stößel nicht aufgeklappt, sondern lediglich durchgebogen werden.
  • Gemäß 9 ist die optische Membran 4 der Membranhülse 9 rosettenartig segmentiert, so dass acht gleiche dreiecksförmige Membransegmente 4.13 entstehen, die mit einer Dreiecksseite randseitig an den zylinderförmigen Mantel der Membranhülse 9 angebunden sind, so dass die gegenüberliegenden Ecken diese Membransegmente 4.13 im Zentrum der Membran 4 zusammenlaufen und dort eine Führungsöffnung 4.01 zur Aufnahme eines Stößels bilden. Diese Membransegmente 4.13 können daher mittels eines solchen Stößels nur zentral aufgebogen werden.
  • Die optische Membran 4 der Membranhülse 9 gemäß 10 ist einteilig mit einer kreisförmigen Kontur ausgebildet, wobei ein Kreisbogenabschnitt dieser kreisförmigen Kontur in den zylinderförmigen Mantel der Membranhülse 9 übergeht, so dass eine aufklappbare optische Membran 4 entsteht. Eine solche optische Membran 4 kann sowohl zentral als auch dezentral entweder mit einem Stößel gemäß der optischen Druckmesseinrichtung 1 gemäß 1 oder mit einer Betätigungsscheibe 5.1 gemäß 4 betätigt werden.
  • Solche Membrane 4 können aus einem sehr dünnen und sehr elastischen Material hergestellt werden, so dass die Anforderungen an die Dauerbelastbarkeit erfüllt werden. Durch eine geeignete Wahl der Segmentierung kann die Dauerbeanspruchung des Materials maßgeblich reduziert werden, indem die Segmentierung so gewählt wird, dass anstelle einer Durchbiegung ein Aufklappen der Membransegmente ermöglicht wird.
  • Das Ausführungsbeispiel einer optischen Druckmesseinrichtung 1 gemäß den 11 bis 14 zeigt eine topfförmige Druckhülse 9 mit einer Druckmembran 9.1 als Deckelelement, wobei diese Druckhülse 9 auf ein in diesen 11 bis 14 nicht dargestellten Gehäuse mit einem Fluidzugang gestülpt wird.
  • Diese optische Druckmesseinrichtung 1 gemessen 11 bis 14 zeichnet sich dadurch aus, dass mehrere Druckmembranen hintereinander, also kaskadiert sind.
  • So wird bei dieser optischen Druckmesseinrichtung 1 eine Druckmembran als erste Membran 3 von dem Deckel einer topfförmigen Membranhülse 3.0 gebildet. Im Querschnitt liegt diese Membranhülse 3.0 innerhalb der Membranhülse 9, so dass der zylinderförmige Teil an der inneren Wand des zylinderförmigen Teils der Membranhülse 9 anliegt und die erste Membran 3 in einem bestimmten Abstand zur Druckmembran 9.1 verläuft. Die Membranhülse 3.0 ist über eine Schweißnaht 9.3 druckdicht mit der Membranhülse 9 verbunden.
  • Zwischen der ersten Membran 3 und der Druckmembran 9.1 ist eine Federscheibe als zweite Membran 3.1 vorgesehen, wobei zur Einstellung von definierten Abständen zwischen der ersten Membran 3 und der zweiten Membran 3.1 sowie zwischen der zweiten Membran 3.1 und der Druckmembran 9.1 als dritte Membran randseitig Distanzscheiben 9.2 vorgesehen sind. Damit sind drei Membranen, nämlich eine erste Membran 3 mit einer Dicke d1, eine zweite Membran 3.1 mit einer Dicke d2 und eine dritte Membran 9.1 mit einer Dicke d3 vorgesehen, wobei der Abstand h1 zwischen der ersten und zweiten Membran 3 und 3.1 und der Abstand h2 zwischen der zweiten und dritten Membran 3.1 und 9.1 h1 durch die Distanzscheiben 9.2 vorgegeben ist. Die dritte Membran 9.1 ist für einen Hub h3 ausgebildet.
  • Ausgehend von einem Druck mit 0 bar wird mit zunehmenden Druck P zunächst die erste Membran 3 um einen Hub h1 verwölbt, bis diese erste Membran 3 an der zweiten Membran 3.1 anliegt, mit weiter zunehmenden Druck P werden die beiden Membranen 3 und 3.1 zusammen um einen Hub h1 + h2 verwölbt, bis die zweite Membran 3.1 an der dritten Membran 9.1 anliegt, so dass mit weiter zunehmenden Druck P auch die dritte Membran 9.1 zusammen mit der ersten und zweiten Membran 3 und 3.1 um einen Hub h1 + h2 + h3 verwölbt wird.
  • Die Verwölbung der ersten Membran 3 wird mittels eines Stößels 5 auf eine in den 11 bis 14 nicht dargestellten optischen Membran entsprechend den 1, 4 oder 5 übertragen. Hierzu ist der Stößel an seinem Ende konisch mit einer Spitze ausgebildet, die in eine Ausbuchtung 3.01 der ersten Membran 3 eingreift und dadurch eine Führung des Stößels 5 erreicht wird. Damit dieser Stößel 5 eine kraftschlüssigen Kontakt mit der ersten Membran 3 herstellen kann, ist die zweite Membran 3.1 mit einer Durchgangsöffnung 3.10 und die dritte Membran 9.1 mit einer Durchgangsöffnung 9.10 ausgebildet, so dass der Stößel 5 durch diese Durchgangsöffnungen 3.10 und 9.10 in die Ausbuchtung 3.01 der ersten Membran 3 hindurchgeführt werden kann.
  • Mit diesen drei Membranen 3, 3.1 und 9.1 entstehen drei Meßbereiche. Ein erster Messbereich mit niedrigen Drücken P ist durch einen Hub h1 der dünnen und sehr elastisch ausgelegten ersten Membran 3 gegeben, der durch den Abstand zur zweiten Membran 3.1 definiert ist. Dieser erste Messbereich endet also bei einem Druck P, bei dem die erste Membran 3 an der zweiten Membran 3.1 entsprechend der Darstellung nach 12 anliegt. In diesem niedrigen Druckbereich, bspw. bei einem Druckbereich von 0 bar bis ca. 50 bar wird eine hohe Messgenauigkeit erreicht, wobei aufgrund des fehlenden Kontaktes zur zweiten Membran 3.1 nur eine sehr kleine Hysterese auftritt.
  • Ein zweiter Messbereich mit mittleren Drücken P ist durch den Hub h1 + h2 gegeben, wie dies in 13 dargestellt ist. In diesem zweiten Messbereich arbeitet der anliegende Druck P gleichzeitig gegen die erste und zweite Membran 3.1 und 9.1 und werden daher gemeinsam in Richtung der dritten Membran 9.1 gewölbt. Dieser zweite Messbereich endet bei einem Druck P, bei dem die zweite Membran 3.1 an der dritten Membran 9.1 anliegt. Mit diesem zweiten Messbereich, bspw. einem Druckbereich zwischen ca. 50 bis ca. 150 bar wird aufgrund der gleichzeitig zu verformenden Membrane 3 und 3.1 eine mittlere Messgenauigkeit erreicht. Da die beiden Membrane 3 und 3.1 im Kontakt sind, kommt es aufgrund der entstehenden Reibung zwischen diesen beiden Membranen 3 und 3.1 zu einer mittelgroßer Hysterese.
  • An diesem zweiten Messbereich mit mittleren Drücken P schließt sich ein hoher Druckbereich, bspw. ein Druckbereich zwischen ca. 150 bis ca. 350 bar mit kleiner Messgenauigkeit und einer hohen Hysterese an. Der ansteigende Druck arbeitet nun gegen alle drei Membrane 3, 3.1 und 9.1 und führt gemäß 14 zu einem Hub h1 + h2 + h3, was einerseits zu der niedrigen Messgenauigkeit führt und andererseits aber die erforderliche Festigkeit gegenüber hohen Drücken gewährleistet ist. Da diese 3 Membrane 3, 3.1 und 9.1 aneinander liegen, führt dies zu der hohen Hysterese, die jedoch in diesem hohen Druckbereich nicht von Bedeutung ist.
  • Die optische Messeinrichtung 1 gemäß 15 weist als letztes Ausführungsbeispiel entsprechend von 11 ebenso drei hintereinander angeordnete Druckmembrane 3, 3.1 und 3.2 auf.
  • Diese drei Druckmembrane 3, 3.1 und 3.2 sind in einer Befestigungshülse 8.1 angeordnet. So wird bei dieser optischen Druckmesseinrichtung 1 eine Druckmembran als erste Membran 3 von dem Deckel einer topfförmigen Membranhülse 3.0 gebildet. Im Querschnitt liegt diese Membranhülse 3.0 innerhalb der Befestigungshülse 8.1, so dass der zylinderförmige Teil an der inneren Wand des zylinderförmigen Teils der Befestigungshülse 8.1 anliegt und über eine Schweißnaht 8.3 druckdicht mit der Befestigungshülse 8.1 verbunden ist.
  • Zwischen dem umbördelten Rand der Befestigungshülse 8.1 und der ersten Membran 3 mit einer Dicke d1 ist eine zweite Membran 3.1 mit einer Dicke d2 und eine dritte Membran 3.2 mit einer Dicke d3 angeordnet, die von dem umbördelten Rand der Befestigungshülse 8.1 randseitig umfasst wird, wobei der Abstand h1 zwischen der ersten und zweiten Membran 3 und 3.1 und der Abstand h2 zwischen der zweiten und dritten Membran 3.1 und 3.2 durch Distanzscheiben 9.2 vorgegeben werden. Die dritte Membran 3.2 lässt einen Hub h3 zu.
  • Die Funktionsweise dieser optischen Messeinrichtung 1 gemäß 15 entspricht derjenigen nach 11. So ergeben sich auch bei dieser optischen Messeinrichtung 1 drei Messbereiche, die durch den Hub h1 der ersten Membran 3 als ersten Messbereich mit niedrigen Drücken (bspw. 0 bis ca. 50 bar), durch den gemeinsamen Hub h1 + h2 der ersten und zweiten Membran 3 und 3.1 als zweiten Messbereich mit mittleren Drücken (bspw. ca. 50 bis ca. 150 bar) sowie durch den gemeinsamen Hub h1 + h2 + h3 der ersten, zweiten und dritten Membran 3, 3.1 und 3.2 als dritten Messbereich mit hohen Drücken (bspw. ca. 150 bis ca. 350 bar) definiert sind. Die 15 zeigt den Zustand der 3 Membrane 3, 3.1 und 3.2 bei einem anliegenden Druck P von 0 bar, in welchem keine Verformung der ersten Membran 3 auftritt.
  • Auch die Eigenschaft dieser optischen Messeinrichtung 1 hinsichtlich dieser drei Messbereiche entspricht demjenigen der optischen Messeinrichtung 1 gemäß 11, wonach der erste Messbereich mit niedrigen Drücken eine hohe Messgenauigkeit und nur eine geringe Hysterese, der zweite Messbereich mit mittleren Drücken noch eine ausreichende Messgenauigkeit und eine mittlere Hysterese und der dritte Messbereich mit hohen Drücken nur eine geringe Messgenauigkeit mit einer großen Hysterese aufweist.
  • Der Unterschied der optischen Messeinrichtung 1 zu derjenigen nach 11 besteht jedoch darin, dass die optische Messeinrichtung 1 gemäß 14 keinen Stößel aufweist.
  • Der von einem lichtemittierenden Element L erzeugte Messstrahl M wird auf die erste Membran 3 gerichtet, deren Oberseite eine Reflexionsfläche 4.1 für diesen Messstrahl M bildet. Damit der Messstrahl M auf diese Reflexionsfläche 4.1 der ersten Membran 3 auftreffen kann, sind die erste Membran 3.1 und die zweite Membran 3.2 als transparente Kunststoffmembrane ausgeführt. Damit wird auch der an der Reflexionsfläche 4.1 als Reflektionsstrahl R durch die transparenten Membrane 3.1 und 3.2 hindurch zurück in den optischen Messdetektor D reflektiert. In Abhängigkeit des Verwölbungsgrades der ersten Membran 3 ändert sich die Intensität des Reflektionsstrahles R.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    optische Druckmesseinrichtung
    2
    Gehäuse der optischen Druckmesseinrichtung 1
    2.1
    Fluidzugang des Gehäuses 2
    2.2
    Aufnahmeöffnung des Gehäuses 2
    3
    Druckmembran, erste Membran der optischen Druckmesseinrichtung 1
    3.0
    Druckmembranhülse mit Druckmembran 3
    3.01
    Ausbuchtung der ersten Membran 3
    3.1
    zweite Membran der optischen Druckmesseinrichtung 1
    3.10
    Durchgangsöffnung der zweiten Membran 3.1
    3.2
    dritte Membran der optischen Druckmesseinrichtung 1
    4
    optische Membran der optischen Druckmesseinrichtung 1
    4.01
    Führungsöffnung der optischen Membran 4
    4.02
    Verdrehsicherungsöffnung der optischen Membran 4
    4.1
    Reflexionsfläche der optischen Membran 4
    4.10
    Membransegment der optischen Membran 4
    4.11
    Membransegment der optischen Membran 4
    4.12
    Membransegment der optischen Membran 4
    4.13
    Membransegmente der optischen Membran 4
    4.14
    Membransegment der optischen Membran 4
    4.2
    Betätigungspin der Membransegmente 4.10 und 4.11
    5
    Stößel der optischen Druckmesseinrichtung 1
    5.1
    Betätigungsscheibe
    5.11
    Führungsstift des Stößels 5
    5.2
    Betätigungsnocke der Betätigungsscheibe
    5.3
    Führungsbolzen
    5.4
    Verdrehsicherungsbolzen
    6
    Membranhalter des Gehäuses 2
    6.1
    Membrananlagefläche
    6.2
    Vertiefung
    6.21
    zentraler Vertiefungsabschnitt der Vertiefung 6.2
    6.22
    randseitige Vertiefungsabschnitt der Vertiefung 6.2
    6.3
    Vertiefung mit rechteckförmigen Querschnitt
    6.4
    Anlagesteg
    6.5
    Sacklochbohrung des Membranhalters 6
    6.6
    Führungsbohrung des Membranhalters 6
    7
    Dichtring
    8.1
    Befestigungshülse
    8.2
    Befestigungsring
    8.3
    Schweißnaht
    9
    Membranhülse
    9.1
    dritte Membran der optischen Druckmesseinrichtung 1
    9.10
    Durchgangsöffnung der dritten Membran 9.1
    9.2
    Distanzscheibe
    9.3
    Schweißnaht
    10
    Hydraulikeinheit
    11
    Hydraulikblock
    D
    optischer Messdetektor
    L
    lichtemittierendes Element
    LP
    Leiterplatte
    M
    Messstrahl
    R
    Referenzstrahl
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011085329 A1 [0002]

Claims (14)

  1. Optische Druckmesseinrichtung (1) mit – einem lichtemittierenden Element (L) zur Erzeugung eines Messstrahles (M), – einer in einem Gehäuse (2) angeordneten Druckmembran (3), die mittels eines darauf ausgeübten Drucks (P) verformbar ist, und einer mit der Druckmembran (3) in Wirkverbindung stehenden und im Messstrahl (M) angeordneten optischen Reflexionsfläche (4.1), welche in Abhängigkeit der durch den auf die Druckmembran (3) ausgeübten Druck (P) einen Teil des Messstrahles (M) in Form eines Reflektionsstrahles (R) in einen optischen Messdetektor (D) reflektiert, dadurch gekennzeichnet, dass – die Reflexionsfläche (4.1) von einer verformbaren optischen Membran (4) gebildet wird, und – zur Übertragung der Verformung der Druckmembran (3) auf die optische Membran (4) ein mit der optischen Membran (4) wirkverbundener Stößel (5) vorgesehen ist, welcher mit einem Ende an der Druckmembran (3) kraftschlüssig anliegt.
  2. Optische Druckmesseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – ein in dem Gehäuse (2) angeordneter Membranhalter (6) mit einer Membrananlagefläche (6.1) angeordnet ist, – die Membrananlagefläche (6.1) im Querschnitt eine rechteckförmige Vertiefung (6.3) aufweist, wobei der außerhalb der Vertiefung (6.3) liegende Bereich (6.4) der Membrananlagefläche (6.1) als Anlagesteg an der Druckmembran (3) randseitig anliegt.
  3. Optische Druckmesseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – ein in dem Gehäuse (2) angeordneter Membranhalter (6) mit einer Membrananlagefläche (6.1) angeordnet ist, – ein die Membrananlagefläche (6.1) umlaufender Anlagesteg (6.4) vorgesehen ist, welcher an der Druckmembran (3) randseitig anliegt, – die Membrananlagefläche (6.1) im Querschnitt eine Vertiefung (6.2) mit einem zentralen Vertiefungsabschnitt (6.21) und einem den zentralen Vertiefungsabschnitt (6.21) umlaufenden randseitigen Vertiefungsabschnitt (6.22) aufweist, wobei der zentrale Vertiefungsabschnitt (6.21) im Querschnitt rechteckförmig ist und der randseitige Vertiefungsabschnitt (6.22) stufenlos in den Anlagesteg (6.4) und gestuft in den zentralen Vertiefungsabschnitt (6.21) übergehend ausgebildet ist.
  4. Optische Druckmesseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Druckmembran als erste Membran (3) auf deren druckabgewandten Membranseite mit einem vorgegebenen Abstand (h1) zur ersten Membran (3) zumindest eine zweite druckverformbare Membran (3.1) in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der Abstand (h1) derart bestimmt ist, dass bei einem vorgegebenen Druckbereich die zweite Membran (3.1) von der ersten Membran druckbeaufschlagt wird.
  5. Optische Druckmesseinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem vorgegebenen Abstand (h2) zur zweiten Membran (3.1) eine dritte druckverformbare Membran (9.1) vorgesehen ist, wobei der Abstand (h2) derart bestimmt ist, dass bei einem vorgegebenen Druckbereich die dritte Membran (9.1) von der zweiten Membran (3.1) druckbeaufschlagt wird.
  6. Optische Druckmesseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Membran (4) mit wenigstens einem Membransegment (4.10, 4.11, 4.12, 4.13, 4.14) ausgebildet ist, wobei der Stößel (5) mit dem wenigstens einen Membransegment (4.10, 4.11, 4.12, 4.13, 4.14) wirkverbunden ist.
  7. Optische Druckmesseinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Membransegment (4.14) kreisförmig ausgebildet ist, wobei das Membransegment (4.14) an einem Randabschnitt mit der optischen Membran (4) schwenkbeweglich verbunden ist.
  8. Optische Druckmesseinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (5) im zentralen Bereich des Membransegmentes (4.10, 4.11, 4.12, 4.13, 4.14) mit demselben kraftschlüssig verbunden ist.
  9. Optische Druckmesseinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Membran (4) zur Bildung der Membransegmente (4.10, 4.11, 4.12, 4.13) derart segmentiert ist, dass die Anzahl n der Membransegmente (4.10, 4.11, 4.12, 4.13) einer geradzahligen Drehsymmetrie mit der Achse des Stößels (5) als Drehachse entspricht.
  10. Optische Druckmesseinrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden der Membransegmente (4.10, 4.11, 4.12, 4.13, 4.14) im zentralen Bereich der Membran (4) mit dem Stößel (5) kraftschlüssig verbunden sind, während die dem freien Ende gegenüberliegenden Enden der Membransegmente (4.10, 4.11, 4.12, 4.13, 4.14) mit der optischen Membran (4) randseitig schwenkbeweglich verbunden sind.
  11. Optische Druckmesseinrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass – der Stößel (5) mit einer beabstandet zur optischen Membran (4) angeordneten Betätigungsscheibe (5.1) verbunden ist, und – wenigstens ein Membransegment (4.10, 4.11, 4.14) ein exzentrisch auf demselben angeordneten Betätigungspin (4.2) aufweist, welcher kraftschlüssig mit der Betätigungsscheibe (5.1) verbunden ist, so dass eine axiale Bewegung des Stößels (5) über den Betätigungspin (4.2) in eine Schwenkbewegung des Membransegmentes (4.10, 4.11, 4.14) übertragen wird.
  12. Optische Druckmesseinrichtung (1) mit – einem lichtemittierenden Element (L) zur Erzeugung eines Messstrahles (M), – einer in einem Gehäuse angeordneten Druckmembran (3), die mittels eines darauf ausgeübten Drucks verformbar ist, und einer mit der Druckmembran (3) in Wirkverbindung stehenden und im Messstrahl (M) angeordneten optischen Reflexionsfläche (4.1), welche in Abhängigkeit der durch den auf die Druckmembran (3) ausgeübten Druck einen Teil des Messstrahles (M) in Form eines Reflektionsstrahles (R) in einen optischen Messdetektor (D) reflektiert, dadurch gekennzeichnet, dass – die Reflexionsfläche (4.1) von der Druckmembran (3) gebildet wird, – zusätzlich zur Druckmembran (3) als erste Membran auf deren druckabgewandten Membranseite mit einem vorgegebenen Abstand (h1) zur ersten Membran (3) zumindest eine für den Messstrahl (M) transparente und druckverformbare zweite Membran (3.1) in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der Abstand (h1) derart bestimmt ist, dass bei einem vorgegebenen Druckbereich die zweite Membran (3.1) von der ersten Membran (3) druckbeaufschlagt wird.
  13. Optische Druckmesseinrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem vorgegebenen Abstand (h2) zur zweiten Membran (3.1) eine für den Messstrahl (M) transparente und druckverformbare dritte Membran (3.2) vorgesehen ist, wobei der Abstand (h2) derart bestimmt ist, dass bei einem vorgegebenen Druckbereich die dritte Membran (3.2) von der zweiten Membran (3.1) druckbeaufschlagt wird.
  14. Optische Druckmesseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmembran (3) an einem Grundkörper (11) angeordnet ist, welcher zur Druckbeaufschlagung der Druckmembran (3) mit einem Fluidzugang (2.1) ausgebildet ist.
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