DE102015122218A1

DE102015122218A1 - Drucksensor

Info

Publication number: DE102015122218A1
Application number: DE102015122218.3A
Authority: DE
Inventors: Vladislav Falk; Zoran Djordjevic; Siegmund Schlüter
Original assignee: Sensata Germany GmbH
Current assignee: Sensata Germany GmbH
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor zum Messen eines Drucks eines Fluids, insbesondere zur Wasserhochdruckmessung, mit einem Druckmessumformer, einer Leiterplatte mit darauf angeordneter Auswerteelektronik und einem Gehäuse, welches zumindest durch einen Boden und eine umlaufende Seitenwand gebildet wird. Dabei ragt der Druckmessumformer durch den Boden des Gehäuses hindurch und ist die Leiterplatte in dem Gehäuse aufgenommen. Der Drucksensor zeichnet sich dadurch aus, dass der Boden und die Seitenwand des Gehäuses einstückig ausgebildet sind und durchgängig die gleiche Wandstärke aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor zum Messen eines Drucks eines Fluids, insbesondere zur Wasserhochdruckmessung, mit einem Druckmessumformer, einer Leiterplatte mit darauf angeordneter Auswerteelektronik und einem Gehäuse, welches zumindest durch einen Boden und eine umlaufende Seitenwand gebildet wird. Bei dem Drucksensor ragt der Druckmessumformer durch den Boden des Gehäuses hindurch. Zudem ist die Leiterplatte in dem Gehäuse aufgenommen.
Derartige Drucksensoren werden zur Messung des Drucks von Fluiden, d.h. Flüssigkeiten und/oder Gasen, insbesondere als Bestandteil einer Steuerung oder Regelung in technischen Anwendungen eingesetzt. Die technischen Anwendungen können beispielsweise die Steuerung einer Hydraulikanlage oder die Messung eines hohen Wasserdrucks sein.
Zur Messung des Fluiddrucks kann der Druckmessumformer eine Messmembran aufweisen, wobei die eine Seite der Messmembran mit dem Fluid beaufschlagt wird, wohingegen die andere Seite der Membran, die dem Fluid abgewandt ist, einem Referenzdruck ausgesetzt ist. Bei einer Druckdifferenz zwischen ihren beiden Seiten wird die Messmembran mechanisch ausgelenkt bzw. deformiert, was beispielsweise durch Dehnungsmessstreifen erfasst werden kann.
Grundsätzlich kann der Fall auftreten, dass sonstige Kräfte auf das Gehäuse des Drucksensors einwirken, wobei diese Kräfte von dem Gehäuse an den Druckmessumformer und damit auch an die Messmembran weitergeleitet werden können. Ein von dem Druckmessumformer gemessener Druck kann hierdurch verfälscht werden, d.h. es können unerwünschte Messartefakte oder Messfehler auftreten.
Es ist daher die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, einen Drucksensor anzugeben, welcher unerwünschte Messartefakte weitgehend unterdrückt und zugleich auf einfache und damit wirtschaftliche Weise herstellbar ist. Außerdem soll der Drucksensor für Wasserhochdruckanwendungen mit Drücken von größer 60 bar geeignet sein und insbesondere einem Wasserstrahl standhalten.
Diese Aufgabe wird durch einen Drucksensor gemäß Anspruch 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass der Boden und die Seitenwand des Gehäuses einstückig ausgebildet sind und durchgängig die gleiche Wandstärke aufweisen.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass durch die einstückige Ausbildung von Boden und Seitenwand der Herstellungsprozess des Drucksensors stark vereinfacht und damit besonders wirtschaftlich gestaltet werden kann. Zudem gestattet es die einstückige Ausbildung von Boden und Seitenwand auf einfache Weise an jeder Stelle von Boden und Seitenwand die gleiche Wandstärke, insbesondere eine besonders dünne Wandstärke, vorzusehen. Hierdurch können die mechanischen Einflüsse, die von dem Gehäuse auf den Druckmessumformer übertragen werden, deutlich reduziert werden. Der erfindungsgemäße Drucksensor gestattet somit die Kombination von reduzierten Messartefakten mit einem kostengünstigen Herstellungsprozess.
Insbesondere kann eine Ausbildung des Gehäuses mit einer durchgängig gleichen Wandstärke durch die Verwendung eines Tiefziehverfahrens geschaffen werden, welches vorteilhafterweise eine besonders kostengünstige Herstellung des Gehäuses ermöglicht. Insbesondere ist das Gehäuse als ein tiefgezogenes Gehäuse ausgebildet. Das Gehäuse kann beispielsweise aus Edelstahl oder einem anderen Metall geformt sein. Insbesondere sind der Boden und die Seitenwand aus dem gleichen Material geformt.
Insbesondere kann das Gehäuse zum Beispiel zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch und etwa topfförmig ausgebildet sein. Die Leiterplatte kann an die Gehäuseform angepasst sein und beispielsweise kreisförmig sein. Bevorzugt ist die Leiterplatte ein sogenanntes Printed Circuit Board (PCB).
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind der Beschreibung, den Zeichnungen sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt die Wandstärke des Bodens und der Seitenwand weniger als 5%, bevorzugt weniger als 1%, besonders bevorzugt weniger als 0,5%, der Höhe des Gehäuses. Anders ausgedrückt kann die Wandstärke also kleiner als 5% des Abstands eines Endbereichs der Seitenwand von dem Boden sein. Dies bedeutet, die Wandstärke ist besonders dünn im Vergleich zu den Abmessungen des Gehäuses gewählt.
Besonders bevorzugt ist die Wandstärke des Bodens und der Seitenwand kleiner als 1 mm und liegt bevorzugt im Bereich zwischen 0,3 mm und 0,5 mm. Eine solche Wandstärke ist gut mittels eines Tiefziehverfahrens herstellbar. Zugleich hat sich ergeben, dass eine derart gewählte Wandstärke mechanische Einflüsse auf den Druckmessumformer besonders gut reduziert und somit zu deutlich rauschärmeren Messsignalen beiträgt. Insbesondere kann die Wandstärke 0,375 mm +/– 10% betragen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Gehäuse Abstandshaltemittel, auf welchen die Leiterplatte aufliegt, um die Leiterplatte beabstandet von dem Boden des Gehäuses zu halten. Durch die Abstandshaltemittel kann eine einfache und definierte Positionierung der Leiterplatte erreicht werden, die die Produktion des Drucksensors vereinfacht.
Bevorzugt ist ein zwischen dem Boden und der Leiterplatte definierter Raum zumindest bereichsweise mit einem Klebstoff gefüllt, um die Leiterplatte an dem Gehäuse zu befestigen.
Aufgrund der Abstandshaltemittel kann die Leiterplatte von dem Boden beabstandet sein, wodurch ein Hohlraum definiert wird. Dieser Hohlraum kann durch den Klebstoff zumindest teilweise gefüllt sein. Der Klebstoff erstreckt sich beispielsweise vollflächig von dem Boden bis zur Leiterplatte.
Eine derartige Fixierung der Leiterplatte gestattet eine einfache und damit kostengünstige Montage der Leiterplatte, da die Leiterplatte von den Abstandshaltemitteln in einer definierten Position gehalten wird, bis der Klebstoff ausgehärtet ist. Der Drucksensor kann aufgrund der so erzielten Verklebung lange Lebensdauern aufweisen, da die Leiterplatte zuverlässig und großflächig an dem Gehäuse befestigt ist.
Aufgrund der Abstandshaltemittel kann die Leiterplatte zudem in einer definierten Relativposition zu dem Druckmessumformer angebracht sein, so dass eine Kontaktierung zwischen der Leiterplatte und dem Druckmessumformer auf einfache und insbesondere automatische Weise vorgenommen werden kann. Somit kann mit geringem Aufwand eine hohe Prozesssicherheit bei der Kontaktierung erreicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Abstandshaltemittel Teil des Bodens und bevorzugt einstückig mit dem Boden ausgebildet. Besonders bevorzugt sind die Abstandshaltemittel Erhöhungen des Bodens des Gehäuses, welche insbesondere auf einer Kreisbahn angeordnet sind. Die Abstandshaltemittel können beispielsweise halbkugelförmig bzw. "punktförmig" geformt sein, d.h. die Abstandshaltemittel liegen im Wesentlichen punktförmig an der Leiterplatte an. Die halbkugelförmigen Abstandshaltemittel können beispielsweise eine Höhe von 0,2 bis 1,0 mm aufweisen, wobei bevorzugt drei bis sechs halbkugelförmige Abstandshaltemittel vorgesehen sind.
Die Abstandshaltemittel können in einer Draufsicht auf einer Kreisbahn mit einem Durchmesser von etwa 10 mm (+/–3 mm) angeordnet sein, wodurch sich eine kippfreie Lagerung der Leiterplatte ergeben kann.
Die Wandstärke des Bodens kann auch im Bereich der Abstandshaltemittel konstant sein, wodurch sich im Bereich der Abstandshaltemittel auf der Außenseite des Gehäuses (d.h. des Bodens) Vertiefungen ergeben können, die komplementär zu den Abstandshaltemitteln ausgebildet sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Druckmessumformer einen Druckport mit einem Druckkanal und eine Messmembran, wobei die Messmembran insbesondere auf der dem Druckkanal abgewandten Seite drucksensitive Elemente aufweist. Mit den drucksensitiven Elementen kann ein elektrisches Signal erzeugt werden, welches dem Druck in dem Druckkanal entspricht. Das elektrische Signal kann von der Auswerteelektronik, die auf der Leiterplatte angeordnet ist, verarbeitet werden, um den Druck zu ermitteln. Hierzu können beispielsweise Aluminiumdrähte einen elektrischen Kontakt zwischen der Leiterplatte und Kontaktpads der Messmembran herstellen.
Bevorzugt ist der Druckmessumformer als einstückiges Bauteil ausgeführt. Dies bedeutet, der Druckmessumformer kann auf Dauer hermetisch dicht sein und insbesondere keiner Spaltkorrosion unterliegen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Druckmessumformer in einer, insbesondere kreisförmigen, Ausnehmung des Bodens angeordnet und weist auf einer Außenseite eine umlaufende Abschrägung auf, wobei die Abschrägung an einer Begrenzung der Ausnehmung des Bodens anliegt, insbesondere angeschweißt ist. Die Abschrägung kann in Draufsicht auf den Druckmessumformer eine kreisförmige Gestalt aufweisen, wobei die Abschrägung einen Winkel von 45° +/– 10° mit einer Außenwand des Druckmessumformers umfassen kann.
Wie erwähnt, kann die Abschrägung an einer Ausnehmung des Bodens anliegen, wobei die Ausnehmung bevorzugt scharfkantig ausgeführt ist, so dass sich ein linienförmiger Kontaktbereich zwischen dem Boden und dem Druckmessumformer ergibt. Dieser linienförmige Kontaktbereich dient als Schweißgeometrie und eignet sich besonders, um den Druckmessumformer und das Gehäuse mittels Widerstandsschweißen bzw. Kondensatorentladungsschweißen stoffschlüssig zu verbinden, wobei insbesondere Material der scharfkantigen Ausnehmung mit Material der Abschrägung verschmilzt. Zur Bildung des linienförmigen Kontaktbereichs kann die Ausnehmung an die Form des Druckmessumformers angepasst sein und bevorzugt komplementär zur Form der Abschrägung sein. Insbesondere kann der Druckmessumformer eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt aufweisen, wobei die Ausnehmung in diesem Fall kreisförmig geformt ist.
Der Druckmessumformer kann durch die Ausnehmung hindurch in das Gehäuse hineinragen, wobei der Druckmessumformer elektrische Kontaktflächen (die Kontaktpads) aufweisen kann, die sich nach dem Befestigen des Druckmessumformers an dem Gehäuse im Inneren des Gehäuses befinden.
Der Druckmessumformer ist bevorzugt an dem Gehäuse verschweißt. Auf diese Weise kann der Drucksensor auf Dauer dicht gegen Strahlwasser ausgebildet und insbesondere gegen Spaltkorrosion unempfindlich sein.
Besonders bevorzugt umfasst das Gehäuse ein Ausrichtungsmittel, welches mit einem gegenförmig ausgebildeten Ausrichtungsmittel der Leiterplatte zusammenwirkt, um eine Orientierung der Leiterplatte in dem Gehäuse festzulegen. Durch das Ausrichtungsmittel kann insbesondere eine Orientierung der Leiterplatte festgelegt werden, welche den Produktionsprozess weiter vereinfachen kann, da beispielsweise bei der Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen Druckmessumformer und Leiterplatte von einer immer gleichen Ausrichtung der Leiterplatte ausgegangen werden kann.
Bevorzugt weist das Gehäuse eine einseitige Abflachung auf und ist im Übrigen zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei die Leiterplatte in einer Draufsicht einen Bereich mit einer geraden Begrenzung aufweist, der an der Abflachung anliegt. Die Abflachung kann insbesondere in der Seitenwand des Gehäuses angeordnet sein, wobei die Abflachung und die gerade Begrenzung der Leiterplatte als Ausrichtungsmittel dienen. Das Ausrichtungsmittel der Leiterplatte kann eine oder mehrere zusätzliche Griffmulden im Randbereich der Leiterplatte umfassen, die eine automatisierte Herstellung des Drucksensors weiter erleichtern.
Die Abflachung kann beispielsweise eine Länge in Umfangsrichtung des Gehäuses von 12 mm +/– 3mm aufweisen und/oder sich vom Boden aus über 55% +/– 10% der Höhe des Gehäuses erstrecken.
Insbesondere kann die Ausnehmung für den Druckmessumformer zentral in dem Gehäuse angeordnet sein, d.h. bei einem beispielsweise topfförmigen bzw. zumindest im Wesentlichen zylinderförmigen Gehäuse kann die Ausnehmung um den Mittelpunkt des Bodens angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform verjüngt sich das Gehäuse zu dem zwischen Boden und Leiterplatte definierten Raum hin. Dies bedeutet, dass sich das Gehäuse in dem Bereich verjüngt, in dem die Leiterplatte angeordnet ist. Anders ausgedrückt kann das Gehäuse eine Einschnürung aufweisen, die im Bereich der Leiterplatte vorgesehen ist. Im Bereich der Einschnürung kann ein Durchmesser des Gehäuses um etwa 5 bis 25% reduziert sein. Durch die Einschnürung kann das Platzieren bzw. die Montage der Leiterplatte in dem Gehäuse weiter erleichtert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Leiterplatte eine zentrale Bohrung oder eine zentrale Ausnehmung aufweisen, in die der Druckmessumformer hineinragt. Die Abstandshaltemittel können beispielsweise kreisförmig oder konzentrisch um die zentrale Bohrung angeordnet sein. Bevorzugt besteht kein direkter mechanischer Kontakt zwischen der Leiterplatte und dem Druckmessumformer, wodurch nochmals weniger mechanische Spannungen an den Druckmessumformer übertragen werden können. Es kann also eine Reduktion der Messartefakte durch von der Leiterplatte übertragene mechanische Spannungen erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Oberfläche des Druckmessumformers, welche die Kontaktflächen trägt, zwischen zwei Ebenen angeordnet, welche von der Oberseite und der Unterseite der Leiterplatte definiert werden, wobei die Oberfläche des Druckmessumformers, die die Kontaktflächen trägt, bevorzugt in der Ebene der Oberseite der Leiterplatte liegt. Die Leiterplatte und der Druckmessumformer können beispielsweise eine gemeinsame plane Ebene definieren, wodurch die Kontaktierung der Kontaktflächen des Druckmessumformers weiter erleichtert wird. Alternativ liegt die Oberfläche des Druckmessumformers (z.B. maximal 0,2 mm) unter der Oberseite der Leiterplatte.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Leiterplatte einen Steckkontakt auf, in welchen ein Stecker eingesteckt ist, der Drucksignale mittels elektrischer Leitungen aus dem Drucksensor herausführt. Mittels der elektrischen Leitungen können beispielsweise digitale Messsignale von dem Drucksensor ausgegeben werden. Zudem können die elektrischen Leitungen der elektrischen Energieversorgung des Drucksensors dienen. Die digitalen Messsignale können beispielsweise von der Auswerteelektronik auf der Leiterplatte bereitgestellt werden, wobei die Auswerteelektronik die Messsignale von dem Druckmessumformer entsprechend auswertet.
Besonders bevorzugt ist das Gehäuse zumindest im Wesentlichen vollständig mit einer Vergussmasse gefüllt, insbesondere mit einem Silikon und/oder einem Epoxidharz. Die Vergussmasse ist auf derjenigen Seite der Leiterplatte angeordnet, die dem Boden des Gehäuses gegenüberliegt. Alternativ zu dem Silikon oder dem Epoxidharz kann auch ein Polymer und dergleichen als Vergussmasse verwendet werden.
Die Vergussmasse kann die Auswerteelektronik vor äußeren Einflüssen schützen und so zu einer hohen Lebensdauer des Drucksensors beitragen. Zudem kann die Vergussmasse die dauerhafte Dichtigkeit des Drucksensors gegenüber Strahlwasser sicherstellen, sodass sich der Drucksensor besonders zur Wasserhochdruckmessung eignet. Beispielsweise kann der Drucksensor die Schutzart IP X9 K erfüllen.
Die Härte des Vergusses kann als mittelweicher Verguss gewählt sein, wobei die Vergussmasse bevorzugt eine Härte von Shore A 43 bis 44 oder A 44 +/–10% aufweist. Eine derartige Wahl der Härte des Vergusses gestattet es, dass mechanische Spannungen weitgehend von dem Verguss aufgenommen werden, aber nicht an den Druckmessumformer weitergegeben werden. Auf diese Weise kann die Bildung von Messartefakten noch weiter reduziert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht das Gehäuse nur aus dem Boden und der Seitenwand und ist zumindest einseitig offen. Dies bedeutet, dass das Gehäuse beispielsweise keinen Deckel aufweist. Ein Deckel ist insbesondere bei einem vollständigen Vergießen des Gehäuses nicht notwendig.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors der vorstehend erläuterten Art, bei welchem das Gehäuse mittels Tiefziehen geformt wird. Das Tiefziehen gestattet eine einfache und damit kostengünstige Herstellung des Gehäuses, da insbesondere nur wenige nachfolgende Prozessschritte erforderlich sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird

– das Gehäuse auf den Druckmessumformer aufgesetzt,
– die Leiterplatte in das Gehäuse eingesetzt,
– die Leiterplatte mit dem Gehäuse verklebt,
– ein elektrischer Kontakt zwischen dem Druckmessumformer und der Leiterplatte mittels Bonden hergestellt,
– ein elektrischer Kontakt zwischen der Leiterplatte und einer Anschlussleitung mittels eines Steckers hergestellt, und/oder
– das Gehäuse mit einer Vergussmasse gefüllt, so dass die Leiterplatte und der Stecker von der Vergussmasse und/oder dem Gehäuse umgeben ist.

Zusätzlich kann der Druckmessumformer mit dem Gehäuse verschweißt werden, insbesondere mittels Widerstandsschweißens (CD- bzw. Capacitor Discharge-Schweißen).
Der Herstellungsprozess kann beispielsweise derart erfolgen, dass zunächst das topfförmige Gehäuse, insbesondere mit den Ausrichtungsmitteln und den Abstandshaltemitteln, mittels Tiefziehen aus einem Edelstahl hergestellt wird. Anschließend kann der Druckmessumformer in eine Ausnehmung des Bodens des Gehäuses eingeführt und mit dem Boden verschweißt werden. Nachfolgend kann der Boden bereichsweise mit Klebstoff bedeckt und die Leiterplatte in das Gehäuse eingeführt werden. Beim Einführen der Leiterplatte in das Gehäuse kann die Leiterplatte von den Ausrichtungsmitteln und den Abstandshaltemitteln in eine definierte Position geleitet werden, in welcher sie von dem Klebstoff fixiert wird. Nach der Fixierung der Leiterplatte kann die Leiterplatte sowohl mit dem Druckmessumformer als auch mit dem Stecker elektrisch verbunden werden. Die elektrische Verbindung zwischen Leiterplatte und Druckmessumformer kann dabei mittels Bonden erfolgen.
Abschließend kann die Leiterplatte von der Vergussmasse bedeckt werden, die in einem Ofen ausgehärtet wird, wodurch die Leiterplatte hermetisch abgedichtet ist und dem Drucksensor eine lange Lebensdauer verleiht. Nach dem Aushärten im Ofen kann noch eine Kalibrierung des Drucksensors erfolgen.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Drucksensors;
2 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses;
3 eine Schnittansicht des Gehäuses mit eingesetzter Leiterplatte;
4 eine Schnittansicht des mit einer Vergussmasse gefüllten Gehäuses;
5 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitt eines Druckmessumformers; und
6 eine Leiterplatte in perspektivischer Ansicht.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Drucksensors 10. Der Drucksensor 10 umfasst ein metallisches Gehäuse 1, welches durch Tiefziehen hergestellt und etwa topfförmig ausgebildet ist (2).
Das Gehäuse 1 umfasst – wie in 1 zu erkennen ist – einen Boden 12 sowie eine umlaufende Seitenwand 14, wobei sich das Gehäuse 1 zum Boden 12 hin verjüngt. Der Boden 12 und die Seitenwand 14 sind einstückig aus Edelstahl geformt und weisen die gleiche Wandstärke von durchgängig 0,375 mm auf. Das Gehäuse 1 weist keinen Deckel auf.
Im Bereich des Bodens 12 sind im Gehäuseinneren vier halbkugelförmige Abstandshalter 1c angeordnet, die von einem Klebstoff 3 umgeben sind. Der Klebstoff 3 ist dabei flächig auf dem Boden 12 des Gehäuses 1 aufgebracht. Auf den Abstandshaltern 1c liegt eine scheibenförmige Platine 4 auf, auf der eine Auswerteelektronik 15 angebracht ist. Die Platine 4 ist mittels des Klebstoffs 3 mit dem Boden 12 des Gehäuses 1 verklebt.
Durch eine in dem Boden 12 zentral ausgebildete Ausnehmung 1d ragt ein Druckmessumformer 2 in das Gehäuse 1 hinein, der elektrisch mit der Platine 4 (und damit mit der Auswerteelektronik 15) mittels Bonddrähten 5 verbunden ist. Die Abstandshalter 1c sind konzentrisch um die Ausnehmung 1d herum angeordnet.
Der Druckmessumformer ist genauer in 5 dargestellt. Der Druckmessumformer 2 ist zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und umfasst einen Druckport 2a, der zum Anschluss an z.B. eine (nicht gezeigte) Druckleitung dient. In dem Druckmessumformer 2 ist ein Druckkanal 13 vorgesehen, der sich durch den Druckport 2a bis zu einer Messmembran 2b erstreckt. Auf die Messmembran 2b ist eine Messbrücke 2c aufgebracht, die elektrisch mit Kontaktflächen 2d verbunden ist, wobei die Bonddrähte 5 an den Kontaktflächen 2d angebracht werden.
Von dem Druckport 2a hin zu der Messmembran 2b verjüngt sich der Druckmessumformer 2, sodass die Messmembran 2b durch die Ausnehmung 1d in das Gehäuse 1 hineinragen kann. Die Verjüngung umfasst eine umlaufende Fase 2e, die etwa einen Winkel von 45° mit einer Längsrichtung des Druckmessumformers 2 bildet. Die umlaufende Fase 2e wird bei der Herstellung des Drucksensors 10 mit einem scharfkantigen Rand der Ausnehmung 1d verschweißt.
Zurückkommend auf 1 ist dort zu erkennen, dass die Platine 4 mittels eines Steckkontakts 16 mit einer Anschlussleitung 6 elektrisch verbunden ist. Die Anschlussleitung 6 dient zur elektrischen Versorgung des Drucksensors 10 sowie zur Ausgabe von Messwerten. Das Gehäuse 1 ist an der Seite offen, an welcher die Anschlussleitung 6 aus dem Gehäuse 1 herausgeführt ist. Der Innenraum des Gehäuses 1 ist mit einer Vergussmasse 7 gefüllt, wobei die Vergussmasse 7 bis zu einem oberen Rand des Gehäuses 1 reicht.
In 2 ist das Gehäuse 1 detaillierter in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Es ist zu erkennen, dass das Gehäuse 1 einen abgeflachten Bereich 1a aufweist, der als Ausrichtungsmittel für die Platine 4 dient, wie nachstehend noch näher erläutert wird. Der abgeflachte Bereich 1a erstreckt sich von dem Boden 12 des Gehäuses 1 bis etwa zur Mitte der Seitenwand 14.
Zudem ist das Gehäuse 1 im Bereich des Bodens 12 eingeschnürt, d.h. der Durchmesser des Gehäuses 1 verringert sich im Bereich des Bodens 12. Hierzu umfasst das Gehäuse 1 einen eingeschnürten Bereich 1b, der aus einem abgeschrägten Bereich 1e hervorgeht. Darüber hinaus sind in dem Boden 12 des Gehäuses 1 an der Unterseite bzw. der Gehäuseaußenseite Vertiefungen vorhanden, die den Abstandshaltern 1c zugeordnet sind und dadurch entstehen, dass auch im Bereich der Abstandshalter 1c der Boden 12 und die Seitenwand 14 eine gleichbleibende Wandstärke aufweisen.
3 zeigt den Drucksensor 10 in einer teilweisen Schnittansicht. Es ist zu erkennen, dass der Druckmessumformer 2 zentral in einer Platinenausnehmung 18 angeordnet ist, wobei die scheibenförmige Platine 4 den Druckmessumformer 2 nicht berührt und mit einer Seite, an der ein Kreissegment ausgeschnitten ist, an dem abgeflachten Bereich 1a anliegt und auf diese Weise eine konkret festgelegte Drehposition innerhalb des Gehäuses 1 erhält.
Die Platine 4 ist detaillierter in 6 gezeigt. 6 zeigt die Auswerteelektronik 15 auf der scheibenförmigen Platine 4, die einen Widerstandswert der Messbrücke 2c in einen Spannungswert oder einen digitalen Messwert umwandelt. Zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit der Messbrücke 2c umfasst die Platine 4 Kontaktbereiche 20, an die die Bonddrähte 5 angeschlossen werden.
In 6 ist ein gerader Abschnitt 22 der Platine 4 dargestellt, der durch das Weglassen des erwähnten Kreissegments gebildet wird und zur Ausrichtung der Platine 4 an dem abgeflachten Bereich 1a des Gehäuses 1 dient. Die Platine 4 umfasst zudem drei Griffmulden 24, die das Einsetzen der Platine 4 in das Gehäuse 1 erleichtern.
4 zeigt den Drucksensor 10 in der Ansicht von 3, wobei im Unterschied zu 3 das Gehäuse 1 mit der bereits erwähnten Vergussmasse 7 gefüllt ist. Die Vergussmasse 7 bewirkt neben einer wasserdichten Kapselung der Auswerteelektronik 15 auf der Platine 4 auch eine Zugentlastung für die Anschlussleitung 6. Die Vergussmasse 7 trägt somit maßgeblich zu einer besonders langen Lebensdauer des Drucksensors 10 bei.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
1a: abgeflachter Bereich
1b: eingeschnürter Bereich
1c: Abstandshalter
1d: Ausnehmung
1e: abgeschrägter Bereich
2: Druckmessumformer
2a: Druckport
2b: Messmembran
2c: Messbrücke
2d: Kontaktfläche
2e: umlaufende Fase
3: Klebstoff
4: Platine
5: Bonddraht
6: Anschlussleitung
7: Vergussmasse
10: Drucksensor
12: Boden
13: Druckkanal
14: Seitenwand
15: Auswerteelektronik
16: Steckkontakt
18: Platinenausnehmung
20: Kontaktbereich
22: gerader Abschnitt
24: Griffmulde

Claims

Drucksensor (10) zum Messen eines Drucks eines Fluids, insbesondere zur Wasserhochdruckmessung, mit einem Druckmessumformer (2), einer Leiterplatte (4) mit darauf angeordneter Auswerteelektronik (15) und einem Gehäuse (1), welches zumindest durch einen Boden (12) und eine umlaufende Seitenwand (14) gebildet wird, wobei der Druckmessumformer (2) durch den Boden (12) des Gehäuses (1) hindurchragt und die Leiterplatte (4) in dem Gehäuse (1) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (12) und die Seitenwand (14) des Gehäuses (1) einstückig ausgebildet sind und durchgängig die gleiche Wandstärke aufweisen.
Drucksensor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Bodens (12) und der Seitenwand (14) weniger als 5%, bevorzugt weniger als 1%, besonders bevorzugt weniger als 0,5%, der Höhe des Gehäuses beträgt.
Drucksensor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Bodens (12) und der Seitenwand (14) kleiner als 1 mm ist und bevorzugt im Bereich zwischen 0,3 mm und 0,5 mm liegt.
Drucksensor (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse Abstandshaltemittel (1c) umfasst, auf welchen die Leiterplatte (4) aufliegt, um die Leiterplatte (4) beabstandet von dem Boden (12) des Gehäuses (1) zu halten.
Drucksensor (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Boden (12) und der Leiterplatte (4) definierter Raum zumindest bereichsweise mit einem Klebstoff (3) gefüllt ist, um die Leiterplatte (4) an dem Gehäuse (1) zu befestigen.
Drucksensor (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshaltemittel (1c) Teil des Bodens (12) sind und bevorzugt einstückig mit dem Boden (12) ausgebildet sind.
Drucksensor (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshaltemittel Erhöhungen (1c) des Bodens (12) des Gehäuses (1) sind, welche insbesondere auf einer Kreisbahn angeordnet sind.
Drucksensor (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmessumformer (2) in einer Ausnehmung (1d) des Bodens (12) angeordnet ist und auf einer Außenseite eine umlaufende Abschrägung (2e) aufweist, wobei die Abschrägung (2e) an einer Begrenzung der Ausnehmung (1d) des Bodens (12) anliegt, insbesondere angeschweißt ist.
Drucksensor (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) ein Ausrichtungsmittel (1a) umfasst, welches mit einem gegenförmig ausgebildeten Ausrichtungsmittel (22) der Leiterplatte (4) zusammenwirkt, um eine Orientierung der Leiterplatte (4) in dem Gehäuse (1) festzulegen.
Drucksensor (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) eine einseitige Abflachung (1a) aufweist und im Übrigen zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist, wobei die Leiterplatte (4) in einer Draufsicht einen Bereich mit einer geraden Begrenzung (22) aufweist, der an der Abflachung (1a) anliegt.
Drucksensor (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gehäuse (1) zu dem zwischen Boden (12) und Leiterplatte (4) definierten Raum hin verjüngt.
Drucksensor (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Druckmessumformer (2) in eine Aussparung (18) der Leiterplatte (4) hinein erstreckt, wobei die Leiterplatte (4) den Druckmessumformer (2) nicht berührt.
Drucksensor (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) zumindest im Wesentlichen vollständig mit einer Vergussmasse (7) gefüllt ist, insbesondere mit einem Silikon und/oder einem Epoxidharz.
Drucksensor (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) nur aus dem Boden (12) und der Seitenwand (14) besteht und zumindest einseitig offen ist.
Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Gehäuse (1) mittels Tiefziehen geformt wird, so dass der Boden (12) und die Seitenwand (14) des Gehäuses (1) einstückig ausgebildet sind und durchgängig die gleiche Wandstärke aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) auf den Druckmessumformer (2) aufgesetzt wird, die Leiterplatte (4) in das Gehäuse (1) eingesetzt wird, die Leiterplatte (4) mit dem Gehäuse (1) verklebt wird, ein elektrischer Kontakt zwischen dem Druckmessumformer (2) und der Leiterplatte (4) mittels Bonden hergestellt wird, ein elektrischer Kontakt zwischen der Leiterplatte (4) und einer Anschlussleitung (6) mittels eines Steckers (16) hergestellt wird, und/oder das Gehäuse (1) mit einer Vergussmasse (7) gefüllt wird, sodass die Leiterplatte (4) und der Stecker (16) von der Vergussmasse (7) und/oder dem Gehäuse (1) umgeben sind.